疏浚淤泥處置利用技術(shù)研究綜述

駱勇軍,周益安,尹吉國(guó)

(1.浙江廣川工程咨詢有限公司,浙江 杭州 310020;2.杭州市南排工程建設(shè)管理處,浙江 杭州 310016;3.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

疏浚淤泥一般具有含水率高、強(qiáng)度低、含有有毒化學(xué)物質(zhì)以及病原生物等特性,使其存在以下3種不利點(diǎn):①疏浚淤泥在運(yùn)輸過(guò)程中易灑落,干燥后則易形成揚(yáng)塵;②在堆放地易產(chǎn)生難聞氣味,污染空氣;③在降水作用下又易產(chǎn)生泥漿液,被雨水沖入地表水中,形成二次污染,因此有必要探索有效的淤泥處置利用技術(shù),解決這一難題。

一些發(fā)達(dá)國(guó)家以商業(yè)化方式對(duì)淤泥進(jìn)行有效處理和利用。英國(guó)、荷蘭、法國(guó)、瑞典和澳大利亞等國(guó)家,早在20世紀(jì)80年代末就開(kāi)始利用淤泥為主要原料,制造高效凈化燃料,其熱值比普通煤高出30%,而且燃燒過(guò)程中不會(huì)排出有害氣體;德國(guó)目前已有5家淤泥收集、處理工廠,每年處理淤泥300萬(wàn)t;在日本,淤泥已被用來(lái)生產(chǎn)各類建筑材料,以淤泥為主要原料制成的磚塊透氣性好,重量輕,容易制出不同的色彩,很適宜用于建筑物的裝飾,已成為國(guó)際市場(chǎng)的暢銷產(chǎn)品。

在我國(guó),由于經(jīng)費(fèi)和技術(shù)上的原因,目前淤泥尚無(wú)穩(wěn)定而合理的出路,總的狀況還是以農(nóng)肥的形式用于農(nóng)業(yè)以及填埋處理。

1 問(wèn)題的由來(lái)

近年來(lái),浙江水利進(jìn)行了萬(wàn)里清水河道及大量的圍涂造地工程,隨之產(chǎn)生了大量的疏浚淤泥,同時(shí)近幾年圍墾造地工程出現(xiàn)了缺少大量石方的問(wèn)題,為之解決淤泥棄置和通過(guò)技術(shù)用疏浚淤泥代石方筑堤來(lái)緩解圍墾工程對(duì)石方的需求,同時(shí)更好地解決河道整治和圍墾造地等工程中遇到的矛盾。

2 淤泥資源化處理技術(shù)研究現(xiàn)狀

對(duì)于疏浚淤泥,傳統(tǒng)的處置方法主要是土地填埋或深海拋置,由于需占用大量耕地,填埋場(chǎng)方案已不多用。目前常用的深海拋置因?yàn)檫\(yùn)輸費(fèi)用較高,而且城市河道淤泥含一定的有害物質(zhì)組分,會(huì)對(duì)海洋環(huán)境造成一定的危害,海事部門已限制其排放。因此,河道淤泥處置應(yīng)以減量化及資源化為方向進(jìn)行。

淤泥處理重點(diǎn)主要是降低含水率和提高強(qiáng)度。國(guó)際上處理疏浚淤泥的傳統(tǒng)方法有脫水、燒結(jié)、固化等3種。前2種適用于小批量、高含水率淤泥的處理,且造價(jià)高,燒結(jié)法對(duì)于含砂量過(guò)高的淤泥不適用。經(jīng)濟(jì)且適用于處理大量疏浚淤泥的方法是固化處理法。另外在對(duì)淤泥進(jìn)行資源化處理之前,還要對(duì)淤泥采取無(wú)害化處理措施,減少和去除淤泥中的有毒有害物質(zhì)[1-3].。

2.1 疏浚淤泥無(wú)害化處理技術(shù)

由于城市工業(yè)廢水的排放,使得淤泥中大多含有毒性較大的重金屬元素,降低或去除淤泥中的超標(biāo)重金屬元素成為有效處置和利用淤泥的關(guān)鍵[4].。

從當(dāng)前的文獻(xiàn)報(bào)道來(lái)看,去除淤泥中重金屬的研究主要集中在以下幾個(gè)方面:①利用微生物方法降低淤泥中的重金屬含量;②通過(guò)化學(xué)方法去除淤泥中的重金屬;③利用植物的修復(fù)作用降低淤泥中的重金屬含量。

2.2 疏浚淤泥固化技術(shù)

淤泥固化技術(shù)就是向淤泥中添加固化材料,通過(guò)攪拌混合、養(yǎng)護(hù),使淤泥、水、固化材料之間發(fā)生一系列的水解和水化反應(yīng),使得強(qiáng)度低的淤泥變成具有良好工程材料特性的固化土。固化處理后的淤泥可廣泛用于填海造地、筑堤或堤防加固工程,同時(shí)也可在市政工程、道路工程中作為填方材料使用[5].。

淤泥固化處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn):①適用于大量、大規(guī)模的疏浚淤泥處理,可以廣泛地用于填海等大型工程;②施工簡(jiǎn)便靈活,同時(shí)由于具有快硬性,可以縮短填土施工工期;③可以根據(jù)固化疏浚淤泥的用途設(shè)計(jì)配方,一次處理使其滿足工程對(duì)強(qiáng)度、變形和滲透性的要求;④固化反應(yīng)后所產(chǎn)生的包裹著淤泥顆粒的凝結(jié)硬化殼,可有效降低疏浚淤泥中污染物質(zhì)的活性,從而起到一定的“減污”作用;⑤若采用工業(yè)廢料粉煤灰、廢石膏等作為輔助固化材料,則可進(jìn)一步降低工程造價(jià),同時(shí)也消納了粉煤灰、廢石膏等工業(yè)廢料,能夠產(chǎn)生較好的環(huán)境效益。淤泥固化處理技術(shù)的缺點(diǎn)是前期設(shè)備投入較大、成本較高、不適合小規(guī)模的填筑工程。這主要取決于2個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題:一是大型的固化處理設(shè)備;二是合理、經(jīng)濟(jì)有效的固化材料配方。

2.3 疏浚淤泥輕量化技術(shù)

將淤泥、固化材料、輕質(zhì)材料和水在攪拌機(jī)械中進(jìn)行攪拌混合后,制出具有高附加值的新型輕質(zhì)土工材料—輕質(zhì)混合土。其中,固化材料的作用是通過(guò)固化反應(yīng)來(lái)提高疏浚淤泥的強(qiáng)度,固化材料一般為水泥,也可以加入粉煤灰、廢石膏等,組合復(fù)合型固化材料;輕質(zhì)材料是在淤泥固化改良的同時(shí)加入低密度材料,起到減輕重量的作用[6-7].。

淤泥輕量化處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn):①適用于大量、大規(guī)模的疏浚淤泥處理;②具有快硬性,可縮短填土施工工期;③輕質(zhì)、高強(qiáng),可根據(jù)具體工程需要,決定填土材料的密度、強(qiáng)度、壓縮模量;④具有流動(dòng)性,利于圓形管道和不規(guī)則洞穴的密實(shí)回填;⑤自立性好,幾乎不產(chǎn)生側(cè)向土壓力;⑥可利用廢棄泡沫塑料、粉煤灰、廢石膏等廢棄物,兼顧環(huán)境問(wèn)題;⑦密度較低,可有效降低地基中的附加應(yīng)力,作為一種新型的軟基處理技術(shù),可廣泛地應(yīng)用于軟弱地基處理中。缺點(diǎn)也同樣是前期設(shè)備投入較大、成本較高、不適合小規(guī)模的填筑工程。

3 國(guó)內(nèi)主要淤泥處置研究技術(shù)

3.1 污泥固化/穩(wěn)定化處理技術(shù)

通過(guò)提高污泥的強(qiáng)度、降低透水性來(lái)改變污泥物理性質(zhì)的過(guò)程—固化改善理化性質(zhì),構(gòu)建內(nèi)封閉系統(tǒng)從而穩(wěn)定污染物的過(guò)程—穩(wěn)定化針對(duì)污水廠脫水污泥,通過(guò)添加特殊的固化/穩(wěn)定化材料對(duì)污泥進(jìn)行改性,使污泥的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)趨于穩(wěn)定的方法—固化/穩(wěn)定化。優(yōu)缺點(diǎn):①將污泥轉(zhuǎn)化為可利用的土資源—回填土、綠化土、工程土、填海土;②技術(shù)安全性高、處置費(fèi)低、適應(yīng)性廣。

應(yīng)用案例有:①深圳福永污泥固化/穩(wěn)定化處理工程(目前處理能力80 t/d,已經(jīng)完成300 t/d工程設(shè)計(jì),設(shè)備投入150萬(wàn)元,運(yùn)行成本150～160元/t);②蘇州甪直污泥固化/穩(wěn)定化處理工程 (設(shè)備成本50萬(wàn)元,運(yùn)行成本 150元/t,已經(jīng)完成150 t/d處理工程可研報(bào)告);③浙江海寧污泥固化/穩(wěn)定化處理工程(污泥來(lái)源:制革工業(yè)廢水,處理規(guī)模:100 t/d,設(shè)備投資200萬(wàn)元,運(yùn)行成本140～160元/t)。

3.2 河湖污染底泥的處理與資源化利用技術(shù)

固化處理是在淤泥中添加固化材料,利用固化材料和淤泥之間發(fā)生的一系列物理、化學(xué)作用,降低淤泥含水率,并使存在于其中的有機(jī)物、重金屬封閉于土顆粒中,同時(shí)固化后的淤泥透水系數(shù)很小,使得有害物質(zhì)很難再次淋濾和溶出而形成二次污染。優(yōu)缺點(diǎn):①可以根據(jù)不同淤泥的性質(zhì)和不同用途的要求,設(shè)計(jì)不同的配方方案,使固化的淤泥滿足不同的要求;②將已成為有害廢物的廢棄淤泥經(jīng)過(guò)處理變?yōu)橛杏玫馁Y源,符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求;③固化材料中可以采用部分工業(yè)廢料,在以廢治廢方面是一個(gè)創(chuàng)新;④固化技術(shù)對(duì)環(huán)境的影響小,符合可持續(xù)發(fā)展和保護(hù)環(huán)境的要求。

應(yīng)用案例:廣州南沙河口淤泥固化筑堤示范工程、無(wú)錫五里湖湖泊疏浚土固化筑堤示范工程 (國(guó)家863項(xiàng)目)、無(wú)錫貢湖淤泥堆場(chǎng)等。

3.3 熱解床技術(shù)

熱解床技術(shù)是底泥無(wú)害化、資源化最具有發(fā)展前景的技術(shù)。通過(guò)該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)底泥的熱值利用和焚燒發(fā)電。此技術(shù)在1999年和2000年分別通過(guò)了由國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局、吉林省科委組織鑒定的科學(xué)技術(shù)成果基礎(chǔ)上研發(fā)的。該技術(shù)可提高污泥的脫水性能和沉降性能,使處理后底泥含水率達(dá)20%～30%,可直接用于焚燒、制造建材和RDF燃料;同時(shí)經(jīng)過(guò)處理后的底泥有機(jī)質(zhì)含量大幅度提高,并完全殺死微生物和寄生蟲(chóng)卵,達(dá)到有機(jī)肥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)具有成套相關(guān)技術(shù),經(jīng)濟(jì)效益顯著,可徹底實(shí)現(xiàn)河涌底泥無(wú)害化和資源化。

3.4 免燒磚制作技術(shù)

技術(shù)采用經(jīng)過(guò)穩(wěn)定化、無(wú)害化處理并軋干 (含水率在40%～50%)的河道底泥作為原料,并向其中加入鎂水泥或硅水泥和一些添加劑來(lái)制作免燒磚,可用于河道護(hù)岸工程等。

3.4.1 FO造粒梯度脫水技術(shù)

FO造粒梯度脫水技術(shù)用于底泥脫水(減量化),首先向底泥中投加自行研制的FO絮凝劑,然后采用帶式(或板框)壓濾機(jī)進(jìn)行梯度脫水,可使底泥中含水率降低到40%左右,最終可實(shí)現(xiàn)直接進(jìn)行底泥堆肥。

3.4.2 CS型生物制劑重金屬固定技術(shù)

CS型生物制劑重金屬固定技術(shù)主要采用向底泥中添加重金屬固定劑(生物硫菌等),利用固定劑與重金屬反應(yīng)生產(chǎn)不溶性沉淀物的特征,將重金屬固定在底泥中,防止植物對(duì)重金屬的汲取和富集,同時(shí)過(guò)量的復(fù)合多磷酸鹽可作為植物生長(zhǎng)養(yǎng)分被攝取。

3.4.3 高溫嗜熱菌好氧快速堆肥技術(shù)

針對(duì)底泥堆肥過(guò)程中存在堆肥周期長(zhǎng)的特點(diǎn),借助自制的滾筒式自動(dòng)翻堆堆肥器,選取高效生物菌種,試驗(yàn)選擇出合理的調(diào)理劑并總結(jié)出最佳投配量,將這些技術(shù)結(jié)合可使堆肥時(shí)間縮短到7-10 d,由于堆肥過(guò)程實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化和封閉性,使得堆肥場(chǎng)所占地省,而且干凈衛(wèi)生。

3.4.4 免燒磚制作技術(shù)

河道污泥中含有大量的有機(jī)物,除此之外還含有20%～30%的無(wú)機(jī)物,主要是硅、鋁、鐵、鈣等,這與許多建筑材料常用的原料成分相近。該技術(shù)采用經(jīng)過(guò)穩(wěn)定化、無(wú)害化處理并軋干(含水率在40%～50%)的河道底泥作為原料,并向其中加入鎂水泥或硅水泥和一些添加劑來(lái)制作免燒磚,可用于河道護(hù)岸工程等。

4 結(jié) 語(yǔ)

疏浚淤泥是一種具有很高利用價(jià)值的潛在資源,淤泥無(wú)害化處理、淤泥固化處理技術(shù)和淤泥輕量化處理技術(shù),可以同時(shí)解決我國(guó)沿海大量的疏浚淤泥的處理問(wèn)題,避免淤泥對(duì)環(huán)境造成二次污染,并在一定程度上解決工程建設(shè)用土問(wèn)題。疏浚淤泥處理技術(shù)能更好的推動(dòng)浙江的圍墾、河道整治等水利工程的發(fā)展。

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