疏浚淤泥資源化利用技術(shù)綜述

陳瑋琳 季曉檬（江南大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，江蘇 無(wú)錫214122）

淤泥是粘土礦物等細(xì)小顆粒在粒間靜電力和分子引力的作用下，在海洋或湖泊地區(qū)等緩慢的流水環(huán)境中發(fā)生沉積所形成的絮狀和蜂窩狀結(jié)構(gòu)。隨著沿海經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的加快，我國(guó)沿海港口、航道和河口的疏浚工程以及海岸工程建設(shè)產(chǎn)生的疏浚淤泥每年都在增加[1-2]。在此背景下生態(tài)環(huán)境面臨日益嚴(yán)重的破壞壓力，必須對(duì)湖泊河道的淤泥加以疏浚，減小河道通航和對(duì)環(huán)境的壓力。

疏浚工程中產(chǎn)生疏浚淤泥通常采用堆放或拋棄的方法處理，不僅占用大量的土地，且將其拋到外海，會(huì)嚴(yán)重影響海洋資源的有效利用，對(duì)海洋環(huán)境會(huì)造成不可彌補(bǔ)的破壞。因此，疏浚淤泥的處理問(wèn)題已成為制約沿海地區(qū)海岸工程建設(shè)的重要因素。

疏浚淤泥的資源化利用技術(shù)就是把作為污染源的廢棄疏浚淤泥，通過(guò)化學(xué)、物理的方法進(jìn)行處理，使其變?yōu)榭稍偕玫耐凉ぬ罘讲牧稀⒔ㄖ牧?，這樣既解決沿海大量廢棄疏浚淤泥的處理問(wèn)題，又可避免疏浚淤泥對(duì)海洋和陸地環(huán)境的污染，同時(shí)，還可產(chǎn)生工程建設(shè)所急需的土工材料加以利用，產(chǎn)生綜合性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益[3]。

在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，這一技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)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3 0%，而且燃燒過(guò)程中不會(huì)排放出有害氣體。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)噸。在日本，淤泥已被用來(lái)生產(chǎn)各類(lèi)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(xiāo)貨。

我國(guó)在疏浚淤泥的資源化利用方面尚屬于起步階段，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)。采集淤泥并進(jìn)行處理，不僅有利于疏浚河道湖泊等、防止水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化和凈化城市環(huán)境，而且對(duì)淤泥綜合開(kāi)發(fā)利用可以化害為利，在國(guó)內(nèi)形成一個(gè)極有發(fā)展前途的新興產(chǎn)業(yè)。因此，探討淤泥的資源化處理技術(shù)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 疏浚淤泥的資源化利用技術(shù)

燒結(jié)法和脫水法是疏浚淤泥資源化利用的重要途徑，但這兩種方法僅適用于對(duì)小批量、高含水量疏浚淤泥的處理，造價(jià)較高，且燒結(jié)法對(duì)于含砂量過(guò)高的疏浚泥不適用[4]。

從當(dāng)前的文獻(xiàn)報(bào)道來(lái)看，經(jīng)濟(jì)且適用于處理大量疏浚淤泥的資源化利用技術(shù)主要包括3 種：吹填淤泥填海造陸技術(shù)、淤泥固化處理技術(shù)和淤泥輕量化處理技術(shù)。

1.1 吹填淤泥填海造陸技術(shù)

吹填淤泥填海造陸技術(shù)，是在整治和疏通江河航道時(shí)，用挖泥船和泥漿泵把江河和港口底部的淤泥切削、輸送到指定地點(diǎn)，然后以一定的比例(通常1：4 ～1：5)將淤泥與海水混合成泥漿，并用吹管將其輸送至指定區(qū)域，再經(jīng)過(guò)落淤、泌水、固結(jié)后形成陸域的土地開(kāi)發(fā)技術(shù)。

由于吹填淤泥填海造陸技術(shù)在環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益上均具有巨大的優(yōu)勢(shì)，這一填海造陸方式越來(lái)越被人們所接受，目前已被廣泛應(yīng)用于沿海地區(qū)的填海造陸工程中。如廈門(mén)港10 萬(wàn)t 級(jí)深水航道2 期工程疏浚泥沙量約達(dá)1000 萬(wàn)m3，專(zhuān)家們建議結(jié)合九龍江河口灣港口岸線利用規(guī)劃最新成果，進(jìn)一步研究利用疏浚棄土吹填造陸綜合整治方案的可行性[5]；深圳媽灣嘉實(shí)多吹填造陸區(qū)，吹填淤泥厚度為310 m；深圳海星港吹填造陸區(qū)吹填淤泥厚度為215 m[6]。

但是，吹填后的淤泥含水率高、孔隙比大、壓縮系數(shù)大、抗剪強(qiáng)度低、透水性差，因此吹填形成的土地想要開(kāi)發(fā)利用必須進(jìn)行地基加固處理[7]。深圳地區(qū)主要以排水固結(jié)法對(duì)吹填淤泥進(jìn)行軟基處理，其中應(yīng)用最多的為堆載預(yù)壓及真空預(yù)壓法。而堆載預(yù)壓和真空預(yù)壓法需要吹填土地基經(jīng)過(guò)自然固結(jié)，待表層有一定的承載力后方可進(jìn)行，致使工期延長(zhǎng)和工程費(fèi)用提高。因此使吹填土盡快地從泥漿狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢ǔ休d力的地基，將為圍海造陸工程建設(shè)帶來(lái)巨大的效益。近幾年國(guó)內(nèi)一些學(xué)者開(kāi)始對(duì)吹填土地基預(yù)加固技術(shù)進(jìn)行研究[8-9]。吹填土地基預(yù)加固是指在吹填施工的同時(shí)，利用物理或化學(xué)方法(主要是加入無(wú)機(jī)或有機(jī)的外加劑)，使吹填土可盡快沉積固結(jié)，并使固結(jié)后的地基具有更高的強(qiáng)度。但在國(guó)內(nèi)，該技術(shù)多處于室內(nèi)研究階段，現(xiàn)場(chǎng)施工工藝尚無(wú)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可借鑒。

1.2 淤泥固化處理技術(shù)

淤泥固化處理技術(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)，使得松軟無(wú)強(qiáng)度的淤泥變成具有良好工程特性(即滿(mǎn)足工程對(duì)強(qiáng)度、變形和滲透性的要求)的固化土。固化處理后的疏浚淤泥可廣泛地用于海濱和海島的填海造地、筑堤或堤防加固工程、急需用地的填海工程，同時(shí)也可在市政工程、道路工程中作為良好的填方材料進(jìn)行使用。這不僅可以節(jié)約土地資源，減少環(huán)境污染，而且可緩解我國(guó)土木工程材料日益短缺問(wèn)題，在我國(guó)是一個(gè)極有發(fā)展前途的新興產(chǎn)業(yè)。

疏浚淤泥的固化處理技術(shù)主要包括物理脫水固結(jié)、高溫?zé)Y(jié)和化學(xué)固化。這3 類(lèi)方法均具備有效的減水固化作用，高溫?zé)Y(jié)和化學(xué)固化還具備一定“減污”作用。

疏浚淤泥固化處理技術(shù)的施工工藝包括：第一步疏浚，即采用挖泥船挖取疏浚淤泥，并將其運(yùn)至固化處理工作平臺(tái)邊，平臺(tái)可以設(shè)置為岸基固定式，也可采用船載、車(chē)載設(shè)置為移動(dòng)式，可以根據(jù)施工具體情況靈活選擇；第二步過(guò)濾解泥，即用卸泥抓斗將疏浚淤泥送入前處理料斗除去貝殼、海螺等雜物和石塊后注入儲(chǔ)泥槽；第三步混合攪拌，即將儲(chǔ)泥槽的疏浚淤泥送入固化處理機(jī)，加入固化材料后將淤泥與同化材料充分混合攪拌，使淤泥與固化材料拌和均勻，以期達(dá)到良好的固化處理效果；第四步填筑或澆注施工，填筑施工就是將固化處理后的疏浚淤泥用車(chē)輛運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，然后分層填筑。澆注施工就是采用壓力泵及特殊的管道將固化處理后的疏浚淤泥漿體輸送到施工現(xiàn)場(chǎng)。然后分層澆筑；第五步養(yǎng)護(hù)，即將填筑或澆筑完成后的工作面采用瀝青材料、麥桿、干草等材料鋪蓋，并澆濕養(yǎng)護(hù)，從而防止固化處理后的疏浚淤泥因失水過(guò)多開(kāi)裂。

疏浚淤泥固化處理技術(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)便迅速，具有快硬性，可以縮短填土施工工期；③可以根據(jù)具體工程要求，通過(guò)調(diào)整固化材料、水的添加量來(lái)達(dá)到具體工程對(duì)周化土強(qiáng)度、變形及滲透性等控制條件；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固化處理后的疏浚淤泥可廣泛地用于海濱和海島的填海造地、筑堤或堤防加固工程、急需用地的填海工程。

疏浚淤泥固化處理技術(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。這主要取決于兩個(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。目前，疏浚淤泥固化處理成本在我國(guó)較高，一般工程難以接受，雖然已經(jīng)開(kāi)展了較多的室內(nèi)試驗(yàn)研究，但還沒(méi)有工程應(yīng)用的實(shí)例。而在國(guó)外，淤泥固化處理技術(shù)已得到廣泛的應(yīng)用，技術(shù)已比較成熟。如新加坡“長(zhǎng)基”國(guó)際機(jī)場(chǎng)第二跑道工程、日本伏木富山港疏浚填海工程、廣島縣宇品內(nèi)港地區(qū)地盤(pán)改良工程、日本名古屋的人工島—第3Board Island、日本名古屋機(jī)場(chǎng)的填海工程等都部分使用了經(jīng)過(guò)固化處理的疏浚淤泥作為填方材料。日本東京還設(shè)有多處廢棄土處理中心，將廢棄淤泥通過(guò)固化處理后代替砂料等土石方材料進(jìn)行出售[10]。

1.3 淤泥輕量化處理技術(shù)

淤泥輕量化處理技術(shù)就是將疏浚淤泥、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—疏浚淤泥輕質(zhì)混合土。其中，固化材料一般為水泥，其作用是通過(guò)固化反應(yīng)來(lái)提高疏浚淤泥的強(qiáng)度，也可以加入粉煤灰、廢石膏等，組成復(fù)合型固化材料。輕質(zhì)材料主要選擇聚苯乙烯泡沫塑料(簡(jiǎn)稱(chēng)EPS)顆粒(碎粒、片?；驈U棄泡沫塑料)或氣泡(或泡沫漿)，起到減輕重量的作用。EPS 是一種輕型高分子聚合物，它的堆積密度是土密度的1/80.1/100，加入混合土中后可通過(guò)EPS 來(lái)置換相同體積的淤泥，從而顯著降低混合土的密度。若將作為輕質(zhì)材料的EPS 顆粒換為機(jī)械粉碎后的廢棄泡沫塑料顆粒，則可以消納大量廢棄的泡沫塑料，既可降低造價(jià)又可保護(hù)環(huán)境。

疏浚淤泥輕量化處理技術(shù)施工工藝與固化處理技術(shù)的施工工藝基本相同。也包括疏浚、過(guò)濾解泥、混合攪拌、填筑、養(yǎng)護(hù)這五個(gè)步驟。只是混合攪拌這個(gè)步驟分兩次進(jìn)行。首先，在攪拌機(jī)中加入固化材料，將過(guò)濾、解泥后的疏浚淤泥與固化材料充分混合，攪拌均勻形成混合土。然后，將輕質(zhì)材料放入攪拌機(jī)中，與疏浚淤泥與固化材料所形成的混合土再進(jìn)行第二次的充分?jǐn)嚢?。這主要是因?yàn)橄忍砑虞p質(zhì)材料，則通過(guò)攪拌，輕質(zhì)材料被軟土包裹起來(lái)，隨后再加入水泥，即時(shí)攪拌均勻，包裹輕質(zhì)材料的這部分軟土的內(nèi)部與水泥之間無(wú)法發(fā)生硬凝反應(yīng)，致使土樣內(nèi)部薄弱部位增多，土樣的強(qiáng)度會(huì)有所降低。

疏浚淤泥輕量化處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：①處理技術(shù)施工簡(jiǎn)便迅速，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可根據(jù)具體工程需要，通過(guò)調(diào)整固化材料、輕質(zhì)材料、水的添加量來(lái)制備出具體工程所要求的輕質(zhì)、高強(qiáng)填土材料；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，并可有效的降低地基中的附加應(yīng)力，輕量化處理后的疏浚淤泥被廣泛地應(yīng)用于軟弱地基處理、橋頭跳車(chē)病害處理、滑坡治理、管道填埋、拓寬填土施工等工程中。這一技術(shù)是1996 年由日本的Tsuchida 等提出的，當(dāng)時(shí)主要用于港口、海岸工程中回填或土質(zhì)改良[11]。

該技術(shù)國(guó)外已得到廣泛的應(yīng)用，如日本東京國(guó)際機(jī)場(chǎng)第3 期地區(qū)工程外的擋墻背后的填土采用了氣泡輕質(zhì)混合土和EPS輕質(zhì)混合土共同填筑，施工總量為1000m3。應(yīng)用輕量化技術(shù)對(duì)我國(guó)國(guó)內(nèi)疏浚淤泥進(jìn)行處置尚處于起步階段。在我國(guó)已經(jīng)開(kāi)展了較多的室內(nèi)試驗(yàn)研究，但還沒(méi)有工程應(yīng)用的實(shí)例。我國(guó)的朱偉教授首次提出了對(duì)疏浚淤泥進(jìn)行輕量化處理，且已開(kāi)展了較多的室內(nèi)試驗(yàn)，取得了一定的研究成果，但目前還沒(méi)有進(jìn)行工程應(yīng)用。

疏浚淤泥輕量化處理技術(shù)也存在前期設(shè)備投入較大、成本較高、不適合小規(guī)模的填筑工程的缺點(diǎn)。這主要取決于三個(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；三是高效、低價(jià)的輕質(zhì)材料的制備。其中前兩個(gè)問(wèn)題與固化技術(shù)中所遇到的相同，而輕質(zhì)材料的研究尤其是將廢棄泡沫塑料通過(guò)粉碎設(shè)備制作成大小均勻、性質(zhì)穩(wěn)定的泡沫塑料顆粒，以及制造穩(wěn)定、高效的氣泡，在我國(guó)尚處于起步階段。

2 展望

疏浚淤泥是一種很有利用價(jià)值的潛在資源，疏浚淤泥資源化利用研究成為一種必然的研究趨勢(shì)。減少疏浚淤泥拋棄的最有效的措施就是進(jìn)行資源化研究，使其變廢為寶，這也是目前國(guó)外許多發(fā)達(dá)國(guó)家采取最常用的方法之一。

吹填淤泥填海造陸技術(shù)、淤泥固化改良處理技術(shù)和淤泥輕量化處理技術(shù)都可將成為廢棄物的疏浚淤泥處理成為可再生利用的土工填方材料、建筑材料進(jìn)行使用，同時(shí)可以解決我國(guó)沿海大量產(chǎn)生的廢棄疏浚淤泥的處理問(wèn)題和淤泥海洋拋泥造成的環(huán)境污染問(wèn)題，解決工程建設(shè)用土的問(wèn)題。我國(guó)在疏浚淤泥的資源化利用方面尚屬于起步階段，這3 種廢棄疏浚淤泥的資源化利用技術(shù)是保護(hù)資源、環(huán)境的創(chuàng)新技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景，值得在我國(guó)推廣。

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