濕地清淤底泥資源化處置現(xiàn)狀與前景

魏佳明 張曉藝 李婉 郭冬雪宋少宇 李傳維 宋子鈺 劉志喜 于陽(yáng) 劉鵬

（北京建工環(huán)境修復(fù)股份有限公司，污染場(chǎng)地安全修復(fù)技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京100015）

濕地是陸地生態(tài)系統(tǒng)與水域生態(tài)系統(tǒng)的交錯(cuò)地帶，濕地底泥對(duì)濕地形成、發(fā)育和演化起到了至關(guān)重要的作用(魏佳明等,2016)。其既能影響濕地的水文特征，又能影響濕地的物理化學(xué)環(huán)境，進(jìn)而影響濕地的生物區(qū)系(崔麗娟等,2006)。我國(guó)河湖濱海濕地眾多，濕地底泥淤積問(wèn)題十分嚴(yán)重。截至上世紀(jì)末，黃河下游河段淤積累計(jì)量超過(guò)55億m3，長(zhǎng)江洞庭湖約60億m3（曹慧群等,2011)。隨著濕地清淤量的加大，大量濕地清淤底泥去處成為重大的環(huán)境問(wèn)題，如何進(jìn)行資源化利用，減小環(huán)境壓力顯得尤為重要。

當(dāng)前濕地清淤底泥可以實(shí)現(xiàn)多種資源化用途，主要用途有：工程用途、環(huán)境改善用途、產(chǎn)品用途。各國(guó)濕地清淤底泥的主要用途見(jiàn)表1。

表1 不同國(guó)家濕地清淤底泥的主要用途Table 1 Wetland dredging sediments reuse in diあerent countries

1 濕地清淤底泥的工程用途

1.1 濕地岸帶修復(fù)

河湖濕地清淤底泥，尤其是濱海濕地的清淤底泥，可用于保護(hù)或修復(fù)受損的濕地岸帶。修復(fù)與保護(hù)的方式主要是定期補(bǔ)充流失的岸帶基質(zhì)，維持濕地岸線并減輕侵蝕的影響。底泥對(duì)岸帶的滋養(yǎng)不僅可以防止岸帶侵蝕，也可以防止局部洪水，將岸帶維持在一個(gè)健康穩(wěn)定的狀態(tài)。在沿海直接使用清淤底泥的一種創(chuàng)新方法是用清淤底泥填充土工管袋保持材料。土工管袋是高抗拉強(qiáng)度編織聚丙烯袋，設(shè)計(jì)用于接收和保留泵送材料，允許水通過(guò)細(xì)孔逸出。土工管袋可用于保持和脫水清淤底泥，以形成不同類(lèi)型的岸帶結(jié)構(gòu)。清淤底泥可以直接從疏浚船泵送或液壓放置到土工管袋中，既可筑堤來(lái)防洪和治水，也可用于控制岸灘侵蝕，提供岸帶保護(hù)。

此外，底泥在修復(fù)岸帶的同時(shí)，還可以額外提供近岸帶護(hù)堤的養(yǎng)料，作為岸帶營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的天然來(lái)源。Hanson等（2003）整理了多項(xiàng)國(guó)際相關(guān)工程案例，認(rèn)為底泥作為岸帶營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用是一種有效的濕地岸帶保護(hù)手段，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以考慮應(yīng)用于岸帶或發(fā)生侵蝕的岸灘，底泥材料應(yīng)比現(xiàn)有岸帶沉積物稍粗糙，并且應(yīng)具有與原位基質(zhì)相似的組成、顏色和質(zhì)地，具有相似的物理和化學(xué)特性。

1.2 土地改良與開(kāi)發(fā)

使用濕地清淤底泥改良或開(kāi)發(fā)土地是清淤底泥的國(guó)際常見(jiàn)用途之一，即利用填充、改良等方式創(chuàng)造新的土地。該用途的可行性主要取決于開(kāi)發(fā)、改良土地的最終目標(biāo)用途（例如工業(yè)、娛樂(lè)等）和清淤底泥本身的物理特性。粗粒徑的清淤底泥因其優(yōu)越的工程特性，通常適用于所有類(lèi)型的目標(biāo)用途。表2提供了一些清淤底泥類(lèi)型和與其匹配的土地利用方向(Sheehan et al, 2012)。

表2 濕地清淤底泥類(lèi)型與其利用方向Table 2 Wetland dredging sediments type and reusef i elds

國(guó)際上常見(jiàn)的目標(biāo)用途主要包括港口和港口周邊建立的新的陸地區(qū)域，發(fā)展大型基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，如香港國(guó)際機(jī)場(chǎng)；建立“新”海岸線和近海島嶼，如迪拜，提高陸地面積以抵御洪水的潛在影響。

1.3 填埋場(chǎng)覆蓋層

合適的濕地清淤底泥可用作填埋場(chǎng)覆蓋層，作為屏障材料,可用在日常填埋階段、中間階段或最終封場(chǎng)的永久填埋階段。這種半滲透層的目的是控制公害，最大限度地減少氣味和填埋氣體的逸出，減少降雨的滲透和滲濾液的排出(Mohan et al,1997)。

填埋場(chǎng)覆蓋層的具體參數(shù)取決于填埋場(chǎng)封場(chǎng)后的最終用途。在理想狀況下，清淤底泥作為覆蓋材料應(yīng)能夠自由排水，并且最好具有低粘土含量和低滲透性。清淤底泥的其他特性，如有機(jī)物含量、氮、磷和任何潛在有毒污染物（多環(huán)芳烴和多氯聯(lián)苯）等應(yīng)符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，歐盟地區(qū)一般參照歐盟垃圾滲濾液標(biāo)準(zhǔn)對(duì)覆蓋物進(jìn)行綜合評(píng)估。我國(guó)目前尚未出臺(tái)清淤底泥的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，一般參照《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置——混合填埋用泥質(zhì)》（GBT 23485-2009）。

2 濕地清淤底泥的環(huán)境改善用途

2.1 濕地生境營(yíng)造

濕地清淤底泥可用于建立新的濕地區(qū)域，改善現(xiàn)有的棲息地，或者為已被破壞的濕地提供穩(wěn)定性。清淤底泥提供生物基質(zhì)與風(fēng)浪屏障，以允許本地植被再生并恢復(fù)濕地動(dòng)植物的生存能力，將退化的濕地進(jìn)行提升和恢復(fù)。由于濕地類(lèi)型多樣，將清淤底泥的特性與現(xiàn)有濕地的特性相匹配會(huì)增加成功恢復(fù)、創(chuàng)造濕地生境的機(jī)會(huì)。例如，英國(guó)環(huán)境、食品和農(nóng)村事務(wù)部確定在極端情況下，直徑為10～50 mm的礫石可以保持濕地的穩(wěn)定，同時(shí)更好地為鳥(niǎo)類(lèi)提供筑巢場(chǎng)所。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，清淤底泥形成的新沉積物與原位沉積物在有機(jī)碳和粘土含量方面如果相近，可觀察到相對(duì)快速的“定居現(xiàn)象”(Whomersley et al,2003)。所以，在規(guī)劃階段必須考慮清淤底泥的有機(jī)含量，防止由于氧化還原電位降低和有機(jī)物含量的提高導(dǎo)致更長(zhǎng)的生物適應(yīng)時(shí)間(Bergmann et al,2007)。

濕地清淤底泥可用于濕地生境營(yíng)造，在國(guó)內(nèi)外已有較好的應(yīng)用案例。由于自然侵蝕，美國(guó)貝伊漢哲島（Poplar Island）退化嚴(yán)重，利用巴爾摩港口航道的疏浚泥修復(fù)和重建了貝伊漢哲島，取得了良好的生態(tài)效益（黃華梅等, 2011）。國(guó)內(nèi)較早的相關(guān)實(shí)踐位于杭州江洋畈生態(tài)公園，前身是西湖淤泥疏浚的堆積場(chǎng)。修復(fù)工程設(shè)計(jì)引導(dǎo)淤泥種子庫(kù)中的植物，利用其演替過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了自然生態(tài)公園的建設(shè)（王向榮等, 2011）。

2.2 礦山修復(fù)

濕地清淤底泥可用作不同的替代填料，包括在景觀中使用清潔的清淤底泥替代污染土壤填充。含有重金屬或有機(jī)污染物（在相關(guān)目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)）的清淤底泥和未污染的清淤底泥也可使用固化穩(wěn)定材料來(lái)穩(wěn)定，以形成用于廢棄礦山和采石場(chǎng)復(fù)墾的低滲透性填料，均具有潛在的重大環(huán)境效益（Voros et al, 2005）。

當(dāng)前，清淤底泥或者清淤底泥/水泥復(fù)合材料可用于有潛在環(huán)境危害的礦山和采石場(chǎng)恢復(fù)。目前國(guó)內(nèi)尚未出臺(tái)填充材料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與導(dǎo)則，因而在規(guī)劃利用初期，應(yīng)首先考慮生態(tài)環(huán)境效益，實(shí)地調(diào)查地質(zhì)、地下水、土地成本、排水、周?chē)鷦?dòng)植物等狀況，考慮潛在的社會(huì)和環(huán)境影響，其次也要考慮運(yùn)輸車(chē)輛（卡車(chē)、挖掘設(shè)備等）的可達(dá)性，盡量減小經(jīng)濟(jì)成本。

3 濕地清淤底泥的產(chǎn)品用途

3.1 混凝土產(chǎn)品

粗砂清淤底泥可用于補(bǔ)充混凝土的骨料成分，可成為混凝土的替代原材料。用50%的細(xì)粒清淤底泥替代0.4 mm的骨料，使成品混凝土的性能良好（在某些情況下，性能超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)混凝土）（Limeira et al, 2011）。

歐盟就混凝土生產(chǎn)中使用的粗骨料和細(xì)骨料編制了詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)指南，利用清淤底泥作為骨料，應(yīng)測(cè)試其產(chǎn)品性能，并與其它骨料制造產(chǎn)品品質(zhì)相同，我國(guó)針對(duì)混凝土也有相應(yīng)的“預(yù)拌混凝土國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)”(GBT14902-2012)。

3.2 人工表土產(chǎn)品

清淤底泥含有豐富的有機(jī)物和N、P、K等營(yíng)養(yǎng)元素以及植物生長(zhǎng)必需的Ca、Mg、Zn、Cu、Fe等微量元素，能夠改良土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤肥力，促進(jìn)作物生長(zhǎng)。清淤底泥可與回收的有機(jī)廢料混合使用，生產(chǎn)能夠改良土壤的人工表土。有學(xué)者對(duì)清淤底泥與處理后的有機(jī)生活垃圾混合產(chǎn)生的人工表土產(chǎn)量進(jìn)行了評(píng)估，認(rèn)為人工表土具有良好的排水能力、保水能力以及充足的養(yǎng)分，利用清淤底泥生產(chǎn)人工表土在技術(shù)上是可行的，養(yǎng)分方面可能比市場(chǎng)上銷(xiāo)售的產(chǎn)品質(zhì)量更好（Sheehan et al, 2010）。

以清淤底泥為原料的人工表土應(yīng)符合相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，英國(guó)《表土規(guī)范和使用要求》（BS 3882-2007）對(duì)人工表土有詳細(xì)的要求。國(guó)內(nèi)還沒(méi)有清淤底泥相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，可參照城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置的國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。考慮到我國(guó)底泥成分的復(fù)雜性，一般使用底泥產(chǎn)品應(yīng)有一定的用量控制，以防止出現(xiàn)環(huán)境問(wèn)題?！冻擎?zhèn)污水處理廠污泥處置——農(nóng)用泥質(zhì)》（CJ/T 309-2009）強(qiáng)調(diào)農(nóng)田年施用污泥量累計(jì)不應(yīng)超過(guò)7.5 t/hm2，農(nóng)田連續(xù)施用不應(yīng)超過(guò)10 a，湖泊周?chē)? 000 m范圍內(nèi)和洪水泛濫區(qū)禁止施用污泥。

3.3 陶瓷、磚塊產(chǎn)品

濕地清淤底泥可用作制磚原料。合適的細(xì)粒清淤底泥可用作沙子或天然粘土的替代品，且污染物在穩(wěn)定成品中可以固定。處理過(guò)的清淤底泥具有環(huán)境安全性，并且能夠達(dá)到一定的物理和化學(xué)性能指標(biāo)，可用于填方、建筑材料等領(lǐng)域，甚至可作為污水凈化材料以及環(huán)境修復(fù)材料。

國(guó)內(nèi)有學(xué)者研究將固化/穩(wěn)定化底泥制備成生態(tài)磚、吸附材料、吸附陶粒等污水凈化材料，應(yīng)用于生態(tài)景石駁岸、雨水花園、人工濕地景觀、低影響開(kāi)發(fā)雨水構(gòu)建系統(tǒng)等，集防洪效應(yīng)、生態(tài)效應(yīng)、景觀效應(yīng)和自凈效應(yīng)于一體，既降低內(nèi)源負(fù)荷，又控制面源污染（圖1）。

3.4 其他用途

濕地清淤底泥還可用于水產(chǎn)養(yǎng)殖、近海土丘、裝飾性景觀產(chǎn)品等方面（表3）。

4 展望

圖1 底泥基于固化/穩(wěn)定化處置技術(shù)的可持續(xù)利用途徑（顧竹珺等, 2017）Fig.1 Sustainable utilization approaches of sediments disposal based on solidif i cation and stabilization technology

表3 濕地清淤底泥的其他利用途徑Table 3 Wetland dredging sediments others reuse fi elds

隨著《國(guó)務(wù)院關(guān)于切實(shí)加強(qiáng)中小河流治理和山洪地質(zhì)災(zāi)害防治的若干意見(jiàn)》《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》《渤海綜合治理攻堅(jiān)戰(zhàn)行動(dòng)計(jì)劃》等國(guó)家環(huán)保政策的不斷出臺(tái)，原本僅以水利疏浚為由的河湖濱海濕地清淤加上了“環(huán)?！边@一目的，通常成為黑臭水體治理、水環(huán)境綜合整治的子項(xiàng)工程，相關(guān)的工程量將會(huì)急劇增加，產(chǎn)生的清淤底泥的方量也會(huì)增加，合理尋找底泥處置出路與方法，是應(yīng)當(dāng)優(yōu)先思考的問(wèn)題?？v觀國(guó)家出臺(tái)的相關(guān)法律與規(guī)范，一方面對(duì)清淤底泥的利用提出了嚴(yán)格的限制，一方面也鼓勵(lì)對(duì)其進(jìn)行資源化利用，究其原因，主要還是我國(guó)河湖濕地、濱海濕地的污染治理工作相較于國(guó)外較晚，導(dǎo)致目前清淤底泥的成分較為復(fù)雜，大多存在一定的污染，較難直接利用。

鑒于國(guó)家尚未出臺(tái)濕地清淤底泥處置的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，目前均參考城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)內(nèi)污泥的主要利用方式為 ：污泥土地利用、污泥填埋、污泥建筑材料利用、污泥焚燒等，不論哪種處置方式都需要相關(guān)的政策支持、政府協(xié)助以及技術(shù)完備，如上海等城市除嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)政策標(biāo)準(zhǔn)外，還明確了河流濕地清淤底泥的兩條處置路徑：一是檢測(cè)達(dá)標(biāo)后可直接作為綠化用土就近利用，二是對(duì)受污染的底泥預(yù)處理后，納入本區(qū)域污泥處置體系。

結(jié)合當(dāng)前我國(guó)污泥處理的現(xiàn)狀，受到政府資金短缺、環(huán)保督查時(shí)間緊等多重因素影響，業(yè)主更喜歡簡(jiǎn)單便宜、安全無(wú)風(fēng)險(xiǎn)、快速有效的處置方式，部分河湖清淤底泥處置工程介入時(shí)已到了清淤工程結(jié)束的階段，如在早期為業(yè)主提供較為完備的“清淤——處置”一體化規(guī)劃，底泥處理利用效果會(huì)更好。