河道底泥資源化利用研究現(xiàn)狀及展望

河道底泥不僅是河流營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)的中心環(huán)節(jié)，也是營養(yǎng)物、重金屬、持久性有機污染物的主要聚集庫。自然河道水環(huán)境中，即使外源污染得到有效控制，在生物或物理因子等作用下，底泥中污染物質(zhì)的釋放仍有可能導(dǎo)致水體在相當長的時期內(nèi)持續(xù)富營養(yǎng)化或水質(zhì)繼續(xù)惡化，底泥內(nèi)源污染治理已成為河流長治久清和生態(tài)復(fù)蘇的關(guān)鍵性問題[1]。另一方面，河道底泥含有較多的有機質(zhì)，是一種利用價值很高的潛在資源。為此，對河道底泥處理的同時進行資源化利用業(yè)已成為了近幾年環(huán)保、水利領(lǐng)域研究的熱點。

1 河道底泥處理方法

按照底泥處理方式的不同，河道底泥處理分為原位處理和異位處理。

1.1 原位處理

原位處理是指底泥無需進行轉(zhuǎn)移，通過物理、化學(xué)或生物的方法將底泥中的污染物進行分解或固定[2]，常見的有底泥覆蓋、化學(xué)鈍化、微生物修復(fù)等技術(shù)[3-4]。底泥原位處理技術(shù)較簡單，施工時對周邊環(huán)境影響較小，但因污染物仍然存在于底泥中，有再次釋放的風險；或投加的試劑易造成二次污染，在方案制定時要結(jié)合項目特點做好方案比選。

1.2 異位處理

異位處理是將河道底泥通過機械設(shè)備或人力轉(zhuǎn)移至指定地點，并進行相應(yīng)的處理處置，常見的有衛(wèi)生填埋、資源化利用、焚燒、海洋投棄等[5]。

與原位處理技術(shù)相比，盡管異位處理會產(chǎn)生大量的疏浚底泥，但異位處理對河道底泥進行清除，能克服河道或水體環(huán)境的限制，有效避免二次污染的產(chǎn)生，同時增加河道過水斷面、提高河網(wǎng)調(diào)蓄能力，具有提升水安全和水環(huán)境雙重效果，成為國內(nèi)河道治理中常用的技術(shù)之一。

2 資源化利用研究現(xiàn)狀

底泥資源化利用的途徑主要有還田利用、還林利用、就地利用、再生利用等方式。隨著我國生態(tài)文明建設(shè)的推進和“碳達峰、碳中和”低碳綠色發(fā)展理念的倡導(dǎo)，對河道底泥資源化利用，成為了當前研究的熱點之一[6-8]。

2.1 還田利用

還田利用是指將河道底泥以泥漿形式進入農(nóng)田或底泥干化后回用于農(nóng)田的利用方式。對于一定量的未受工業(yè)污染的底泥應(yīng)用于農(nóng)田后，可以提高土壤有機質(zhì)、氮、磷含量，不僅有利于作物增產(chǎn)，還可以改善土壤物理性狀，提高土壤陽離子交換容量和保水能力。河道底泥還田利用不僅可以緩解我國土壤資源緊缺的問題，還能實現(xiàn)底泥的資源化、減量化。

吳學(xué)榮[6]開展了河道底泥還田對種植水稻的生長、產(chǎn)量及稻米質(zhì)量影響的研究，結(jié)果表明底泥的使用能增加土壤中的營養(yǎng)成分，利于水稻生長，土壤中重金屬的含量受到底泥添加的影響，施用時要根據(jù)檢測結(jié)果控制。錢建鋒[7]研究了河道疏浚底泥對農(nóng)用土壤及水稻生長的影響，對比無污染底泥和污染底泥的試驗結(jié)果，得到不同污染底泥比例對農(nóng)用土壤的營養(yǎng)成分含量呈正比關(guān)系，底泥比例與水稻中重金屬含量呈反比關(guān)系。底泥還田利用的安全性至關(guān)重要，上海市《關(guān)于規(guī)范中小河道整治疏浚底泥消納處置的指導(dǎo)意見》對底泥還田利用提出：檢測結(jié)果不高于 11 項風險篩選值，可按農(nóng)業(yè)部門有關(guān)規(guī)定用于還田利用，高于風險篩選值的，嚴禁進入農(nóng)田。經(jīng)檢測合格的疏浚底泥按一定的量還田利用，環(huán)境相對安全、處置費用低、處置量大，且充分利用了底泥中的有益成分，被認為是最具發(fā)展?jié)摿Φ牡啄嗵幹梅绞街弧?/p>

2.2 還林利用

還林利用是指將底泥用于河道周邊綠化帶、林帶建設(shè)、生態(tài)廊道建設(shè)、綠地林地等建設(shè)。石穩(wěn)民[9]研究了襄陽護城河清淤底泥資源化處理工藝，將底泥和秸稈進行強化攪拌、快速堆肥工藝制備綠化種植土，結(jié)果表明，制備的種植土可滿足園林綠化種植標準。徐會顯[10]對荊江三口疏浚底泥進行特性分析，綜合考量疏浚底泥中總氮、總磷及有機質(zhì)等營養(yǎng)成分水平，表明底泥可適用于園林、防護林等方面。還林利用時也要關(guān)注其安全性，上海市《關(guān)于規(guī)范中小河道整治疏浚底泥消納處置的指導(dǎo)意見》提出：按照 GJ/T340-2016《綠化種植土壤》中對土壤環(huán)境質(zhì)量要求規(guī)定的 8 項重金屬指標進行檢測，滿足還林條件的，應(yīng)盡量考慮優(yōu)先進入林地，對疏浚底泥應(yīng)進行一定的資源化處理，使其達到綠化用土相關(guān)標準后方可用于造林地塊。為此，河道底泥在還林利用前，應(yīng)根據(jù)底泥污染程度、養(yǎng)分含量等特性進行科學(xué)分析后應(yīng)用于園林綠化，避免造成不利影響。

2.3 就地利用

就地利用是指河道底泥作為疏浚河道兩岸堆高堤防和護坡材料、充填種植袋、沿河綠化帶堆置、水生植物種植平臺改造等方式。

河道治理中采用的生態(tài)岸坡防護材料，如生態(tài)混凝土、固化土、生態(tài)種植袋等，多數(shù)可以利用處理后的疏浚底泥。將疏浚底泥填充生態(tài)袋干化，可用于河道岸邊堆高堤防，構(gòu)建生態(tài)堤，該方式能夠?qū)崿F(xiàn)河道疏浚底泥的就地處理，減少運輸成本，減少環(huán)境影響，并且利用構(gòu)建的底泥基質(zhì)、植物和微生物復(fù)合系統(tǒng)，實現(xiàn)底泥的生態(tài)無害化處理與循環(huán)利用。孫即梁等[11]采用底泥原位生態(tài)修復(fù)（ISER）固化技術(shù)對村鎮(zhèn)級河道疏浚底泥進行原位固化制備固化海綿土生態(tài)護岸材料及性能試驗探索，并進行工程示范。實踐表明采用ISER 固化技術(shù)對疏浚底泥原位固化穩(wěn)定化修復(fù)并資源化用于建設(shè)生態(tài)護岸，1 m 護岸可消納 0.8 m3疏浚底泥，各項指標優(yōu)良，能有效解決近年來日益嚴重的疏浚底泥處置消納和環(huán)境保護之間的沖突。

李世汩等[12]根據(jù)固化淤泥重塑土的性質(zhì)，將淤泥固化-微地形構(gòu)建技術(shù)與土地利用相結(jié)合，在符合土壤環(huán)境質(zhì)量標準的前提下，使淤泥固化中拌和、悶料養(yǎng)護等環(huán)節(jié)與微地形構(gòu)建相協(xié)同，進行林木種植，增強了區(qū)域的水土保持與碳中和能力，提出了河湖淤泥大規(guī)模處理處置的新途徑。

2.4 再生利用

再生利用是指將河道底泥用于制磚、路基填筑材料、制陶粒等的利用方式。河道底泥中含有大量的無機質(zhì)，主要以硅酸鹽為主，可替代黏土制備磚、陶瓷、陶粒、水泥等建筑材料。

國外許多地方在底泥建材化方面研究較早，如日本建造了多個底泥焚燒灰制磚廠，利用底泥進行玻璃化、熔融化以及制造纖維板等技術(shù)研究開發(fā)方面投入資金，美國也在利用底泥制造“生物磚”、水泥等建筑材料方面進行了大量研究。Slimanou 等[13]利用疏浚底泥為原料制備粘土磚，結(jié)果表明底泥添加比例和煅燒溫度是決定燒結(jié)磚質(zhì)量的關(guān)鍵因素，當?shù)啄啾壤╳t）為 15%～20% 時，燒結(jié)磚綜合性能較好。劉繼狀等[14]研究了利用河道淤泥、粉煤灰和石灰激發(fā)劑等制備免燒磚，結(jié)果表明，在最優(yōu)比例下制備的淤泥免燒磚可滿足強度、耐水性能及抗凍性能相關(guān)要求。在我國的福建寧德、浙江嘉興、廣州等地將干化后的底泥用作磚廠或陶瓷廠的添加輔料。

日本、新加坡等國利用固化后的底泥作為填方材料來擴充土地，其應(yīng)用案例有日本名古屋的人工島-第三島和日本中部國際機場，均使用了底泥作為填方材料。秦峰等[15]將蘇州河底泥用作填埋場封場覆蓋防水材料，研究河道底泥的處理工藝使其滿足填埋場防滲、土力學(xué)安全性能指標等相關(guān)要求，避免二次污染。

底泥制作陶粒也是研究比較多的方面，其可以實現(xiàn)減量化、資源化利用，并可獲得較好的經(jīng)濟效益。劉貴云[16]以上海市龍華港和彭越浦的底泥為基本原料，采用生活污泥、廣西白泥和水玻璃為添加劑制備了底泥陶粒，通過對其性能的測定和分析，表明底泥陶粒符合生物膜載體要求，且重金屬通過高溫燒結(jié)，不易重新釋放到環(huán)境中而造成二次污染。通過污水廠實際應(yīng)用表明底泥陶粒作為曝氣生物濾池載體是可行的。

3 展望及建議

“十四五”時期，我國生態(tài)文明建設(shè)進入了以降碳為重點戰(zhàn)略方向、推動減污降碳協(xié)同增效、促進經(jīng)濟社會全面綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展、實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量由量變到質(zhì)變改善的關(guān)鍵時期。在水環(huán)境治理領(lǐng)域，將由原來的黑臭河道治理轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)域性的生態(tài)治理，從生態(tài)系統(tǒng)整體性出發(fā)，統(tǒng)籌推進山水林田湖草一體化保護和修復(fù)，其中需要做好河道底泥的處理和資源化利用，這將是未來發(fā)展低碳社會的重要舉措之一。鑒于目前研究和應(yīng)用中存在的問題，對底泥處理和資源化利用提出如下建議。

3.1 在底泥還田、還林利用方面制定資源化利用相關(guān)規(guī)范

大量的研究成果表明，河道底泥還田、還林利用被認為是最具發(fā)展?jié)摿Φ牡啄嗵幹梅绞健５?，也存在一些問題。

（1）我國尚未出臺明確的河道底泥還田、還林利用相關(guān)的檢測、實施、后評估方面的標準。對污染物的控制，一些地方在底泥還田、還林利用時分別參考 GB 15618-2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風險管控標準（試行）》和 CJT 340-2016《綠化種植土壤》。但不同的河道受污染的情況不盡相同，污染物的成分也不同，極有可能超標項目不在常規(guī)檢測指標內(nèi)。

（2）底泥還田存在一定的安全風險，需要在還田之前做好科學(xué)合理的方案，并在實施后開展跟蹤監(jiān)測評估，確保農(nóng)作物的安全。

（3）一定量的底泥還田有助于農(nóng)作物的生長，但要考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的便利性，還田后不應(yīng)影響農(nóng)田灌排水、耕作等。

上海市制定了《上海市河道疏浚底泥處理處置技術(shù)指南》，對河道底泥還田、還林利用等提出了要求：存在 1 項及以上高于風險篩選值的底泥，不得進入耕地；不得含有電池、藥品等有毒有害雜質(zhì)，機械雜質(zhì)率≤0.1%；還田底泥干化后厚度不得超過 10 cm 等。但這些僅適用于上海，大力推進底泥還田、還林資源化利用需要更多政策性、技術(shù)性文件支持。

為此，建議國家制定底泥還田、還林資源化利用相關(guān)規(guī)范性技術(shù)文件，規(guī)范、指導(dǎo)項目實施。

3.2 建議加大對底泥資源化利用的研發(fā)力度

深入研究底泥預(yù)處理技術(shù)，利用機械脫水、化學(xué)調(diào)理等技術(shù)實現(xiàn)底泥減量化；同時，研發(fā)高效環(huán)保的藥劑或處理技術(shù)去除底泥中污染物，降低底泥應(yīng)用的風險。充分考慮工程應(yīng)用成本，探索同步實現(xiàn)減量化和無害化的處理技術(shù)，為污泥資源化利用作好鋪墊，減少后續(xù)處理成本和處理量。在中小河道治理中，生態(tài)護坡、固化土等技術(shù)的應(yīng)用取得了一定的成效，實現(xiàn)了底泥的清淤及資源化就地利用，為生態(tài)河道治理提供了可復(fù)制、可推廣的路徑。建議鼓勵企業(yè)、高校加大類似技術(shù)的研發(fā)轉(zhuǎn)化力度，增加資源化利用途徑，推動更多的企業(yè)參與底泥利用產(chǎn)業(yè)。

3.3 建議政府多部門聯(lián)合，共同推進底泥資源化利用

河道底泥的資源化利用除了還田、園林綠化、作建筑材料外，還可用于礦山復(fù)綠、生態(tài)工程等，這些均涉及政府多個管理部門，同時河道底泥處理和利用不是單一部門所能解決的，需要走多部門協(xié)同綜合治理、資源化利用之路。建議加快底泥產(chǎn)業(yè)模式示范，建設(shè)各類底泥處理技術(shù)和資源化利用產(chǎn)品展示的集成示范項目，提供經(jīng)濟合理、技術(shù)可行的底泥處理模式，形成“一類河道底泥、一套治理方法、一套治理標準、一套利用技術(shù)”的模式?？梢劳袊壹笆?、市各級科技項目，與地方疏浚工作緊密結(jié)合，共同推進河道底泥減量化和資源化利用，加快底泥產(chǎn)業(yè)化建設(shè)。