河湖淤泥制備綠化種植土的研究現(xiàn)狀及展望

李深圳 陳鈺 秦華進(jìn) 馬媛媛 王士權(quán)

摘 要：針對(duì)每年產(chǎn)生的大量河湖淤泥的處置難題，本文介紹了河湖淤泥的特點(diǎn)和危害，包括惡化人居環(huán)境、二次污染周邊土壤和長(zhǎng)期壓占土地，對(duì)河湖淤泥直接制備種植土和淤泥用作土壤改良劑兩種工藝進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，最后提出對(duì)全國(guó)各地淤泥的理化性質(zhì)開展系統(tǒng)性研究和分類統(tǒng)計(jì)的展望。

關(guān)鍵詞：淤泥;污染;種植土;資源化

中圖分類號(hào)：S141.4;X703 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-5168（2022）11-0121-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.11.027

Research Status and Prospect of Preparing Greening Planting Soil from River and Lake Sludge

LI Shenzhen? ? CHNE Yu? ? QIN Huajin? ? MA Yuanyuan? ? WANG? Shiquan

（School of Resources and Civil Engineering， Suzhou University， Suzhou 234000， China）

Abstract： In view of the disposal problems of a large number of river and lake sludge produced every year， this paper introduces the characteristics and hazards of river and lake sludge， including deterioration of living environment， secondary pollution of surrounding soil and long-term occupation of land， systematically summarizes the two technologies of direct preparation of planting soil and sludge as soil conditioner， and finally puts forward the prospect of systematic research and classified statistics on the physical and chemical properties of sludge all over the country.

Key words： the sludge; pollution; planting soil; resource recovery

0 引言

我國(guó)每年在河湖水環(huán)境整治、航道疏浚、港口建設(shè)工程中，會(huì)產(chǎn)生數(shù)億方廢棄淤泥，由于河湖淤泥具有含水率高、強(qiáng)度低、滲透性差、成分復(fù)雜、固結(jié)過程緩慢等特點(diǎn)，無法直接用于工程或植物種植，清淤出來后直接堆放在空地上，長(zhǎng)期占用土地資源[1-2]。河湖淤泥成分復(fù)雜，部分淤泥中的有機(jī)物、重金屬等有害物質(zhì)在一定條件下會(huì)釋放到環(huán)境中，造成二次污染[3]。例如，鉛、鋅鎘等重金屬無法被生物降解，不斷在生物體中積累，并通過食物鏈傳遞，最終受到傷害的是處在食物鏈頂端的人類。并且淤泥長(zhǎng)時(shí)間在河湖底部積累，會(huì)使水體變質(zhì)發(fā)臭。此外，在我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，土地資源日趨緊張，沿海城市的基礎(chǔ)建設(shè)和造陸工程對(duì)填土、砂石等天然材料的需求也日益增大，而通過開挖耕地、江河采砂、山區(qū)采石等獲取填料會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境、浪費(fèi)自然資源[4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)五大湖湖底淤泥存量達(dá)到9.81 億 m3，歐洲每年會(huì)產(chǎn)生湖底淤泥1～2 億 m3，中國(guó)滇池湖底淤泥存量2.2億m3，中國(guó)珠江三角洲地區(qū)每年產(chǎn)生的湖底淤泥數(shù)量達(dá)到0.8億m3，江蘇省無錫市太湖生態(tài)清淤工程5 a內(nèi)共清淤泥3 541萬m3。[5-7]。如何安全處置數(shù)量巨大的河湖淤泥已成為亟待解決的難題。若通過一定技術(shù)對(duì)河湖淤泥進(jìn)行改良，使其主控指標(biāo)（pH、含鹽量、有機(jī)質(zhì)、質(zhì)地、入滲速率）符合《綠化種植土壤》（CJ/T 340—2016）要求，且土壤肥力要求也符合規(guī)范，制成綠化種植土，則可以有效解決上述河湖淤泥帶來的問題，而且變廢為寶，實(shí)現(xiàn)淤泥資源化再利用，也符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。本研究要介紹河湖淤泥危害及其制備綠化種植土研究進(jìn)展，并對(duì)未來研究趨勢(shì)提出展望。

1 河湖淤泥的危害

1.1 河湖淤泥會(huì)惡化人居環(huán)境

河湖淤泥導(dǎo)致水體發(fā)臭的原因有3點(diǎn)。①部分淤泥是污水處理后的產(chǎn)物，是一種由有機(jī)殘片、細(xì)菌菌體、無機(jī)顆粒、膠體污泥等組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體，有機(jī)物含量高容易腐化發(fā)臭。②淤泥潛在耗氧量極大，易造成魚蝦類缺氧浮頭，抵抗力下降易死亡，從而導(dǎo)致大量魚蝦尸體腐爛發(fā)臭。③淤泥在厭氧條件下會(huì)產(chǎn)生大量的還原性有害物質(zhì)，例如氨、硫化氫、氮等，尤其是氨極易溶于水，散發(fā)出刺激性惡臭氣味，造成水體發(fā)臭，嚴(yán)重?fù)p害周邊居住環(huán)境和城市形象。

1.2 河湖淤泥會(huì)造成二次污染

隨著地表徑流和工業(yè)污水的排放，重金屬逐漸進(jìn)入河湖水環(huán)境，最后富集在河湖底部淤泥中，且重金屬具有較強(qiáng)的生物毒性和不易降解性。逐年累積的底泥會(huì)影響航運(yùn)、景觀、生態(tài)環(huán)境等水體功能，每年的清淤工程會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄淤泥，就近堆放或轉(zhuǎn)運(yùn)到空曠地帶，淤泥中的重金屬在一定的外界環(huán)境下會(huì)重新從淤泥中釋放遷移，對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境造成二次污染。且重金屬不易被生物降解，就會(huì)伴隨著食物鏈傳遞，對(duì)食物鏈中的生物造成傷害，最終伴隨著各級(jí)生物的富集，對(duì)人類造成無可挽回的傷害。

1.3 河湖淤泥壓占土地資源

通過清淤疏浚產(chǎn)生大量的廢棄淤泥，傳統(tǒng)的處置方法是就近征用土地直接堆放，由于淤泥的含水率高、工程性質(zhì)極差，部分淤泥有機(jī)質(zhì)高甚至含有重金屬，自然干化和降解時(shí)間非常漫長(zhǎng)，有時(shí)長(zhǎng)達(dá)數(shù)年仍難以直接利用，導(dǎo)致大量淤泥長(zhǎng)期壓占土地資源，并且存在二次污染周邊土壤風(fēng)險(xiǎn)，例如淤泥鹽分的污染和氮、磷等養(yǎng)分的污染。淤泥含鹽量較高會(huì)明顯提高土壤電導(dǎo)率，破壞植物養(yǎng)分平衡，抑制植物對(duì)養(yǎng)分的吸收，甚至對(duì)植物根系造成直接的傷害。在當(dāng)今土地資源日益緊缺的現(xiàn)實(shí)條件下，淤泥的高效資源化處置是亟須解決的重大工程問題。

1.4 河湖淤泥危害水體生物

河湖淤泥經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的積累和堆積，水體底層堆積的有機(jī)物質(zhì)在厭氧條件下分解產(chǎn)生的有害氣體，以及一些浮游生物產(chǎn)生的生物毒素（如石房蛤毒素）傷害水生動(dòng)物，導(dǎo)致水生生態(tài)系統(tǒng)紊亂，水生生物種類減少，多樣性受到破壞。李如忠[8]等，通過對(duì)合肥城區(qū)6個(gè)景觀水體進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)檢測(cè)水體均處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。并且包河公園和逍遙津公園的水體氮磷污染情況表明，及時(shí)開展水體的清淤工程，防止水體富營(yíng)養(yǎng)化，對(duì)于改善景觀水體的水質(zhì)保護(hù)水生生態(tài)系統(tǒng)至關(guān)重要。

2 河湖淤泥制備綠化種植土方法及現(xiàn)狀

目前河湖淤泥制備綠化種植土的方法主要分為兩種。第一種是綠化種植土壤全部來自河湖淤泥，通過一定的技術(shù)改良，使其主控指標(biāo)（pH值、含鹽量、有機(jī)質(zhì)、質(zhì)地、入滲速率）符合規(guī)范。第二種是河湖淤泥作為改良劑，與一般土壤結(jié)合，提高土壤氮，磷、鉀含量，增強(qiáng)肥力使其主控指標(biāo)符合相關(guān)規(guī)范。

2.1 改良河湖淤泥直接制備綠化種植土

河湖淤泥由于含水率高、黏土含量高、滲透率性差、成分復(fù)雜，無法直接用于綠化種植，可以通過添加固化劑、生物質(zhì)材料及其他輔料，改變淤泥的理化性質(zhì)，使其主控指標(biāo)符合規(guī)范要求。嚴(yán)先平等[9]利用添加不同用量固化劑改變河湖淤泥理化性質(zhì)，用改良后淤泥種植高羊茅、黑麥草，結(jié)果表明，隨著固化劑含量提高，含水率下降越明顯，在固化劑含量為4%時(shí)，含水率從57%降至33.4%，植株生長(zhǎng)情況最好。張茅等[10]利用硅酸鹽水泥作為固化劑，與廢棄生物質(zhì)材料（秸稈、稻殼和鋸末）混合對(duì)湖底淤泥進(jìn)行改良，種植高羊茅，馬蹄金，黑麥草等植物，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明土壤重金屬的浸出毒性符合標(biāo)準(zhǔn)，摻加4%固化劑、5%秸稈、3%復(fù)合肥、10%稻殼時(shí)，植物生長(zhǎng)情況最好。石穩(wěn)民等[11]通過向護(hù)城河淤泥中添加秸稈粉、微生物菌劑和其他輔料，采取固結(jié)脫水+強(qiáng)化攪拌+快速堆肥工藝制備綠化種植土，脫水后淤泥的含水率均從90%降至35%以下，同時(shí)pH值調(diào)制接近中性，強(qiáng)化攪拌和破碎預(yù)處理可實(shí)現(xiàn)均勻混合，淤泥的營(yíng)養(yǎng)成分及土壤孔隙特性得到改善，采用微生物菌劑可促進(jìn)堆肥，最終的栽培實(shí)驗(yàn)效果良好，可滿足綠化種植土需求。高含鹽量會(huì)造成植物細(xì)胞生理缺水，影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育，不能滿足種植要求，楊永利[12]等通過對(duì)高含鹽量的天津海濱區(qū)淤泥添加園林廢棄物、不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的過磷酸鈣和微生物菌劑，采取室內(nèi)淋洗實(shí)驗(yàn)，使得含鹽量和pH值達(dá)到使用的規(guī)范，制成綠化種植土，通過測(cè)定發(fā)芽率、株高動(dòng)態(tài)、生物量以及相應(yīng)的pH值，含鹽率穩(wěn)定在3 g/kg，證實(shí)了加入20%園林廢棄物、2.4%過磷酸鈣時(shí)水分入滲最快，脫鹽率最大達(dá)到85%，可以滿足綠化種植土的要求。劉勇[13]等在淤泥中添加5%高強(qiáng)高耐水土體固化劑，靜置一周待固化完成后粉碎，再加入3%的膨脹性珍珠巖、1%蛭石粉、2%混合肥，并在綠植生長(zhǎng)過程中施加酸性肥料和有機(jī)肥以改良土壤pH值、全鹽量和通透性，重金屬得到穩(wěn)定化，提高土壤品質(zhì)，增強(qiáng)肥力，提高植物存活率，加速植物的成長(zhǎng)，使制備的綠化種植土效果達(dá)到最佳。馮波[14]等以武漢某湖泊環(huán)保疏浚底泥為研究對(duì)象，分析其理化性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)底泥的堿性過高不適合作為種植土，所以加入脫硫石膏及有機(jī)肥配制的改良試劑，通過淋溶試驗(yàn)判斷改良后的理化性質(zhì)，采集淋溶后的試驗(yàn)底泥及淋溶液進(jìn)行分析。試驗(yàn)結(jié)果證明，改良試劑能夠中和底泥中的堿性物質(zhì)，提供大量離子，平衡了陰陽(yáng)離子電荷，減少HCO-3等堿物質(zhì)的生成，使pH值接近中性，使底泥滿足綠化種植土要求。

2.2 河湖淤泥用作土壤改良劑

河湖淤泥中的大量動(dòng)植物遺體，經(jīng)過長(zhǎng)年累月的厭氧發(fā)酵使河湖淤泥富含氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，可用作土壤改良劑，與一般土壤混合制備綠化種植土，提高土壤肥力，實(shí)現(xiàn)淤泥資源化再利用。盧玨[15]等選取杭州市余杭塘河底泥與一般土壤混合，再添加不同比例的秸稈、園林廢棄物、泥炭土和珍珠巖進(jìn)行底泥堆肥，使土壤中的碳、氮、磷元素含量得到極大提高，并且淤泥土、珍珠巖可以防止肥力過高而發(fā)生燒苗現(xiàn)象，保證植物健康生長(zhǎng)，試驗(yàn)表明狗牙根、草鳳仙花在70%底泥堆肥+10%泥炭+20%珍珠巖的配比下發(fā)芽率達(dá)到最高，狗牙根草在此條件下播種12 d后發(fā)芽率達(dá)到89.12%，比單純加入泥炭土和底泥的發(fā)芽率分別高19.34%和49.34%，草鳳仙花植株鮮質(zhì)量及植株高度都有明顯提高，增大了基質(zhì)通氣孔隙也提高了根部供氧，相比于單純的泥炭土和淤泥更利于植物的生長(zhǎng)。伍秀群[16]等發(fā)現(xiàn)南淝河淤泥中的總氮（質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為3%～6%）、總磷（質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%～2%）、總鉀含量均高于一般土壤，將其與一般土壤采用1∶1混合后，在符合規(guī)范的前提下極大地提高了土壤肥力。一般的土壤自身機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)成分并不高，在種植過程中需要施肥才可以滿足植物的生長(zhǎng)條件，而南淝河的淤泥經(jīng)過“脫水固結(jié)一體化”處理后，理化性質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)都能夠滿足需求，且淤泥中的有機(jī)物含量不少于20%，有機(jī)物的分解可以改良土壤，避免土壤板結(jié)，優(yōu)化土壤質(zhì)地。麻杰等[17] 根據(jù)淤泥自身的含水率、pH值及理化性質(zhì)，采用鈍化處理技術(shù)降低環(huán)境變化中重金屬的活性狀態(tài)，加入化學(xué)材料強(qiáng)化生成物對(duì)重金屬的包裹，減少滲出量使之降到浸出毒性安全范圍之內(nèi)，并在該淤泥地上種植功能性植物，可以富集提取重金屬，進(jìn)一步降低重金屬含量，再與土壤混合進(jìn)行種植，達(dá)到二次利用的最佳效果。

從上述實(shí)驗(yàn)可見，改良后的河湖淤泥的主控指標(biāo)符合《綠化種植土壤》（CJ/T 340—2016）的要求，綠植生長(zhǎng)狀況良好，證實(shí)了河湖底淤泥制備綠化種植土的可行性。目前，制備綠化種植土的改良劑為主要是固化劑、生物質(zhì)材料和其他輔料一種或多種混合制成。不同地區(qū)的淤泥理化性質(zhì)有所差異，具體材料選用要具體分析。一般生物質(zhì)材料分為兩種：①秸稈、稻殼等蓬松的生物質(zhì)材料，能夠降低淤泥的容重，增大孔隙度，從而改善淤泥的質(zhì)地。②有機(jī)質(zhì)含量高的生物質(zhì)材料，主要用于彌補(bǔ)淤泥有機(jī)質(zhì)含量低問題，提高種植土的氮磷鉀等營(yíng)養(yǎng)元素。此外，對(duì)于含水率高的淤泥首先需要固結(jié)脫水，含水率降至40%以下，采用固化劑將重金屬鈍化和穩(wěn)定化;對(duì)于pH值不符合規(guī)范的淤泥，一般在栽培實(shí)驗(yàn)中添加酸性或堿性肥料調(diào)節(jié)pH值至中性;而對(duì)于重金屬含量過高的淤泥，可采用加入化學(xué)物質(zhì)的方法，讓生成物包裹重金屬降低滲出率。

3 結(jié)論與展望

①河湖淤泥制備綠化種植土是完全可行的，部分淤泥經(jīng)過改良處理，理化性質(zhì)符合《綠化種植土壤》（CJ/T 340—2016）規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，或者營(yíng)養(yǎng)成分含量高的淤泥可用作改良劑，與一般土壤混合提高肥力。

②各地區(qū)淤泥的理化性質(zhì)是有所差異的，處理時(shí)加入的具體改良材料也是不同的，目前未見有文獻(xiàn)對(duì)全國(guó)各地各類淤泥的理化性質(zhì)作出統(tǒng)計(jì)，后續(xù)可針對(duì)這一問題開展研究，為各地區(qū)實(shí)現(xiàn)河湖淤泥制備綠化種植土提供理論基礎(chǔ)。

③雖然有文獻(xiàn)提出采用固化劑對(duì)重金屬進(jìn)行穩(wěn)定化處理，但是目前制備綠化種植土的淤泥中重金屬含量普遍較低，建議相關(guān)研究機(jī)構(gòu)開展富含重金屬淤泥制備綠化種植土的研究。

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