第１７卷 第２期 ２０１ ０年 工安全与环境 程 ＶＯ１．１７ Ｎ０．２ Ｍａｒ． ２０１Ｏ ３月 Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 疏浚淤泥的固化处理技术与资源化利用 季 冰 ，肖许沐 ，黎 忠 （１．中水珠江规划勘测设计有限公司水环境与生态修复研究所，广州５１０６１０￣ ２．河海大学环境科学与工程学院，南京２１００９８） 摘要：阐述了疏浚淤泥的工程特性及其资源化利用的可行途径，着重介绍了目前国内外常用的淤泥固化处理方 法（即物理脱水固结、高温烧结和化学固化）及各自存在的优缺点和在工程中的具体应用，并提出应因地制宜地采 取经济、合理的固化处理与资源化利用技术处置疏浚淤泥的有效途径。 关键词：疏浚淤泥；固化处理技术；资源化利用 中图分类号：Ｘ７０５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—１５５６（２０１０）０２—００５４—０３ Ｄｒｅｄｇｅｄ Ｍｕｄ Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｏｓａｌ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｎｄ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｊｉ Ｂｉｎｇ ，ＸＩＡＯ Ｘｕ—ｍＬ１ ，ＬＩ Ｚｈｏｎｇ （１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ，Ｃｈｉｎａ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｐｅａｒｌ Ｒｉｖｅｒ Ｐｌａｎｎｉｎｇ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６１０，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｏｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｗａｙ ｏｆ ｄｒｅｄｇｅｄ ｍｕｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｉｓｐｏｓａｌ ｉｓ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｔ ａｓ ｒｅ— ｓｏｕｒｃｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｄｒｅｄｇｅｄ ｍｕｄ ａｎｄ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｉｔｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｗａｙ ３Ｓ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｃｏｍｍｏｎｌｙ—ｕｓｅｄ ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｄｉｓｐｏｓａｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａ— ｂｒｏａｄ，ｓｕｃｈ ａｓ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｄｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ—ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ，ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ， ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ ａｒｅ ａｌｓｏ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａｎｄ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｄｉｓｐｏｓａｌ ａｎｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ａｄｏｐｔｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｒｅｄｇｅｄ ｍｕｄ；ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｄｉｓｐｏｓａｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ 弃的方法处理，一方面不仅占用大量的土地，造成 ０ 引 言 为了改善河湖的水质，保证河道正常的泄洪能 力和航道、港口的畅通，包括我国在内的世界各国都 在开展大规模的疏浚和清淤工程口 ］。据统计，仅 大量土地资源的浪费，且将其抛到外海，会严重影响 海洋资源的有效利用，对海洋环境将会造成不可弥 补的破坏；另一方面，疏浚淤泥大多含有重金属、有 机质等污染物，必然会对周边环境造成二次污染。 目前，疏浚淤泥的废弃对环境的影响越来越引起各 我国的珠江三角洲地带每年产生的疏浚淤泥量就达 ８ ０００万ｍ。左右，而我国每年抛人海洋的淤泥量接 方面的重视，已经成为我国大江大河治理和海洋工 程发展的制约性因素。 近２亿ｍ。，未来十年水利、海洋工程中仍将会产生 大量的疏浚淤泥已成为难以回避的现实。 疏浚工程中产生的疏浚淤泥通常采用堆放或抛 为了有效处理和利用淤泥，不少发达国家以商 业化方式对淤泥进行了综合开发利用。如：英国、荷 兰、法国、瑞典和澳大利亚等国家，早在２Ｏ世纪８Ｏ 收稿日期；２００９一ｌ１—０３ 修回日期：２００９—１２—２０ 基金项目：水利部公益性行业专项科研项目（２００８０１０６５） 作者简介：季冰（１９６６一），女，在读博士，高级工程师，主要从事水环境生态修复和淤泥固化与资源化处理方面的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｅｃｈｏｊｂ ＠２１ｃｏｍ．ＣＤ 第２期 季 冰等：疏浚淤泥的固化处理技术与资源化利用 年代末就开始利用淤泥为主要原料，制造高效净化 燃料，其热值比普通煤高出３Ｏ ，而且燃烧过程中 不会排放出有害气体；德国目前已有５家淤泥收集、 处理工厂，每年处理淤泥３Ｏ万ｔ；在１３本，淤泥已被 用来生产各类建筑材料，以淤泥为主要原料制成的 砖块透气性好、重量轻，容易制出不同的色彩，很适 宜用于建筑物的装饰，已成为国际市场的畅销货。 然而在我国，由于经费和技术上的原因，目前淤泥尚 无稳定而合理的出路，主要是以农肥的形式用于农 业。对疏浚淤泥进行固化与资源化处理，不仅有利 于疏浚河道湖泊等、防止水质富营养化和净化城市 环境，而且对淤泥综合开发利用，化害为利，在国内 形成一个极有发展前途的新兴产业，具有重要的作 用。因此，探讨适合我国国情的疏浚淤泥固化与资 源化利用技术，具有现实意义。 疏浚淤泥的工程特性 淤泥是黏土矿物等细小颗粒在粒子间静力和分 子引力的作用下，在海洋或湖泊区等缓慢的流水环 境中发生沉积所形成的絮状和蜂窝状结构沉积物。 淤泥的疏浚绝大多数采用机械开挖和水力吹填方法 施工，所形成的疏浚淤泥的工程特性很差，主要表现 为黏粒含量高、含水率高、压缩性大、强度低、渗透性 能差、排水固结缓慢。造成疏浚淤泥工程特性差的 根本原因在于疏浚淤泥的黏粒含量高，大多呈薄片 状，其比表面积大，且表面往往带有负电荷，会吸附 带极性的水分子和水合阳离子，以致在其表面形成 一定厚度的吸附水层，而吸附水的黏滞性较大、能动 性较小，比较难以脱出（在１００～１５０℃下才能脱 出）。 除了上述工程特性以外，疏浚淤泥往往还存在 有机质和重金属的污染，这些污染物往往吸附在细 小的黏粒表面，分离和清除非常困难。因此，在疏浚 淤泥资源化处理时还应考虑如何防止二次污染的问 题。 ２疏浚淤泥的固化处理技术与资源化 利用 目前国内外淤泥固化处理技术主要包括物理脱 水固结、高温溶解烧结和化学固化３类。 ２．１物理脱水固结 物理脱水固结是指通过采用晾晒、机械脱水、袋 充脱水的办法去掉淤泥中多余的自由水。当产生的 淤泥量较少而且有场地进行摊铺晾晒时，可以采用 晾晒的方法，通过晾晒蒸发去掉淤泥中多余的水分 后，即可用作填土材料进行使用。但这种方法只适 用于少量淤泥的处理，而且要有足够的场地，同时受 天气的影响也很大嘲。机械脱水的方法是使用脱水 机械将淤泥中多余的水分除去，脱水后易于运输和 使用。但是由于疏浚工程产生的淤泥量巨大，普通 脱水设备的价格较高，加之脱水效率较低，难以满足 大型疏浚工程要求，而且淤泥经脱水后其含水率仍 接近液限水平，还需要进行二次处理才能满足工程 用土要求。在各种筑堤、填海、堤岸加固工程中，对 于含沙量较高的淤泥，也有很多采用高压袋充固结 排水的方法进行资源化利用。如在永定新河建闸的 围堰工程中，由于外运土料距离远、成本高，就采用 土工织物袋高压充填的方法建堰。袋充方法具有施 工速度快、造价低、就地取材的特点，但只适用于含 沙量较大的淤泥，对于粉粒、黏粒含量较高的淤泥该 法难以达到预期的效果。 这里应该指出的是，上述３种物理脱水固结技 术只是将孔隙水部分或全部脱出，并没有除去其中 的污染物质，也就是说处理后仍具有污染性。因此， 对于有高污染性的疏浚淤泥，采用物理脱水固结后， 仍应考虑采取措施防止二次污染。 ２．２高温溶解烧结 高温溶解烧结处理是通过高温处理，使疏浚淤 泥脱水、有机成分分解、颗粒之间黏结，或无机物发 生溶解，然后再通过冷却，使得淤泥熔合成具有相当 强度的固体颗粒 ］。高温溶解烧结处理的一个重要 优点是“减污作用”，即溶解有机污染物，提高无机污 染物的惰性。 淤泥通过烧结处理可以制成建材，也是一种经 济有效的资源化方法，其主要用途有制轻质陶粒、熔 融微晶玻璃、生产水泥、制砖等。 轻质陶粒一般可作路基材料、混凝土骨料或花 卉的覆盖料，但由于成本和商品流通上的问题，还没 有得到广泛应用。１３本研制成功的淤泥微晶玻璃， 是建筑物优良的装饰材料，其类似于人造大理石，外 观、强度、耐热性都比较优良。利用淤泥生产的生态 水泥成本仅为普通水泥的１／３，但因原料不同而其 化学成分、性能等有所不同，由于生态水泥含氯盐较 高，会使钢筋锈蚀，一般主要用作地基的增强固化材 料和素混凝土。用淤泥为主要原料制成的砖块透气 性好、重量轻，如将其用于铺设人行道，雨水能够比 较容易渗过砖块直接进入地下，从而可防止因下水 道排水不畅而造成的积水。如苏南运河苏州段疏浚 安全与环境工程 工程就向当地的窑厂提供淤泥６０多万ｍ ，用于生 产砖瓦嘲；近年来浙江省出台了利用河道淤泥制砖 第１７卷 能产生较高附加值的产品，但其对淤泥性质有一定 的要求，而且处理费用高、处理淤泥量有限，对处理 的扶持，鼓励砖瓦企业利用淤泥制砖造瓦，一些 砖瓦企业纷纷投资参与河道疏浚并利用淤泥制砖造 瓦，有效加快了河道疏浚，一举多赢。 疏浚淤泥的高温溶解烧结方法是一种具有高附 加值的处理方法，也是解决疏浚淤泥出路问题的有 含沙量过高的疏浚淤泥不适用［７］，对处理大量的淤 泥也不太合适；采用化学固化方法对淤泥进行处置， 处理效率高、施工方便，且易于推广应用，如目前采 用该技术对元锡长广溪堆场淤泥进行固化资源化利 用已经获得了成功［８］，但化学固化方法处理淤泥的 效途径，但是对疏浚淤泥的性质有一定要求，而且烧 结处理要在大型的固定工厂内进行，给疏浚淤泥长 投资较大，因此开发适应我国国情的淤泥固化处理 设备和固化剂势在必行。 距离运输带来不便。由于处理量有限，处理设备为 固定式且投人巨大，不适宜于处理大量的疏浚淤泥。 ２．３化学固化 化学固化技术是向淤泥中添加固化材料，通过 搅拌混合、养护，使淤泥、水、固化材料之间发生一系 列的水解和水化反应，在淤泥颗粒表面产生胶凝物 质，使淤泥颗粒具备一定的水稳定性和强度稳定性。 另外，具有胶凝性质的水化产物在淤泥颗粒之间形 成了网状结构，即构成了骨架，结晶类的水化产物则 填充网状结构的孔隙，待硬化后淤泥便具备了一定 的结构强度。显然，化学固化处理不仅可以增大淤 泥颗粒的粒径，还可以通过固化材料的水化作用有 效地降低淤泥的含水率。另外，包裹着淤泥颗粒的 凝结硬化壳可有效地降低其中污染物质的活性，从 而起到一定的“减污”作用。 疏浚淤泥化学固化处理技术的优点主要有：① 适用于大量、大规模的疏浚淤泥处理，可以广泛地用 于填海等大型工程；②施工简便灵活，同时由于具有 快硬性，可以缩短填土施工工期；③可以根据固化疏 浚淤泥的用途设计配方，一次处理使其满足工程对 强度、变形和渗透性的要求；④固化反应后所产生的 包裹着淤泥颗粒的凝结硬化壳可有效地降低疏浚淤 泥中污染物质的活性，从而起到一定的“减污”作用； ⑤若采用工业废料粉煤灰、废石膏等作为辅助固化 材料，则可进一步降低工程造价，同时也消纳了粉煤 灰、废石膏等工业废料，能够产生较好的环境效益。 疏浚淤泥固化处理技术的缺点是：前期设备投 入较大，成本较高，不适合小规模的填筑工程。 综上所述，采用物理晾晒方法处理淤泥，虽然施 工简单、处理成本低，但晾晒需占用大面积场地，而 且易受天气影响，而机械脱水设备价格较高、处理效 率低，难以满足大型疏浚工程的要求，目前在国内也 未得到广泛应用；采用高温溶解烧结方法处置淤泥， ３结论 （１）疏浚淤泥固化处理应根据淤泥组分、污染 程度、待处理淤泥量、处理后的应用目的、污染控制 标准等，并结合当地的经济条件，因地制宜地采取经 济有效、合理的固化处理和资源化利用技术。 （２）疏浚淤泥是一种很有利用价值的潜在资 源，淤泥固化处理与资源化利用可以解决我国大量 产生的废弃疏浚淤泥的处理问题和海洋抛泥造成的 环境污染问题，也可解决工程建设用土的问题，在我 国是一个极有发展前途的新兴产业，具有广阔的应 用前景。 参考文献： ［１３ Ｆｏｒｓｔｎｅｒ，Ｕ．，Ｕ．Ｃａｌｍａｎｏ．ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｒｅｄｇｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ 口］．Ｗａｔ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．，１９９８，３８（１１）：１４９～１５７． ［２］徐元．港口建设与疏浚之间关系浅议——兼谈第６届世界疏浚 大会有关情况［Ｊ］．中国港湾建设，２００１，（６）：６５—６８． Ｅ３］Ｗｉｎｋｅｌｓ，Ｈ．Ｊ．，Ａ．Ｓｔｅｉｎ．Ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｓｔ－ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｆｏｒ ｍｏ－ ｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｄｒｅｄｇｉｎｇ ｏｆ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ［Ｊ］．．，．Ｅｎｖｉｒｏｎ． Ｑｕａ１．，１９９７，２６（４）：９３３—９４６． ［４］Ｗａｋｅｍａｎ，Ｔ．，Ｐ．Ｄｕｎｌｏｐ，Ｌ Ｋｎｕｔｓｏｎ．Ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｄｒｅｄｇｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ Ｐｏｒｔ ｏｆ Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ ａｎｄ Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ［Ａ］．ＩｎＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １９９７ １ｓｔ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅ￣ｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ＡＳＣＥ Ｇｅｏ－Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ［ｃ］．Ｌｏｇａｎ，ＵＴ，ＵＳＡ：ＡＳＣＥ，１９９７． ［５］陈华．苏州河段疏浚工程土方的综合利用［Ａ］．苏州运河整治工 程论文集［ｃ］．北京：人民交通出版社，１９９８：３６５—３６７． 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