河道疏浚淤泥綜合處置思路研究—以蘇州市為例

戰(zhàn)玉柱，孫 奇，徐 緹，胡惠良，蘇 慶

（江蘇省工程咨詢中心，江蘇 南京 210009）

0 背景

環(huán)保疏浚是清除河流及湖泊內(nèi)源污染荷的快速、有效方法[1-2]，但淤泥是一種由細(xì)顆粒物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)及各種其他膠體類物質(zhì)組成的多組份分散體系，富含氮、磷等營養(yǎng)鹽物質(zhì)，在自然條件下不易干化[3]。常規(guī)的淤泥處置方式存在占用大量土地資源、易發(fā)生環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等問題[4]，這也成為了影響清淤工程效率和經(jīng)濟(jì)性的重要因素，在蘇州這種人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，這一矛盾更加突出，因此疏浚淤泥能否及時(shí)有效的處理處置已成為制約河道疏浚工程項(xiàng)目順利實(shí)施的重要因素。為探索淤泥處理處置的新思路，結(jié)合已有的研究工作及案例等，特針對蘇州市河道疏浚淤泥綜合處置工作進(jìn)行研究，提出相應(yīng)的解決思路。

蘇州北靠長江，西倚太湖，地勢平坦，河道縱橫，湖泊眾多，河湖資源十分豐富，河河相通、河湖相通的特點(diǎn)構(gòu)成了獨(dú)特的平原水網(wǎng)，形成“一江、百湖、萬河”的獨(dú)特水網(wǎng)水系格局[5]。根據(jù)2014年全市水域面積詳細(xì)勘查結(jié)果，全市共有各級河道21879條，總長度為1637.51 km，其中列入江蘇省骨干河道名錄的河流93條，水域面積 958.117 km2，大小湖泊353個(gè)，湖泊水域面積2197.838 km2。包含長江、太湖在內(nèi)的水域總面積為3205.005 km2，水面率為37.0%（注：同口徑計(jì)算的全市總面積為8657 km2）。

1 研究進(jìn)展

疏浚淤泥一般具有含水率高、強(qiáng)度低等特點(diǎn)，因此，在對淤泥進(jìn)行規(guī)范化處理處置和資源化利用前需對淤泥脫水干化以減少容積，以便于運(yùn)輸及后續(xù)的資源化利用等。常用的淤泥處理處置技術(shù)可根據(jù)處置階段的不同分為淤泥脫水干化技術(shù)與淤泥資源化利用技術(shù)2大類。

常用的淤泥脫水干化技術(shù)可分為自然脫水干化技術(shù)和機(jī)械脫水干化技術(shù)。泥漿自然脫水干化通常采用自然暴曬、人工翻曬、塹壕挖掘等方式[6]，多與堆場周轉(zhuǎn)使用技術(shù)、多級圍堰排水、預(yù)埋排水系統(tǒng)等工藝技術(shù)配合使用，加速淤泥的干化。該類脫水工藝技術(shù)較簡單，直接處理成本最低，但存在處置占用土地面積較大、堆放時(shí)間較長等問題，適合處理少量的淤泥。泥漿機(jī)械脫水干化的種類很多，按脫水原理可分為真空預(yù)壓脫水[7]、土工管袋脫水[8]、離心機(jī)械脫水及加壓過濾脫水等工藝技術(shù)。淤泥機(jī)械脫水通常需先采用加藥調(diào)理法，用化學(xué)調(diào)理的措施能破壞污泥的親水膠體結(jié)構(gòu)，改善污泥的脫水特性，提高脫水效率。該類干化方法具有干化速率快、占地面積小，但需要一定的設(shè)備投入，干化成本較高，適合處理大量的淤泥。

目前常用的淤泥資源化利用[9-10]包括農(nóng)業(yè)利用（還林或還田等），綠化基質(zhì)利用（草地、濕地、市政綠化、育苗、園林綠化等），土地利用（修復(fù)擾動嚴(yán)重的土地，如采礦礦坑、建筑取土廢坑、森林采伐場、垃圾填埋場、需復(fù)墾的土地，做道路路基、河道護(hù)坡，堆山造地、造景等），制作建材利用[11]（淤泥制陶粒、制磚等）等。淤泥的資源化利用應(yīng)根據(jù)底泥中污染物的含量及成分等，在滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基礎(chǔ)上，綜合考慮工藝技術(shù)和經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，因地制宜選擇合適的資源化利用途徑。

2 研究思路

（1）明確清淤計(jì)劃。結(jié)合地區(qū)的相關(guān)規(guī)劃及輪浚計(jì)劃等，明確擬實(shí)施的清淤計(jì)劃，確定淤泥綜合處置的規(guī)模等。

（2）監(jiān)測污染物成分。結(jié)合淤泥可能的綜合利用途徑及處置去向，針對實(shí)施疏浚清淤的河道，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，對其淤泥中污染物、礦物指標(biāo)、塑性指數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測分析，摸清淤泥中污染物的成分及理化性質(zhì)情況，為后續(xù)的處理處置提供基礎(chǔ)。

（3）了解淤泥處置條件。結(jié)合淤泥資源化利用方式，了解河道周邊一定范圍內(nèi)可供利用的堆場、農(nóng)田、綠化建設(shè)、擾動嚴(yán)重的土地情況、制建材類企業(yè)等處置條件情況，明確可接納的符合相關(guān)回用標(biāo)準(zhǔn)的淤泥量、接納方式、距離等，明確疏浚淤泥綜合處置的前提條件。

（4）提出綜合處置方案。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，處置條件，實(shí)際接納的能力和意愿等情況，提出具有淤泥綜合處置方案，明確處理對象、處置去向、占地面積、處理要求、工藝技術(shù)方案和工程建設(shè)方案等。

（5）提出分步實(shí)施建議。根據(jù)擬實(shí)施的河道清淤計(jì)劃，結(jié)合河道所在位置、場地條件、處置條件等，提出河道分步實(shí)施清淤的進(jìn)度建議，以便于合理安排淤泥的綜合處置。

（6）估算所需費(fèi)用。根據(jù)所需處置的淤泥量、淤泥的處置方式及綜合處置方案、場地租賃、運(yùn)行管理等，合理估算所需費(fèi)用，并提出相應(yīng)的資金籌措方式。詳見圖1。

3 研究結(jié)果及分析

3.1 清淤計(jì)劃

根據(jù)《蘇州市水利水務(wù)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》及各區(qū)市的水利規(guī)劃或輪浚計(jì)劃，蘇州市“十三五”期間將重點(diǎn)實(shí)施水系連通工程、區(qū)域骨干河道整治工程、中小河流整治、農(nóng)村暢流活水工程、陽澄湖周邊地區(qū)河道清淤以及黑臭河道整治等工程，平均每年擬規(guī)劃實(shí)施河道疏浚規(guī)模超過1000萬m3水下淤泥方量。不同的清淤疏浚方式產(chǎn)生的淤泥量也不盡相同，若采用絞吸式清淤設(shè)備，則實(shí)際產(chǎn)生的淤泥量約是水下淤泥方量的5～8倍，干河清淤產(chǎn)生的淤泥量約為水下淤泥方量的1～2倍，因此蘇州市每年將有大量的淤泥產(chǎn)生。

圖1 綜合處置思路研究示意圖

3.2 接納能力分析

（1）淤泥農(nóng)用

根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農(nóng)用泥質(zhì)》（CJ/T309-2009），符合污染控制標(biāo)準(zhǔn)的淤泥農(nóng)用量每年每公頃不得超過30 t（以干重計(jì)），連續(xù)施用不得超過20年，農(nóng)用可接納的淤泥體積計(jì)算方法見式（1）。

式中:

Q1—農(nóng)用可接納的淤泥體積，通常按水下淤泥方量計(jì)，m3；

A1—可利用的農(nóng)田場地面積；

R1—接納的意愿系數(shù)；

U—年施用量，每年每公頃不得超過30 t（以干重計(jì)）；

w—淤泥的含水率；

ρ—淤泥的濕密度，單位kg/m3。

（2）其他方式

淤泥園林綠化、回填至洼地等的接納量一般參考可利用的場地面積及淤泥的平均堆積高度計(jì)算，具體計(jì)算公式見式（2）。

式中：

Q2—可接納的淤泥體積，通常按水下淤泥方量計(jì)，m3；

R2—接納的意愿系數(shù)；

A—場地面積；

H—平均堆積高度。

3.3 監(jiān)測結(jié)果及分析

本研究擬針對淤泥資源化利用的方式，對于蘇州市清淤淤泥中礦物成分、塑性指數(shù)、燒失量、粒度與級配、營養(yǎng)類指標(biāo)等進(jìn)行監(jiān)測分析[12]，具體結(jié)果如下所示。

（1）礦物成分

采用X射線衍射儀（XRD）分析淤泥樣品的礦物成分，見圖2。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可知，蘇州市清淤淤泥中含有的主要礦物相為石英，云母，長石，高嶺石，碳酸巖等。采用X射線熒光譜分析法（XRF）分析所用脫水淤泥樣品的化學(xué)組分，見表1。用以判斷淤泥的化學(xué)組成是否滿足燒結(jié)磚配比的需要。根據(jù)樣品的XRF監(jiān)測結(jié)果，淤泥的化學(xué)成分主要為 SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO 和 SO3，其中SiO2的含量占比在50%以上，Al2O3的含量占比在11%以上，其余成分占比不足31%。

根據(jù)監(jiān)測樣品的礦物成分均值，所監(jiān)測的淤泥用于燒結(jié)磚時(shí)具有一定的可行性，但部分樣品直接用于燒結(jié)磚時(shí)存在制品耐候性劣化和體積穩(wěn)定性有隱患的問題[13]，需加入一定的配料進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖2 清淤淤泥XRD圖譜分析圖

表1 XRF數(shù)據(jù)結(jié)果單位：%

（2）塑性指數(shù)

對清淤淤泥的塑性指數(shù)進(jìn)行監(jiān)測分析可知，監(jiān)測樣品的淤泥塑性指數(shù)介于7～34之間，各樣品之間數(shù)值差別很大；考慮到燒結(jié)磚所用原材料的塑性指數(shù)通常需介于7～15之間，現(xiàn)有的樣品中僅有一個(gè)滿足淤泥做燒結(jié)磚原材料的塑性指數(shù)要求，其余樣品塑性指數(shù)偏大，表明此類淤泥的顆粒粒徑較細(xì)，比表面積較大，淤泥的粘粒或親水礦物含量較高，淤泥處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍較大，當(dāng)該淤泥作為原材料制備燒結(jié)磚時(shí)，應(yīng)提前降低其含水率，或加入適量磷礦渣、建筑垃圾、廢砂、石屑等[14]，用以降低淤泥的塑性指數(shù)。詳見表2、圖3。

表2 塑性指數(shù)監(jiān)測結(jié)果

圖3 塑性指數(shù)圖

（3）燒失量

燒失量的具體監(jiān)測結(jié)果如下表3所示。樣品的燒失量范圍為17.59%～23.49%，平均值為20.27%，滿足淤泥制磚時(shí)對燒失量≤50%的要求。

表3 燒失量監(jiān)測結(jié)果

（4）粒度與級配

采用激光粒度顆分儀對樣品粒度與級配進(jìn)行監(jiān)測分析，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，監(jiān)測淤泥的Dv（10）（μm）粒徑范圍為2.96～4.26，平均值為3.35，Dv（50）（μm）中粒徑范圍為15.1～35.5，平均值為23.1，Dv（90）（μm）粒徑范圍為52.1～155，平均值為94.3。見表4。

表4 粒徑分布監(jiān)測結(jié)果單位：μm

通過對比燒結(jié)磚對原材料顆粒級配可知，所測樣品若用于燒結(jié)磚等資源化利用，其粒徑較小，顆粒較細(xì)，在燒結(jié)磚過程中可能存在制坯過程的耐候性劣化問題[15]，可通過添加粒徑較大的爐渣、粉煤灰及工業(yè)廢渣等進(jìn)行配比調(diào)節(jié)，滿足燒結(jié)的要求。見表5。

表5 燒結(jié)磚原材料顆粒級配及其作用

（5）營養(yǎng)類指標(biāo)

淤泥用于農(nóng)用、綠化和土地改良用泥等資源化利用時(shí)，對淤泥中營養(yǎng)成分氮、磷、鉀及有機(jī)質(zhì)有一定要求，通過對蘇州市河道淤泥營養(yǎng)物質(zhì)監(jiān)測結(jié)果分析，可明確蘇州市河道淤泥農(nóng)用、綠化和土地改良用泥資源化利用的可行性。

根據(jù)對蘇州市河道淤泥氮、磷、鉀等營養(yǎng)鹽指標(biāo)的監(jiān)測結(jié)果（圖4）可知，蘇州市河道淤泥中含有一定的營養(yǎng)成分，具備農(nóng)用、綠化和土地改良用泥資源化利用的可行性。

3.4 建議方案

根據(jù)蘇州市“十三五”期間的清淤計(jì)劃，按照淤泥的綜合處置原則，結(jié)合淤泥中污染物的含量、蘇州市各地區(qū)淤泥的處置條件以及現(xiàn)有的淤泥處置方式等，根據(jù)成本費(fèi)用分析，在符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基礎(chǔ)上，建議清淤淤泥優(yōu)先考慮還田還林農(nóng)用（淤泥農(nóng)用時(shí)優(yōu)先采用農(nóng)村河道的淤泥）；剩余的淤泥進(jìn)行脫水干化處理；干化后的淤泥考慮園林綠化、河道堤岸護(hù)坡建設(shè)、淤泥制建材、做交通路基、宕口及低洼地（廢棄取土場）回填等，多措并舉地提高淤泥的資源化利用率，解決淤泥最終出路問題。

圖4 營養(yǎng)物質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測值（mg/kg）

4 結(jié)論

淤泥綜合處置需根據(jù)清淤計(jì)劃、監(jiān)測淤泥中污染物成分及理化指標(biāo)，明確淤泥綜合利用的可行性；調(diào)研淤泥處理處置的條件，明確可接納的淤泥量、接納方式、距離等，明確疏浚淤泥綜合處置的前提條件；進(jìn)行工藝技術(shù)和經(jīng)濟(jì)費(fèi)用的綜合比選，明確淤泥綜合處置方案。

蘇州市河道清淤淤泥塑性指數(shù)偏大、顆粒粒徑較細(xì)，若直接用于燒結(jié)磚利用，可能會存在制品耐候性劣化和體積穩(wěn)定性有隱患的問題，需考慮摻入一定的配料進(jìn)行調(diào)節(jié)；但淤泥中含有一定的氮磷鉀等營養(yǎng)元素，可用于農(nóng)用或園林綠化等使用。

蘇州市數(shù)據(jù)淤泥綜合處置應(yīng)按照減量化、無害化、資源化原則，盡可能進(jìn)行資源化利用。淤泥綜合利用應(yīng)在符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基礎(chǔ)上，結(jié)合成本費(fèi)用和工藝技術(shù)綜合分析，考慮還田還林農(nóng)用，脫水干化處理處置，園林綠化利用、河道堤岸護(hù)坡建設(shè)利用、淤泥制建材、做交通路基、宕口及低洼地（廢棄取土場）回填等，提高淤泥的資源化利用率，解決淤泥最終出路問題。