疏浚淤泥资源化利用技术综述

陈玮琳 季晓檬（江南大学环境与土木工程学院，江苏 无锡214122）

淤泥是粘土矿物等细小颗粒在粒间静电力和分子引力的作用下，在海洋或湖泊地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。随着沿海经济的发展和经济全球化进程的加快，我国沿海港口、航道和河口的疏浚工程以及海岸工程建设产生的疏浚淤泥每年都在增加[1-2]。在此背景下生态环境面临日益严重的破坏压力，必须对湖泊河道的淤泥加以疏浚，减小河道通航和对环境的压力。

疏浚工程中产生疏浚淤泥通常采用堆放或抛弃的方法处理，不仅占用大量的土地，且将其抛到外海，会严重影响海洋资源的有效利用，对海洋环境会造成不可弥补的破坏。因此，疏浚淤泥的处理问题已成为制约沿海地区海岸工程建设的重要因素。

疏浚淤泥的资源化利用技术就是把作为污染源的废弃疏浚淤泥，通过化学、物理的方法进行处理，使其变为可再生利用的土工填方材料、建筑材料，这样既解决沿海大量废弃疏浚淤泥的处理问题，又可避免疏浚淤泥对海洋和陆地环境的污染，同时，还可产生工程建设所急需的土工材料加以利用，产生综合性的技术经济效益[3]。

在一些发达国家，这一技术已经得到了广泛的应用。英国、荷兰、法国、瑞典和澳大利亚等国家，早在20 世纪80 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3 0%，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300 万吨。在日本，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。

我国在疏浚淤泥的资源化利用方面尚属于起步阶段，目前淤泥尚无稳定而合理的出路，总的状况还是以农肥的形式用于农业。采集淤泥并进行处理，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可以化害为利，在国内形成一个极有发展前途的新兴产业。因此，探讨淤泥的资源化处理技术，具有重要的现实意义。

1 疏浚淤泥的资源化利用技术

烧结法和脱水法是疏浚淤泥资源化利用的重要途径，但这两种方法仅适用于对小批量、高含水量疏浚淤泥的处理，造价较高，且烧结法对于含砂量过高的疏浚泥不适用[4]。

从当前的文献报道来看，经济且适用于处理大量疏浚淤泥的资源化利用技术主要包括3 种：吹填淤泥填海造陆技术、淤泥固化处理技术和淤泥轻量化处理技术。

1.1 吹填淤泥填海造陆技术

吹填淤泥填海造陆技术，是在整治和疏通江河航道时，用挖泥船和泥浆泵把江河和港口底部的淤泥切削、输送到指定地点，然后以一定的比例(通常1：4 ～1：5)将淤泥与海水混合成泥浆，并用吹管将其输送至指定区域，再经过落淤、泌水、固结后形成陆域的土地开发技术。

由于吹填淤泥填海造陆技术在环境保护和经济效益上均具有巨大的优势，这一填海造陆方式越来越被人们所接受，目前已被广泛应用于沿海地区的填海造陆工程中。如厦门港10 万t 级深水航道2 期工程疏浚泥沙量约达1000 万m3，专家们建议结合九龙江河口湾港口岸线利用规划最新成果，进一步研究利用疏浚弃土吹填造陆综合整治方案的可行性[5]；深圳妈湾嘉实多吹填造陆区，吹填淤泥厚度为310 m；深圳海星港吹填造陆区吹填淤泥厚度为215 m[6]。

但是，吹填后的淤泥含水率高、孔隙比大、压缩系数大、抗剪强度低、透水性差，因此吹填形成的土地想要开发利用必须进行地基加固处理[7]。深圳地区主要以排水固结法对吹填淤泥进行软基处理，其中应用最多的为堆载预压及真空预压法。而堆载预压和真空预压法需要吹填土地基经过自然固结，待表层有一定的承载力后方可进行，致使工期延长和工程费用提高。因此使吹填土尽快地从泥浆状态转变为具有一定承载力的地基，将为围海造陆工程建设带来巨大的效益。近几年国内一些学者开始对吹填土地基预加固技术进行研究[8-9]。吹填土地基预加固是指在吹填施工的同时，利用物理或化学方法(主要是加入无机或有机的外加剂)，使吹填土可尽快沉积固结，并使固结后的地基具有更高的强度。但在国内，该技术多处于室内研究阶段，现场施工工艺尚无实际经验可借鉴。

1.2 淤泥固化处理技术

淤泥固化处理技术就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，使得松软无强度的淤泥变成具有良好工程特性(即满足工程对强度、变形和渗透性的要求)的固化土。固化处理后的疏浚淤泥可广泛地用于海滨和海岛的填海造地、筑堤或堤防加固工程、急需用地的填海工程，同时也可在市政工程、道路工程中作为良好的填方材料进行使用。这不仅可以节约土地资源，减少环境污染，而且可缓解我国土木工程材料日益短缺问题，在我国是一个极有发展前途的新兴产业。

疏浚淤泥的固化处理技术主要包括物理脱水固结、高温烧结和化学固化。这3 类方法均具备有效的减水固化作用，高温烧结和化学固化还具备一定“减污”作用。

疏浚淤泥固化处理技术的施工工艺包括：第一步疏浚，即采用挖泥船挖取疏浚淤泥，并将其运至固化处理工作平台边，平台可以设置为岸基固定式，也可采用船载、车载设置为移动式，可以根据施工具体情况灵活选择；第二步过滤解泥，即用卸泥抓斗将疏浚淤泥送入前处理料斗除去贝壳、海螺等杂物和石块后注入储泥槽；第三步混合搅拌，即将储泥槽的疏浚淤泥送入固化处理机，加入固化材料后将淤泥与同化材料充分混合搅拌，使淤泥与固化材料拌和均匀，以期达到良好的固化处理效果；第四步填筑或浇注施工，填筑施工就是将固化处理后的疏浚淤泥用车辆运至施工现场，然后分层填筑。浇注施工就是采用压力泵及特殊的管道将固化处理后的疏浚淤泥浆体输送到施工现场。然后分层浇筑；第五步养护，即将填筑或浇筑完成后的工作面采用沥青材料、麦杆、干草等材料铺盖，并浇湿养护，从而防止固化处理后的疏浚淤泥因失水过多开裂。

疏浚淤泥固化处理技术的优点：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施工简便迅速，具有快硬性，可以缩短填土施工工期；③可以根据具体工程要求，通过调整固化材料、水的添加量来达到具体工程对周化土强度、变形及渗透性等控制条件；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固化处理后的疏浚淤泥可广泛地用于海滨和海岛的填海造地、筑堤或堤防加固工程、急需用地的填海工程。

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。这主要取决于两个关键问题：一是大型的固化处理设备；二是合理、经济有效的固化材料配方。目前，疏浚淤泥固化处理成本在我国较高，一般工程难以接受，虽然已经开展了较多的室内试验研究，但还没有工程应用的实例。而在国外，淤泥固化处理技术已得到广泛的应用，技术已比较成熟。如新加坡“长基”国际机场第二跑道工程、日本伏木富山港疏浚填海工程、广岛县宇品内港地区地盘改良工程、日本名古屋的人工岛—第3Board Island、日本名古屋机场的填海工程等都部分使用了经过固化处理的疏浚淤泥作为填方材料。日本东京还设有多处废弃土处理中心，将废弃淤泥通过固化处理后代替砂料等土石方材料进行出售[10]。

1.3 淤泥轻量化处理技术

淤泥轻量化处理技术就是将疏浚淤泥、固化材料、轻质材料和水在搅拌机械中进行搅拌混合后，制出具有高附加值的新型轻质土工材料—疏浚淤泥轻质混合土。其中，固化材料一般为水泥，其作用是通过固化反应来提高疏浚淤泥的强度，也可以加入粉煤灰、废石膏等，组成复合型固化材料。轻质材料主要选择聚苯乙烯泡沫塑料(简称EPS)颗粒(碎粒、片粒或废弃泡沫塑料)或气泡(或泡沫浆)，起到减轻重量的作用。EPS 是一种轻型高分子聚合物，它的堆积密度是土密度的1/80.1/100，加入混合土中后可通过EPS 来置换相同体积的淤泥，从而显著降低混合土的密度。若将作为轻质材料的EPS 颗粒换为机械粉碎后的废弃泡沫塑料颗粒，则可以消纳大量废弃的泡沫塑料，既可降低造价又可保护环境。

疏浚淤泥轻量化处理技术施工工艺与固化处理技术的施工工艺基本相同。也包括疏浚、过滤解泥、混合搅拌、填筑、养护这五个步骤。只是混合搅拌这个步骤分两次进行。首先，在搅拌机中加入固化材料，将过滤、解泥后的疏浚淤泥与固化材料充分混合，搅拌均匀形成混合土。然后，将轻质材料放入搅拌机中，与疏浚淤泥与固化材料所形成的混合土再进行第二次的充分搅拌。这主要是因为先添加轻质材料，则通过搅拌，轻质材料被软土包裹起来，随后再加入水泥，即时搅拌均匀，包裹轻质材料的这部分软土的内部与水泥之间无法发生硬凝反应，致使土样内部薄弱部位增多，土样的强度会有所降低。

疏浚淤泥轻量化处理技术的优点：①处理技术施工简便迅速，适用于大量、大规模的疏浚淤泥处理；②具有快硬性，可缩短填土施工工期；③可根据具体工程需要，通过调整固化材料、轻质材料、水的添加量来制备出具体工程所要求的轻质、高强填土材料；④具有流动性，利于圆形管道和不规则洞穴的密实回填；⑤自立性好，几乎不产生侧向土压，并可有效的降低地基中的附加应力，轻量化处理后的疏浚淤泥被广泛地应用于软弱地基处理、桥头跳车病害处理、滑坡治理、管道填埋、拓宽填土施工等工程中。这一技术是1996 年由日本的Tsuchida 等提出的，当时主要用于港口、海岸工程中回填或土质改良[11]。

该技术国外已得到广泛的应用，如日本东京国际机场第3 期地区工程外的挡墙背后的填土采用了气泡轻质混合土和EPS轻质混合土共同填筑，施工总量为1000m3。应用轻量化技术对我国国内疏浚淤泥进行处置尚处于起步阶段。在我国已经开展了较多的室内试验研究，但还没有工程应用的实例。我国的朱伟教授首次提出了对疏浚淤泥进行轻量化处理，且已开展了较多的室内试验，取得了一定的研究成果，但目前还没有进行工程应用。

疏浚淤泥轻量化处理技术也存在前期设备投入较大、成本较高、不适合小规模的填筑工程的缺点。这主要取决于三个关键问题：一是大型的固化处理设备；二是合理、经济有效的固化材料配方；三是高效、低价的轻质材料的制备。其中前两个问题与固化技术中所遇到的相同，而轻质材料的研究尤其是将废弃泡沫塑料通过粉碎设备制作成大小均匀、性质稳定的泡沫塑料颗粒，以及制造稳定、高效的气泡，在我国尚处于起步阶段。

2 展望

疏浚淤泥是一种很有利用价值的潜在资源，疏浚淤泥资源化利用研究成为一种必然的研究趋势。减少疏浚淤泥抛弃的最有效的措施就是进行资源化研究，使其变废为宝，这也是目前国外许多发达国家采取最常用的方法之一。

吹填淤泥填海造陆技术、淤泥固化改良处理技术和淤泥轻量化处理技术都可将成为废弃物的疏浚淤泥处理成为可再生利用的土工填方材料、建筑材料进行使用，同时可以解决我国沿海大量产生的废弃疏浚淤泥的处理问题和淤泥海洋抛泥造成的环境污染问题，解决工程建设用土的问题。我国在疏浚淤泥的资源化利用方面尚属于起步阶段，这3 种废弃疏浚淤泥的资源化利用技术是保护资源、环境的创新技术，具有广阔的应用前景，值得在我国推广。

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[3]姬凤玲，吕擎嶂，马殿光. 沿海地区废弃疏浚淤泥的资源化利用技术[J]. 安徽农业科学，2007，35(15)：4593—4595

[4]朱伟，张春雷，刘汉龙，等.疏浚泥处理再生资源技术的现状[J].环境科学与技术，2002(4)：39-41.

[5]徐啸，崔峥，毛宁.厦门港疏浚弃土吹填造陆物理模型试验研究[J]，台湾海峡，2004，23(3)：360-368

[6]彭涛，葛少亭，武威.吹填淤泥填海造陆技术在深圳地区的应用[J].水文地质工程地质，2001(1)：68—70，72.

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[10]徐敏，陆培东.围海工程对邻近港区泥沙回淤的影响研究—以漳州港招商局中银码头区为例[J].海洋工程，2003，21(1)：47-52.

[11]SUCHIDA T，TAKKEUCHI D，OKAMURA T，et a1.Kishida.Development of lightweight fill from dredgings，environmental geotechnics[C]//Proceedings 0f the Second International Confress om Environmental Geotechnics，Balkema，1996:415-420