河道淤泥处理及资源化应用

宋 闯，李 冰，邱艳茹

（北京金河水务建设集团有限公司，102206，北京）

近年，各级政府逐渐加大了对环境治理的力度，更加关注水环境的治理效果，河道淤泥治理成为公众关注的重点。

一、淤泥处理方式及优缺点分析

我国地缘辽阔，气候环境差异较大，大致以秦岭淮河为界，南北方淤泥成分不同（此处忽略特殊地质因素的问题），应根据各地工程进度具体要求、受汛期影响程度等实际情况来选择合适的清淤方式。

1.淤泥晾晒或掺拌法清淤

此种清淤方式需要干地条件，首先搭设围堰，经围堰内排水，在围堰内一定距离设置后置排水沟及集水坑，施工期间不间断抽水，保持施工现场干地条件，为清淤做好准备。按照工程进度及时间要求，根据设计高程，采用一定数量的挖掘机对淤泥进行攒堆，待攒堆的淤泥干燥后，新建马道，采用运输车放置固定场地内或者直接运输到淤泥处理点。

另一种方式是掺拌法，即外购达标干燥土方与潮湿状淤泥按照一定比例掺拌后，采用运输车放置固定场地或者直接运输到淤泥处理点。该方法的优点为对设备和工艺要求不高，处理质量较高，直观程度高，施工速度快，清淤效果明显，后期处理相对简单。缺点为对河底原微生物扰动较大，破坏原河底生态系统，施工马道清理不干净会导致河道污染，易造成道路遗撒等。

2.水力冲挖

该办法仍需干地条件，采用高压水枪将固态淤泥冲成泥浆，汇流到预先设置的集水坑内，利用浮漂、抽泥泵（根据河道淤泥含砂情况可优先采用抽沙泵）、接力泵、管道等将泥浆抽至泥浆沉淀池或指定地点。该方法的优点为设备简单，施工成本较低，对河坡环境影响较小等。缺点为操作环境恶劣，受淤泥成分和汛期影响大，施工进度较慢，可能会对岸坡环境造成部分影响。

3.挖掘机带水清淤

挖掘机带水清淤指的是将挖掘机行驶到浮动平台上，驾驶员将平台划至清淤范围挖掘河底淤泥，利用运输船将淤泥运输至指定地点，卸下船上淤泥之后再采用挖掘机或者抽泥设备将淤泥运至工程场地内，待干燥后运输至土场或指定地点。该方法的优点为不用创造干地条件，减少部分施工成本，施工过程受天气影响相对较小，施工机具及工艺简单等。缺点为操作设备不易，清淤标高控制难，由于机械施工容易使河水浑浊，致使清淤效果不好，达不到预期标准，对下游环境造成相应影响等。

4.抓斗清淤

抓斗清淤指利用抓斗自身重力及抓斗抓力，把河底淤泥抓至运输船，利用运输船将淤泥运输至指定地点，之后再采用抓斗将淤泥抓送至堆泥场内，待干燥后运输至土场或指定地点。该方法的优点为不用创造干地条件，减少部分施工成本，施工过程受天气影响相对较小，施工机具及工艺简单等。缺点为清淤标高控制难，对河底扰动较大，容易使河水浑浊，致使清淤效果不好，达不到预期标准。

5.绞吸船清淤

绞吸船清淤是利用绞吸船上的挖泥设备（一般为铰刀）及吸泥设备（一般为离心式吸泥泵），采泥时，操控绞刀绞动河道淤泥，再用离心式泥泵及管道将河道淤泥输至堆泥场或设备中。该方法的优点为采用封闭式管道运输至岸上堆泥场，对岸坡环境不会造成影响，不需要创造干地条件，减少施工成本，受汛期及天气影响较小，可控制清淤高程等。缺点为易造成淤泥扩散，出现回淤现象，淤泥自然干化漫长，易影响工期。

6.斗轮清淤

该方法基本原理同绞吸船清淤，主要利用装有专用斗轮的挖泥船进行水下清淤，开挖后的淤泥利用自身输送设备及管道，输送至堆泥场。该方法属于常用方法，优点为采用封闭式管道运输至岸上堆泥场，对岸坡环境不会造成影响，不需要创造干地条件，减少施工成本，受汛期及天气影响较小，可控制清淤高程等。缺点为斗轮在水下施工，会造成大面积的水体污染和淤泥扩散，出现回淤现象，淤泥自然干化漫长，易影响工期。

7.水下泵抽清淤

该方法利用船、真空泵等，设计单独抽吸设备，小范围内抽取河底淤泥，采用隔离网将水下垃圾隔离，避免堵塞管道，利用管道或者运输船将泥输送至堆泥场。该方法的优点为对河道淤泥扰动小，不需要创造干地条件，受汛期及天气影响较小，可控制清淤高程等。缺点为工作效率低，易影响施工进度，抽取泥浆浓度较低，淤泥自然干化漫长等。

二、淤泥脱水方法及优缺点分析

上述清淤方式可根据施工地点的现实条件，与下列脱水方式进行组合，需特别注意清淤设备与脱水设备匹配度，这关系该工程整体施工进度及施工效果，良好的匹配度可使整个工程达到最优清淤效果，而较差的匹配度则会耽误工期，清淤脱水方法具体如下。

1.自然脱水法

该方法主要利用太阳热能、风能、水的重力势能，使淤泥中水分自然流失，蒸发消散，使淤泥干燥、硬化，达到脱水的效果，主要方式有攒堆晾晒、平铺暴晒、人工/机械翻晒、底面脱水等。该方法的优点为简单方便，处理成本低，基本无须申请施工其他占地，仅需利用河道即可。缺点为受天气影响较大，自然状态下脱水效率低，周期长，需占用一定范围的场地，气味或者淤泥易对周围环境造成一定影响。

2.真空脱水法

该方法是预先建造处理池，在处理池中敷设防渗膜、真空管道和土工布等，接着对打入处理池中的淤泥进行覆膜、抽真空，利用真空压力和淤泥进行脱水处理。该方法的优点为施工工艺简单，施工成本相对较低，对有机质含量较低、含沙量高的河道淤泥脱水有较好的效果。缺点为由于需要建造处理池，场地需求量大，工期长，不适用于对工期要求较高的工程，使用范围较窄，处理有机质含量高的淤泥时，易堵塞原有路径，致使脱水效果不好。

3.土工袋脱水法

土工袋脱水法是把一定比例的泥浆打入土工袋中，利用土工袋本身具有的透水性和压力将水分排出，淤泥留在土工袋中，之后将含水量较少的淤泥或者干燥的淤泥输出或现场填埋。该方法的优点同真空脱水法，只是造价因具体要求不同而不同，缺点同真空脱水法。

4.机械脱水法

机械脱水法是淤泥或者污泥脱水比较常用的方法，南方地区比北方地区成熟。目前，主要有离心脱水机、板框压滤机和带式压滤机等。

①离心脱水机是采用内筒转动等离心方式，通过高速旋转产生离心力，将淤泥所含水分甩出去的一种设备。该设备的优点为可连续运行，相对板框压滤机效率高，泥饼脱水含水率较高。缺点为因转轮或螺旋的外缘极易磨损，更换成本较高，能耗相对板框压滤机较高。

②板框压滤机是利用2块中间凹陷滤板，其表面裹覆滤布，压紧形成空腔（也叫作滤室或者腔室）作为过滤空间，滤布作为过滤介质来实现固液分离。该设备的优点为压滤机脱水是间歇性运行设备，能耗相对较低，密闭性非常好，可以实现暗流排放，可对泥饼进行洗涤，操作压力高，可加热泥饼，滤饼含水量少，对各种物料的适用能力强。缺点为能耗较高，需要间歇性操作，生产效率相对较低。

③带式压滤机是通过上下滤布在轮轴之间成“S”形压缩，淤泥受到滤布的压紧力，把污泥留在上下滤布之间，通过滤布排除水分来实现脱水。该设备的优点为占地小，维护简单，可连续生产，操作管理方便，处理能力大，噪音低。缺点为滤饼含水量较高，消耗药剂较多，施工成本高等。

相对于其他脱水方式，生产效率是限制上述脱水设备优点发挥的主要问题，其关键在于河底淤泥的成分，特别是含砂量问题，前期能否处理好沙粒、粉粒，关系整个脱水设备的生产效率。目前较好的方法是，在上述脱水设备的前端加设筛分机，根据实际河道淤泥河道颗粒报告，选择合适目级筛分机进行筛分，筛分机能处理绝大部分沙粒和粉粒，对后续淤泥压缩比、用药量以及设备磨损程度有较大的益处。

三、淤泥的资源化利用

由于淤泥成分不同，应根据用途需要调整其预处理方式，不论采取哪种处理技术，都是以减量化、资源化、固定化以及无害化为原则，特别是对淤泥中重金属含量的控制尤为重要，经过污水处理厂及后期二次处理后，重金属含量可得到控制，但因二次处理造价较高，需根据某种资源化利用相关淤泥重金属含量规范要求及成本、盈利综合考虑，结合国内外经验，目前淤泥资源化利用大致分为两个方面：综合利用（堆肥、填方材料、建筑材料等）和填埋。

1.堆肥

淤泥中含有机质、植物需要的微量元素及相关营养物质，合理施用对农田、林地、草地、荒地等有较好的效果。利用淤泥堆肥是目前比较好的方式，主要利用自然界的微生物，将河道淤泥内的有机物充分分解成农作物需要的营养物质或元素，特别是植物生长所需的 N （氮）、P （磷）、K（钾）等其他微量元素。同时，底泥经过加药、混凝和脱水后，同有机肥混合可作为植培土，用于园林、花卉、绿地等。

河道淤泥作为农作物肥料利用有两种方式，直接施用和间接施用，可根据淤泥成分具体含量选用，如果重金属含量满足相关要求，可直接用于农作物或者园林绿地等。

间接施用是指将各项重金属含量达标的淤泥与农家肥（主要为动物废弃物等）按照一定比例进行添加，配合成特定比例的有机肥，淤泥中的有机质及微量元素与农家肥微量元素相互补充，较普通农家肥有更高的营养物质和较好种植效果，可用于水果、蔬菜等可食性植物的种植，该方式在广东等地已有成功案例。目前淤泥堆肥虽未普遍实施，但从未来趋势看，该方式具有良好的市场前景。

2.填方材料

根据工程需求及要求，经过预处理的河道淤泥作为填方材料使用，是河道淤泥资源化利用的另一种方式。从工程应用角度考虑，以化学固化处理为主，同时辅以物理固化是目前最为方便、适用范围较广、成本较为理想的方法，因掺有固化材料，与一般的土料相比，淤泥固化土具有不产生固结沉降、强度高、透水性小等优点。目前常用的固化材料主要有水泥、石灰、石膏、粉煤灰等。张春雷等利用无锡五里湖疏浚底泥进行固化处理和筑堤实验，结果表明该底泥能够满足堤防筑堤要求，可以作为土方材料使用。

淤泥作为填方材料是资源化的一种思路，现阶段我国填方材料资源较为丰富，对工程填方材料有具体要求，且淤泥本身存在转移污染物的风险，此项技术在我国应用尚不广泛，有待政策支持及相关技术提高。

3.建筑材料

（1）制造砖瓦

利用河道淤泥制造轻质砖瓦，一般采用煤灰或者污泥作为添加剂，因其本身含有空隙或经过烧制污泥中的有机物升华从而产生微孔，进而通过调制特定配方烧得轻质砖。其中，河道淤泥中的重金属经过1 000～1 100℃的焙烧后，绝大部分重金属被固结在材料中，经过烧制的材料重金属浸出率与原材料相比大大降低，所以如充分考虑重金属的固结与处理，该轻质砖对周围环境造成影响的可能性较小。

（2）烧制陶粒

河道淤泥矿物和一般烧制陶粒材料基本相似，在一定温度下具备发泡膨胀的特性，使陶粒内部产生一定数量的气泡，具备保温作用，同时加热后冷却固化，具备一定强度。目前，北方某些地区尝试将污泥处理厂产出的污泥烧制陶粒，但未达到建筑材料环保要求。河道淤泥成分相对污泥有所不同，重金属等污染含量一般低于污水处理厂产出的污泥，其应用前景相对较好。经南方某地区相关人员实验，淤泥烧制陶粒也有成功的案例，其物理性能、环保条件均能满足具体要求，但不具有普遍性。

国内河道淤泥资源化利用相对国外起步较晚，若能广泛应用该技术，淤泥处理既能变废为宝，又能解决环境污染、河道防洪安全等问题，由此产生的社会效益和环境效益是不可估量的，具有很广阔的前景。