城市内河湖淤泥资源化研究及效益分析

常 征 陈玉荣

(1.正元国际矿业有限公司，北京 101399；2.三川德青科技有限公司，湖北 武汉 430075)

河湖底泥是经过大气沉降、雨水冲刷、污水排放、动植物尸体沉降等途径，长期累积的沉积物，是水体生态系统的重要组成部分。底泥是底栖动物的生活场所，食物来源地，同时在外源污染受控的情况下，也是水体内源污染释放地[1]。早前，由于受我国发展阶段的限制，城市排水系统发展欠缺，居民区污水、工业区污水直排入湖，导致城市内河流湖泊沉积底泥受到不同程度的污染，随着十八大生态文明建设序幕的拉开，河流湖泊的治理力度加大，水环境逐渐得到改善。但城市内湖泊河道的底泥，因其受居民活动的影响，成分复杂，含有微生物、病原体、重金属及有机污染物等，如处理不善将会造成严重的二次污染。如何经济而有效地处理处置河湖底泥，对资源充分利用，已成为一个备受关注并亟待解决的重要环境问题，也是一个具有明显社会效益、环境效益和经济效益的综合性命题。

1 淤泥处置的现状

河湖底泥的处理处置应遵循“四化”原则[2-3]，即减量化、稳定化、无害化、资源化。目前，城市内河内湖的清淤疏浚底泥的处置，主要是海洋投弃、卫生填埋等，少量用于堆肥、焚烧、资源化等[4]。

a.海洋投弃。考虑运距的问题，一般沿海城市采用此法，利用海洋巨大的水环境容量，将清淤疏浚的底泥直接倾倒入海洋中。

b.卫生填埋。目前，卫生填埋是城市内河流湖泊清淤底泥处置采用最广泛的一种方式。对底泥进行灭菌等简单处理后，填埋至填埋场。

c.堆肥利用。主要用于未受重金属等有害污染物污染的河道、湖泊底泥的处置。利用自然界中的微生物，有控制地将底泥中的有机物质转化为腐殖质，加以利用。

d.焚烧。利用高温和氧气，与底泥产生剧烈的化学反应，释放出带有能量的高温燃烧气体和性质稳定的固体残渣。

e.资源化利用。主要有制砖、混凝土填料、回填土、种植土、陶、微晶玻璃、人工沸石、产生热值等利用方式。底泥资源化利用，因成本问题，大多处于实验室研究阶段。

2 淤泥的组成及特性

绝大部分的湖泊和河道淤泥主要由石英、黏土类矿物、长石类矿物组成，另外，还含有少量的碳酸盐、微量的硫酸盐和磷酸盐及有机物，属于硅酸盐类原料，具有良好的加工性，是生产建筑制品的较好原料，但因工业废水和生活污水的长期大量排入，导致其污染成分十分复杂，含有大量的微生物、病原体和重金属等。

河湖淤泥主要有以下特点：

a.含水率较高。淤泥的含水率普遍在40%左右，也与采集的季节和使用的采挖设备有关。

b.颗粒较细。淤泥的粒度主要分布在0.05～0.005mm，以及小于0.005mm的范围内，颗粒细，具有较好的可塑性。

c.矿物组成和化学成分与黏土相似，主要化学成分为SiO2(约占70%)、Al2O3(约占20%)、Fe2O3(约占7%)、CaO和MgO，但不同江、河、湖泊，以及同一江、河、湖泊也存在差异。

d.有机质含量与重金属含量在不同地区的不同河流差异较大，与当地生活用水和工业废水的排入密切相关。

本文研究对常州市内河、德青县内湖以及武汉市箱涵清淤出的底泥，进行重金属含量、成分组成、物相组成、有机质含量等基本物化性质的检测和分析，全面而系统地了解两种淤泥样品的性能，根据适宜性，选择了底泥资源化利用途径。

按照CJ/T 206—2005城市污水处理厂污泥检测方法对取回的新鲜底泥原样进行含水率、有机质的测定，采用激光法检测泥浆颗粒度组成。由表1可以看出，常州内河、德清内湖底泥颗粒细，有机质含量高，武汉箱涵底泥颗粒较粗，有机质含量较低。

表1 底泥基本泥性检测结果

重金属指标采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)进行重金属元素检测。其结果与《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(CJ 248—2007)最低值(酸性土壤限值)进行比较，可以看出武汉箱涵底泥Cr超标，常州内河和德清内湖重金属不超标。重金属含量检测结果见表2。

表2 底泥重金属含量检测结果 单位:(mg/kg)

对取得的底泥进行XRF和XRD的检测，检测结果见表3、图1。

表3 底泥XRF检测结果

图1 底泥XRD检测结果

从中可以看出，武汉箱涵、常州内河底泥的主要成分均为SiO2和Al2O3，且武汉箱涵底泥相对含有更多的SiO2；由图1可知，两种底泥均以非晶态物质为主，两者的主要晶态物质则均为石英(Quartz)和块磷铝矿(Berlinite)；综合XRD和XRF的检测结果可知，武汉箱涵底泥相对含有更多的石英类矿物(以砂为主)，常州内河底泥则相对含有更多的黏土矿物。

3 底泥资源化研究

根据以上检测结果，分析得出以下结论：

a.常州内河底泥。颗粒细微，有机质含量高达13.98%，但重金属含量不超标。资源化应用可以考虑用作园林绿化用土、颗粒基质肥料。

b.德清内湖底泥。主要成分为SiO2、Al2O3和Fe2O3，受污染程度小，重金属含量不超标，有机质含量也较低，颗粒细微，以黏土矿物为主，可以考虑用作烧结砖的添加原料，也可以作为陶类制品的添加原料。

c.武汉箱涵底泥。SiO2含量较高，含砂量较高，达到58.4%，重金属Cr含量超标。可以考虑将砂物料分离出来作为建材原料加以利用。

应用常规试验手段，根据以上建议，制备出相应的资源化产品。

常州内河底泥，通过调质改良处理后，制备出园林绿化用土，符合《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(GB/T 23486—2009)要求，产品见图2。

图2 常州内河底泥制备园林绿化用土

德清内湖底泥，采用传统的制备工艺制备陶粒(见图3)，其吸水率和抗压强度均满足《轻集料及其试验方法》GB/T 17431.1—2010的要求。

图3 德清内湖底泥制备陶粒

武汉箱涵底泥通过40目筛后的产品见图4，可用于制备免烧砖等产品，制备出的免烧砖7天抗压强度均符合《非烧结垃圾尾矿砖》JC/T 422—2007中的MU20强度级。

图4 武汉箱涵底泥分离出砂产品

对以上三种底泥的资源化处置，分别进行了成本测算，主要是包含技术费、设备费、材料费、人工费、管理费等的综合单价，同时对比武汉市同类同质产品市场售价，对比情况见表4。

表4 成本对比情况

从表4可以看出，每种产品销售后，利润均较为可观。其中常州内河底泥制成园林用土和武汉箱涵分离砂已实现了工程化实施，给工程带来了一定的经济效益。

4 城市内河湖底泥资源化效益分析

城市内河湖是一个城市的灵魂，城市水体有效治理能带动整个城市生活环境的巨大提升，带来的社会效益、经济效益和环境效益是不可估量的。水体治理中产生的大量底泥的资源化是非常重要的一个关键点。首先，底泥资源化能带来一定的直接经济效益，可以减少工程的总体投资；其次，底泥资源化处置不需要占用大量的填埋场，对寸土寸金的城市区域而言，土地的经济效益显著；另外，不会因底泥的堆存产生臭气给周边居民生活带来安全健康隐患，不会因渗漏迁移造成地下水污染[5]。所以，底泥资源化带来的社会效益和环境效益是巨大且长远的。

5 建 议

a.城市内河湖底泥泥性复杂，且根据所处的地域和周边环境不同又不尽相同，故对城市底泥的资源化需要对底泥进行充分而系统的检测，因泥施策，因地制宜制定出最优的资源化方案。

b.需要促进底泥资源技术的应用。底泥资源化不仅要考虑技术可行性，还需要考虑经济可行性，不断优化生产成本，提高工程化实施性。同时还需要政府部门的大力支持。