浅谈淤泥固化处理施工技术及应用前景

文／马建坤 广州市广州工程建设监理有限公司 广东广州 510075

引言：

我国由于海洋、河流、湖泊众多，因而会形成较多的泥沙。而淤泥抛填形成的软土地基优非常的脆弱，不容易利用，生态环境面临日益破坏的压力，而且淤泥的成分复杂，它的体积大、易腐败、发臭、污染水源、土壤污染，同时也含有多种金属元素、有机污染物、病原微生物、寄生虫卵等。因此，若不及时进行无害化处理，将会对生态环境产生较大的二次损害。因此，探索一种适用于我国实际的污泥处理与利用技术非常重要，这就需要我们做到寻求合理的处理与处置途径，掌握国内外污泥治理的最新进展，充分发挥其资源的作用，促进污泥资源化、减量化、资源化的发展。

本文就针对我国淤泥固化处理现状进行未来淤泥固化处理技术的研究和发展方向的探讨，同时简述淤泥固化处理施工技术的概念、意义来辅助理解淤泥固化行业，重视现在技术的同时，仰望未来前景。

1.简述什么是淤泥固化处理施工技术

1.1 内涵

是指利用污泥的物理修饰作用，破坏污泥中的微生物细胞，促进其释放，并通过一系列复杂的生物化学反应，将其固化为一种与土壤或具有较高粘性的固体物质，从而减少污泥的水分含量，加快污泥脱水和固化。污泥处理技术主要包括固化、土地利用和焚烧三种方式。其中，固化是最早采用的一种技术，这是因为固化法不需要改变土地利用的模式，不需要对土壤进行改造，不会产生其他的负面影响。该方法也是目前处理污水处理厂针对淤泥最常用的方法。

1.2 外延

由于全球范围内普遍推行的可持续发展策略，各国及区域的经济环境及环境法规的差异，其处理方法也不尽相同，各有优缺点。但大家一致认为，要将淤泥转化为有用的物质，最大限度地利用淤泥中的活性物质，实现可持续发展。在众多淤泥处理处置方法中，固化是污泥处理的一种重要手段。固化是将污泥中的有机物转化为水泥、石膏等无机材料并将其稳定在固相状态，从而使之具有一定的机械强度、耐酸耐碱等物理性能和化学性质，达到污泥无害化或资源化，防止二次污染的目的。污泥固化处理技术有很多，但每种方法都会有自己的优缺点，因此，对这些方法进行深入研究和比较就显得十分重要。就目前而言，根据固化污泥所具有的特性及应用场合不同，又可分为以下几类：

1.2.1 物理脱水法

所谓的物理脱水法就是使用物理手段，例如压缩、晾晒等方法，进行力学层面上其类似于力学性质、强度等物理性质的增强，使得淤泥达到固化的效果的过程，也就是说，物理脱水法其实就是通过自然晾晒法、机械脱水法来降低淤泥中的含水量来改善其力学性质。自然晾晒法就是一种利用太阳照射和蒸发的方法，将淤泥中的多余的水分排出，从而使淤泥变硬，但是这种方法只能用于少量的淤泥，并且由于地形、天气等因素的限制，所以它的实施难度也很大。机械脱水法也就是利用脱水机器将污泥中的多余水分除去，既方便操作，又不会受到其它环境因素的干扰，且具有很高的效率和稳定性。但其缺点就在于，需要购买成批的设备，并且该设备一次投入经费巨大，因此其不适宜发展中国家的小企业使用，且脱水效率低下，同时污泥中有机物质、腐殖质及各种有毒物质难以去除，容易二次污染。

1.2.2 加热烧结法

加热烧结法是利用淤泥中有机物含量较高，热量较高的特性来处理淤泥，烧制后的淤泥可以用作粘土、替代砂、砾石、粘土砖等。加热烧结法最大的特点就是能够及时地处理好大量的淤泥，减缓淤泥大量产生、大量污染环境的问题，而淤泥建筑材料的回收利用，一般不会投入太多的资金，但是却可以带来巨大的经济效益，并且污泥的固化效果非常好。但其缺点就是在烧结的过程中，有害物质烧结产生的有害气体，如果处理不当的话，会造成气体中的有害物质的二次污染，危害环境安全。

1.2.3 化学固化法

化学处置方法是利用各种化学药剂对淤泥中的杂质进行处理，从而达到降低污泥含水量和减少污泥产出量的目的，是目前国内大规模处理淤泥的最适宜的处理方法。处理方法大致有：用氯化钠溶液、硫酸盐溶液、石灰溶液反应固化、次氯酸钠反应固化、次氯酸钠与氧化氢反应固化，来实现淤泥的固化。其原理大致就是，将水泥、减水剂、水泥、石膏、石灰等固化物料加入淤泥中，经过搅拌、混合，使固化物料与水发生一系列物理、化学反应，改变其机械性能，提高了淤泥的含水率和强度。淤泥固化剂可以选用高分子固化剂、化学固化剂、生物酶固化剂，只要固化剂能够在淤泥中形成网状骨架，增强泥浆的强度，减少有害物质的生成即可。目前国内已知的大部分固化剂都是复合固化剂，其可以根据不同的加固目标确定不同的固化剂比例，成本低，取材方便，稳定性好，但缺点是，在固化初期，其强度并不高。但总体来讲，还是比较适合运用于我国现在的淤泥固化处理上的，其也是我国在疏浚淤泥固化处理中普遍运用的方法之一。

2.淤泥固化施工技术的意义（作用）

2.1 加强淤泥物质结构的稳定性

通过将固化材料加入到淤泥中，搅拌混合养护，使淤泥、水、固化材料之间进行一系列水解、水化作用，使淤泥颗粒表面形成一种凝胶状物质，从而使淤泥具有较好的水、强度和稳定性。此外，凝胶特性的水化产物在泥沙粒子间形成网状结构，即形成骨架，晶体水化产物填满网孔，固化后使其具有一定的结构强度。

2.2 起到一定的减污作用

淤泥一般是指由工程施工产生的含泥量很高的淤泥，其含有大量对环境有害的物质，如重金属、硫化物等。目前对工程建设中所产生的淤泥进行处理主要有三种方法：物理法固化、化学法处置和生物法处置。而化学法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，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淤泥中污染物质的活性，从而起到一定的减污作用。

2.3 增加淤泥有效资源化利用价值

适用于数量大、规模大的淤泥的治理，可广泛应用于大规模的填海工程；施工简单、灵活，而且因其具有快速硬化特性，能大大缩短填筑时间；并可按固化泥浆的使用情况，一次处理，达到强度、变形、渗透率等指标；如果利用粉煤灰、石膏等废弃物作辅助固化，可以大大减少项目建设成本，并可减少粉煤灰、石膏等工业废弃物，达到良好的环保效果。

淤泥是一种很有潜力的资源，它的固化和资源化处理可以解决国内大量的废泥和河流、湖泊、海洋抛泥所带来的环境问题，同时还能解决建筑施工中的土壤问题，是一项非常有发展前景的新兴行业。

3.淤泥固化处理施工技术现状与解决措施

3.1 国内淤泥固化处理措施出现的问题

随着我国污水处理行业的迅速发展，我国的污泥产能迅速增加，作为废水处理行业中的一个重要组成部分，其市场空间将达到千亿。尽管国家对污泥处理和处置的政策越来越严格，但是产业发展却一直未能取得重大突破，技术上的不足已成为一个重要的缺陷。

国内对污泥的处理和处置起步较晚，在处理处置、处置技术等方面均与世界先进国家有一定差距。目前，国内大部分的专家都认为，目前的污泥处理和处置技术应该是先朝着稳定化、减量化和无害化方向发展，并在各方面的条件稳定的情况下再进行资源化。目前，国内的污泥处置设备已基本达到了减容的目的。但是，由于污泥处理技术路线不明确、资金投入不足、法律法规不健全、管理体制不健全等诸多因素，使得淤泥处理未达到“三化”要求，二次污染问题仍然比较突出。

另外，淤泥的处理和处置工作还没有得到应有的重视，没有得到有效地利用，导致了大量的淤泥“积压”，而且一些比较落后的地区，因为淤泥堆积的时间太长，占地面积太大，环境污染严重，也带来了很多不确定的安全问题。“十二五”时期，我国逐渐将注意力集中在淤泥的固化和资源化上，大力发展淤泥的综合利用，政府在淤泥固化、资源化等方面下了很大的功夫，淤泥产业的发展受到了政府的大力支持。

3.2 优化淤泥固化处理施工技术的研究方向

现如今，由于固化后的淤泥具有低含水率、高含沙量、高孔隙比、高胶凝活性等特性，在工程上应用前景十分广阔。例如，目前上海的许多城市建设项目都需要大量的淤泥，而上海对淤泥的研究与利用尚处于初级阶段，因此其市场需求非常大。上海在淤泥方面的技术创新工作，主要有以下几个方面：一是从淤泥中萃取出重金属和相关金属化合物；二是在各种技术研发、工艺改进、设备优化等方面进行了大量的技术研发和应用。三是对淤泥的各种工艺进行了深入的研究与应用；四是对淤泥的回收利用进行了探讨。但由于种种原因，在我国至今尚未有项目能够成功地推广和工业化。我相信，这些技术和装备的开发工作在我国很快就会有结果了。

（1）目前，淤泥的利用方式主要有堆存和填埋

堆存，将淤泥用于城市或工业建设的地基处理和回填，如利用淤泥作为地基土替代天然粘土，可以有效地提高地基土的承载力；作为填料使用或直接用作路基和路面结构材料时，可以有效地减少填土用量；作为外掺剂使用，将淤泥掺入土中与其他外加材料混合使用来改善地基土的工程性质；用作回填材料，将淤泥回填到地面以下进行绿化或作回填土覆盖于建筑物基础上或种植花草树木。而作为外掺剂使用主要有：采用生石灰、水泥与重晶石或海泡石等工业废渣掺入土体中；将淤泥加水浸泡后再压实后用于路堤、路面、护坡等工程中；将淤泥和砂按一定比例混合后用于路基填料，改善地基性能。

（2）未来还可以尽力发展以下两种研究

首先，可以修改固化材料配比，进行淤泥陶粒研究。陶粒作为一红轻集料，由粘土、泥岩、页岩、煤阡石、粉煤灰等为主要材料，可以取代普通砂石配置轻集料混凝土，具有密度小、孔隙率高、保温隔热、耐腐蚀、抗震抗冻性良好，以及抗碱集料反应性优异等多功能特点。各项技术性能达到或超过国家一等品标准，认为他是配置保温或结构保温混凝土的优质超清骨料。大量研究表明，淤泥经过处理烧制具有一定强度的陶粒是可行的，不但可以消耗大量的脱水淤泥，而且可以降低处理的成本，同时避免二次污染，既实现了废物的资源再利用，又节约了土地能源。同时，还发现淤泥的化学成分、矿物成分经过烧制是可以达到环保要求的，不会造成二次污染。

其次，可以进行淤泥制砖技术的研究。淤泥在固化后可以直接用于制砖。淤泥制砖的方法有两种：第一种就是利用热固化淤泥直接制砖，第二种就是利用淤泥烧结的灰渣来制砖。当淤泥与黏土按质量比1:10 进行配料时，淤泥砖可以达到普通红砖的强度。利用淤泥烧结的灰渣制砖时，灰渣的化学成分与制砖黏土的化学成分比较接近，因此，将灰渣与黏土等掺和材料混合制砖，或不加任何掺和剂单独制砖即可。淤泥制砖不仅可以节约大量的土地资源，而且费用低于填埋的费用，甚至还有收益。

（3）淤泥原地固化处理

淤泥就地固化技术是一种利用固化剂对淤泥进行就地固化处理的新型技术，使土体达到一定强度，从而满足软土开挖、再利用以及施工所需的承载要求，同时形成板体达到地基处理的目的，并也可结合复合地基进行深层处理，使地基承载力达到80 千帕以上，它能大规模、低成本地将淤泥转变为资源，将淤泥就地处理。工艺流程如图1、图2：

图1 淤泥原地固化处理工艺流程

图2 淤泥设备固化处理工艺流程

4.淤泥固化处理技术的应用前景

通过引进淤泥的资源化利用技术，使“三清”后的污泥得到了充分的量化处理和利用，既可以将其变废为宝，又能解决淤泥的排泄和放置问题。目前，我国对淤泥的处理日益重视，但由于多方面因素的影响，目前国内污泥处理的利用率尚且不高。记得曾有一篇报道讲述到，在上海，污泥处理的回收率大约在20%-30%之间，其利用率连一半都还未及，多数淤泥被放置、浪费，造成了环境上的污染和空间上的占用。因此，污泥的资源化利用一直是困扰我国城镇污水处理厂的一个重要问题。本文主要讲述淤泥在固化后可以进行的资源化利用方向。

4.1 建材利用

淤泥是一种粘土质资源，可将其与不同的固化材料按照不同的配比制造不同需求的建筑材料，这样的资源化利用在发达国家其实已经非常成熟并且普遍了。例如：将其固化后与黏土或者粉煤灰按照一定的比例掺和混合，在高温的情况下烘培，加热烧结后可使得淤泥增加稳定性，并以此制成建筑材料；采用高热值的城市淤泥替代煤炭作内燃剂，掺入一定的都市淤泥，制得的砖坯抗压强度和抗折强度均可满足国家标准50 级砖的强度要求。淤泥除了能够进行以上两种处理程序之外，还可以根据建造需求，掺和不同配料，使用不同方法制成其他类似于微晶玻璃、软地基、混凝土骨料等，虽然在我国这些许多的研究仍然处于试验阶段，实际应用起来的少之又少，在淤泥固化资源化方面，我国进程还需要做进一步推进工作。

4.2 环保材料

在淤泥固化的过程中会产生许多的有机物、这些有机物是有重大用处的：例如，可以通过高温碳化烧结和化学方法改性可以支撑活性炭的吸附剂，能够用于水资源净化、日常生活所需等；还可以使用不同的方法将淤泥固化后产生的可利用物质进行提取，在完成建筑材料加工的同时，“免费”获得一种或多种吸附剂、净化剂，可用于解决不同的净化问题。

结语：

我国淤泥处置技术发展较发达国家来说相对滞后，然而国内自行开发的工艺仍处于不断改进阶段，对污泥的处理要做到无害化、稳定化、减量化、卫生化和资源化等五个方面都需要有很高的技术支持。目前，淤泥处置日益受到人们的关注，其技术、政策和运作模式相信将会在近期取得突破性进展，而在政策的支持下，淤泥处置产业有望迎来高速发展。从过去的无人问津到如今的火爆，淤泥处置行业正吸引着越来越多的公司前来挖掘，千亿的市场红利正等待着释放。但也应该清楚地意识到，在激烈的市场竞争中，只有掌握了核心技术，才能在市场上立足。