水利水电工程师关于河道清淤出的淤泥该怎么处

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  河道清淤必然产生大量淤泥,这些淤泥一般含水率高、强度低,部分淤泥可能含有有毒有害物质,这些有毒有害物质被雨水冲刷后容易浸出,从而对周围水环境造成二次污染。因此有必要对清淤后产生的淤泥进行合理的处理处置。淤泥的处理方法受到淤泥本身的基本物理和化学性质的影响,这些基本性质主要包括淤泥的初始含水率(水与干土质量比,下同) 、黏粒含量、有机质含量、黏土矿物种类及污染物类型和污染程度。在实际的淤泥处理工程中,可以根据待处理淤泥的基本性质和拥有的处理条件,选择合适的处理方案。

  纵观国内外淤泥处理处置技术,可以按照不同的划分标准进行如表2 所示的分类,在实际的淤泥处理工程中,可以根据待处理淤泥的基本性质和拥有的处理条件,选择合适的处理方案。

  淤泥是否污染及含有的污染物种类不同,其相应的处理方法也不尽相同,某些水利工程中产生的淤泥基本上没有污染物或污染物低于相关标准,例如南水北调东线工程淮安白马湖段疏浚淤泥无重金属污染,同时氮磷等营养盐的含量也低,对于此类无污染或轻污染的淤泥可以进行资源化处理,这类淤泥主要产生于工业比较落后的农村地区。而对污染物超过相关标准的淤泥,则在处理时首先应考虑降低污染水平到相关标准之下,例如对重金属污染超标的淤泥可以采取钝化稳定化技术。淤泥处理技术的选择也要考虑到处理后的用途,比如对氮、磷营养盐含量高的淤泥,当处理后的淤泥拟用作路堤或普通填土而离水源地较远,氮、磷无法再次进入到水源地造成污染时,一般不再考虑氮磷的污染问题。

  a.堆场处理与就地处理: 堆场处理法是指将淤泥清淤出来后,输送到指定的淤泥堆场进行处理,我国河道清淤大多采用绞吸式挖泥船,造成淤泥中水与泥的体积比在5 倍以上,而淤泥本身黏粒含量很高,透水性差,固结过程缓慢,因此,如何实现泥水快速分离,缩短淤泥沉降固结时间,从而加快堆场的周转使用或快速复耕,是堆场处理法中关键性问题。就地处理法则不将底泥疏浚出来,而是直接在水下对底泥进行覆盖处理或者是排干上覆水体然后进行脱水、固化或物理淋洗处理,但也应根据实际情况选用处理方法,如对于浅水或水体流速较大的水域,不宜采用原位覆盖处理,对于大面积深水水域则不宜采用排干就地处理。

  b.资源化利用与常规处置: 淤泥从本质上来讲属于工程废弃物,按照固体废弃物处理的减量化、无害化、资源化原则,应尽可能对淤泥考虑资源化利用。广义上讲,只要是能将废弃淤泥重新进行利用的方法都属于资源化利用,例如利用淤泥制砖瓦、陶粒以及固化、干化、土壤化等方法都属于淤泥再生资源化技术。而农村地带可将没有重金属污染但氮、磷含量比较丰富的淤泥进行还田,成为农田中的土壤。或者将这种淤泥在洼地堆放后作为农用土地进行利用。当然在堆场堆放以后如果能够自然干化,满足人及轻型设备在表面作业所要求的承载力的话,作为公园、绿地甚至市政、建筑用地都是可以的。利用淤泥的资源化利用技术是国际上很多发达国家常采用的处理方法,如在日本,整个土建行业的废弃物利用率已经从1995 年的58% 提高到2000 年的80%,淤泥等废弃土的利用率也达到了60%[8]。

  当淤泥中含有某些特殊污染物如重金属或某些高分子难降解有机污染物而无法去除,进行资源化利用会造成二次污染。这时就需要对其进行一步到位的处置,即采用措施降低其生物毒性后进行安全填埋,并需相应做好填埋场的防渗设置。

  工业发达地区的河道淤泥中重金属污染物往往超标,通常意义上的污染淤泥多指淤泥中的重金属污染,例如上海苏州河的淤泥中重金属比当地背景值高出2 倍以上[10],对此类重金属超标的淤泥,可以采用钝化处理技术。钝化处理是根据淤泥中的重金属在不同的环境中具有不同的活性状态,添加相应的化学材料使淤泥中不稳定态的重金属转化为稳定态的重金属而减小重金属的活性,达到降低污染的目的。同时添加的化学材料和淤泥发生化学反应会产生一些具有对重金属物理包裹的物质,可以降低重金属的浸出性,从而进一步降低重金属的释放和危害[11-12]。钝化后重金属的浸出量小于相关标准要求之后,这种淤泥可以在低洼地处置,也可作为填土材料进行利用。

  清淤工程中通常设置淤泥堆场,堆场处理技术就是从初始的吹填阶段开始,采用系列的处理措施快速促沉、快速固结,并结合表层处理技术,将淤泥堆场周转使用或者达到淤泥堆场的快速复耕。

  堆场周转技术目的是减小堆场数量和占地,堆场表层处理技术是为后续施工提供操作平台,而堆场的快速复耕技术则是通过系列技术的结合达到使淤泥堆场快速还原为耕地。

  a.堆场周转使用技术。堆场周转使用技术是指通过技术措施将堆场中的淤泥快速处理,清空以后重新吹淤使用,如此反复达到堆场循环利用的目的。堆场周转技术改变了以前的大堆场、大容量的设计方法,而提出采用小堆场、高效周转的理念,特别适合于土地资源紧缺的东部地区。堆场周转技术的设计主要考虑需要处理的淤泥总量、堆场的容量、周转周期和周转次数等,该技术通常可以和固化或者干化技术相结合,就地采用固化淤泥或干化淤泥作为堆场围堰,同时也可以对堆场内的淤泥进行快速资源化利用。

  b.堆场表层处理技术。清淤泥浆的初始含水率一般在80% 以上,而淤泥的颗粒极细小,黏粒含量都在20%以上,这使得泥浆在堆场中沉积速度非常缓慢,固结时间很长。吹淤后的淤泥堆场在落淤后的两三年时间内只能在表面形成20 cm左右厚的天然硬壳层,而下部仍然为流态的淤泥,含水率仍在1. 5 倍液限以上,进行普通的地基处理难度很大[13]。堆场表层处理技术则是利用淤泥堆场原位固化处理技术(图4),人为地在淤泥堆场表面快速形成一层人工硬壳层,人工硬壳层具有一定的强度和刚度,满足小型机械的施工要求,可以进行排水板铺设和堆载施工,从而方便对堆场进一步的处理。人工硬壳层的设计是表层处理技术的关键,主要考虑后续施工的要求,结合下部淤泥的性质,通过试验和模拟确定硬壳层的强度参数和设计厚度,人工硬壳层技术又往往和淤泥固化技术相结合形成固化淤泥人工硬壳层,也可以利用聚苯乙烯泡沫塑料(EPS) 颗粒形成轻质人工硬壳层则效果更佳。

  c.堆场快速复耕技术。堆场快速复耕技术主要包括泥水快速分离技术、人工硬壳层技术和透气真空快速固结技术。

  泥水快速分离技术是指首先在吹淤过程中添加改良黏土颗粒胶体离子特性的促沉材料,促使固体土颗粒和水快速分离并增加沉降淤泥的密度,另一方面则是在堆场中设置具有截留和吸附作用的排水膜进一步提高疏浚泥沉降速度,同时可利用隔埂增加流程和改变流态,从而达到疏浚泥浆的快速密实沉积的效果[14]。透气真空快速固结技术则是通过人工硬壳层施工平台,在淤泥堆场中插设排水板或设置砂井,然后在硬壳层上面铺设砂垫层,砂垫层和排水板搭接,其上覆盖不透水的密封膜与大气隔绝,通过埋设于砂垫层中带有滤水管的分布管道,用射流泵进行抽气抽水,孔隙水排出的过程使有效应力增大,从而提高了堆场淤泥的强度,达到快速固结的目的。透气真空固结技术和常规的堆载预压技术结合在一起进行可以达到更理想的效果[15]。

  对于部分淤泥堆场来说,由于堆存的淤泥深度较深,若将整个淤泥堆场的淤泥处理完成来满足复耕的目的,投资较大,同时对于堆场复耕来说,对承载力要求相对较低,因此基于堆场表层处理的复耕技术在堆放淤泥较深的堆场经常被使用。通过淤泥堆场原位固化处理技术,将淤泥堆场表层(80~120 cm) 淤泥进行固化处理,处理完成后再对表层的固化土进行土壤化改良,以满足植物种植的要求。

  上面阐述的淤泥固化、干化、土壤化等各种能把废弃淤泥变为资源重新进行使用的技术都属于淤泥的资源化利用范畴。此外,淤泥资源化利用技术还包括把淤泥制成砖瓦的热处理方法。热处理方法是通过加热、烧结将淤泥转化为建筑材料,按照原理的差异又可以分为烧结和熔融。烧结是通过加热800~1 200℃,使淤泥脱水、有机成分分解、粒子之间黏结,如果淤泥的含水率适宜,则可以用来制砖或水泥。熔融则是通过加热1 200~1 500℃使淤泥脱水、有机成分分解、无机矿物熔化,熔浆通过冷却处理可以制作成陶粒。热处理技术已经比较成熟,国外和国内的不少学者都进行过相关研究[16-17]。

  热处理技术的特点是产品的附加值高,但热处理技术能够处理的淤泥量非常有限,比如普通制砖厂1年大概能消耗淤泥5 万m3,不能满足目前我国疏浚淤泥动辄上百万立方米发生量的处理需求,从淤泥的大规模产业化处理前景来讲,固化、干化、土壤化的淤泥资源化利用技术是具有生命力的,若与堆场处理技术相结合则更能显示出效益。

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