陈 萍，张振营，李小山，崔 (浙江理工大学建工学院，浙江杭州 310018)
摘 要：阐述了淤泥的工程特性，指出资源化处理的可行途径，并着重介绍了目前国内外常用的3类处理 技术(即物理脱水固结、高温烧结和化学固化)及其各自存在的优缺点。提出淤泥的资源化技术应根据淤泥组份、污染程度、待处理淤泥量、处理后的应用目的、污控标准等，并结合当地的经济条件，因地制宜，采取经济有效的、合理的固化处理技术。废弃淤泥资源化的处置和利用既可节约资源，又可保护环境，将成为一个符合我国可持续发展战略的新兴产业。 关键词：废弃淤泥；资源化；固化技术；工程应用
中图分类号:X 703 文献标识码:A 文章编号:10082701X (2006)0620001203
Solidification technology of dredged sediment for reuse as civil engineering m aterials
CHE N Ping ,ZH ANG Zhen 2ying ,LI X iao 2shan C UI Y ang
(Department of Civil Engineering ,Zhejiang Sci 2tech University ,Hangzhou 310018,China )
2bkey
Abstract :This paper presents the engineering properties of dredged sediment and points out the s ocial need for reuse of dredged sediment and its feasibility.Then ,this paper presents three major s olidification methods (i 1e 1de 2watering ,sintering and chemical s olidification )and their advantages and shortcomings.Thereafter ,this paper suggests that the applicability of the above treatment methods depends on components and quantity of dredged sediment ,engineering application ,degree of contamination ,requirement for decontamination ,local s ocial need and economic condition and s o on.Different treatment methods can be adopted in a specific region according to their applicability respectively.The s olidification of dredged sediment and its engineering application will become a promising industry in the current s ociety calling for a sustainable development.K ey words :dredged sediment ;reuse ;s olidification technology ;applications
收稿日期:2006207208
基金项目：浙江省自然科学基金项目(Y 104625)
作者简介：陈 萍(1972-)，女，硕士研究生，讲师，主要从事教育工作。
1 问题的提出
为了改善河道湖泊的水质问题、保证河道正常的泄洪能力和内陆航道的畅通，一些河道和湖泊开展了大规模的疏浚和清淤工程。如西湖大规模的底泥疏浚工程，预计一期疏浚量100万m 3，二期160万m 3。苏南运河苏州段整治工程历时515a ，疏浚土方总量928万m 3 。另外，我国的海岸线绵延2200多km ，随着沿海经济和海上运输的快速发展，港口、航道、海洋和海岸工程的建设及维护迅速增长，也将产生大量的疏浚淤泥。
目前国内处置疏浚淤泥的主要方法是就近弃土，即征用一块土地来堆放淤泥或将航道土方挖出抛在暂时不通航的河道或低洼地区。疏浚淤泥抛填形成的土地非常软弱，难以开发利用，因此造成大量土地资源的浪费。另一方面，疏浚淤泥大多含有重金属、有机质等污染物，就近抛填必
然会对周围环境造成二次污染。无锡西五里湖一期疏浚工程共产生60万m 3淤泥，设置3个堆场进行处理，占用农田33133hm 2(500亩)，并涉及拆迁和农业、渔业赔偿等问题，给工程带来了很大的难度。西湖底泥疏浚工程中，由于西湖四周无空地可堆放淤泥，淤泥进入到一期堆泥场需输送311km ，爬高23m ，一、二期工程总投资310亿元，占地100hm 2(1500亩)，耗费巨大，而且给环保造成了巨大的压力[1]。而海洋疏浚泥一般废弃在海洋主管部门划定的近海倾倒区内，这种倾倒行为必然严重影响海洋资源的有效利用并对海洋环境造成不可弥补的破坏。2001年由于香港九号货柜码头施工淤泥的废弃问题，引起了绿和平组织和当地渔民的抗议。疏浚泥的废弃对环境的影响越来越引起各方面的重视，是我国大江大河治理和海洋工程发展的制约性因素。
目前国外发达国家处置疏浚淤泥的先进做法是将淤泥适当处理(如排水固结、化学固化等)，将其变成可利用的土木工程材料，这样不仅可以节约土地资源，减少环境污染，而且可以缓解我国土木工程材料日益短缺的问题，这对社会可持续发展具有重大的意义。
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1・第6期 总第148期
2006年11月浙江水利科技Zhejiang Hydrotechnics N o.6 T otal N o.148
N ovember 2006
2 疏浚淤泥的工程特性及固化处理途径
淤泥的疏浚绝大多数采用机械开挖和水力吹填方法施工，所形成的疏浚泥的工程特性很差，主要表现为黏粒含量高、含水率高，压缩性大，强度低，渗透性能差，排水固结缓慢。造成疏浚泥工程特性差的根本原因是含水率高。若能将疏浚泥中含水率降低，其压缩性将明显降低，同时强度将显著提高。因此，改善疏浚泥工程特性最有效的途径是“减水处理”。
电解离子接地棒
黏土孔隙中通常含有2种类型的水，即吸附水和自由水。吸附水又分为强吸附水和弱吸附水。强吸附水
(abs orbed water )是由于黏粒表面的氧原子或氢氧根离子与
水分子的氢原子通过氢键的作用结合在一起。强吸附水的厚度较薄，只有几个水分子的厚度(相当于10埃)，由于氢键的作用力较强，需大约1000MPa 的力才能将其脱离[1]。弱吸附水又叫双电层水(double 2layer water )，它是由于黏土颗粒(即黏粒)表面往往带有负电荷，会吸附带极性的水分子和水合阳离子，以致在黏粒表面形成一定厚度的水层。双电层水的厚度及数量主要取决于黏土颗粒表面的电荷密度和比表面积。自由水是指土体孔隙中不受黏粒表面静电引力束缚的那部分水。与自由水相比，吸附水的黏滞性较大，能动性较小，因此比较难以脱出(在100～
150℃下才能脱出)。由于黏土颗粒大多呈薄片状，其比表
面积很大，所以双电层水在淤泥中占有相当的比例。因此，疏浚泥“减水处理”的难点在于吸附水的处理。
除了上述工程特性以外，疏浚淤泥往往存在一定的污染性，这是由于疏浚泥中含有各种重金属(如铅、镉、汞、锌等)和有机污染物(如戴奥辛、多氯化联苯、病原微生物等)。这些污染物往往吸附在细小的黏粒表面，分离和清除非常困难。因此，在疏浚泥资源化处理时还应考虑如何防止二次污染问题。
3 淤泥的资源化处理技术
如上所述，疏浚淤泥固化处理的最有效途径是“减水处理”。根据目前国内外的报道，淤泥固化处理技术主要包括三类：物理脱水固结、高温熔解黏结和化学固化。
311 物理脱水固结
脱水固结是指采用自然风干、离心分离或外力挤压等方法将淤泥孔隙中自由水和吸附水部分或全部脱离出来，使黏土颗粒黏结成密实状态。脱水固结处理方法包括自然风干脱水、机械脱水、堆载预压排水固结等。
自然风干脱水就是将淤泥摊铺开，通过蒸发、渗漓、自然晾晒和溢流等方式实现脱水。如苏南运河苏州段清淤工程中，征用了5133hm 2
(80亩)土地，淤泥经过自然脱水处理后给苏州工业园区作为基建的回填土，取得了较好的社会效益与经济效益。自然脱水需要征用晾晒场所，脱水速度较慢，且容易影响周围环境卫生，不适合大批量淤泥的处理[2]。
机械脱水方法主要有2种：即离心分离法和机械压滤法。显而易见，机械脱水处理需要大量的动力能源，因此其处理费用比较高；另外，由于淤泥的渗透性能差，排水固结慢，所以机械脱水法的处理效率比较低(10～20m 3/h )。所以，机械脱水法比较适合于小批量淤泥的处理或用于淤泥的减量化处理。经机械脱水可使高含水率淤泥体积减少
磁悬浮支架图片50%以上，这样大大节约了淤泥的外运费用。例如，目前
上海淤泥的外运价格为45～60元/m 3，若采用机械脱水减量化处理之后，可节省10～20元/m 3。一般来说，机械脱水法难以对付淤泥中的吸附水,Y amsaki 等人建议在机械脱水之前对淤泥进行预处理，如加入能使吸附水层变薄的化学试剂(例如多铝氯化物)，同时化学试剂使得黏粒发生团聚化作用，这样可显著提高脱水效率[3]。在相同的处理流量下，离心机械体积通常明显小于压滤机械，便于实现设备的可移动化，因此它比较适合分散的淤泥的处理。例如，何品晶等建议采用离心脱水法处理上海市部分建筑泥浆、河道淤泥和码头的通沟淤泥等[4]。
堆载预压排水固结法是岩土工程界常用的一种软土地基处理方法。该方法的工作原理是首先向拟填筑场地吹填泥水混合物，泥粒在自重作用下沉积形成软弱的淤泥地基。然后，在淤泥地基中设置砂井、塑料排水板等竖向排水体，并在顶面设置水平砂垫层。最后，对场地进行填土堆载预压，使淤泥中的孔隙水通过人为设置的竖向排水体排出，淤泥地基逐渐发生固结沉降，同时强度逐步提高，地基承载力最后达到设计要求。竖向排水体的设置间距一般为1m 左右，这使得排水路径从整个淤泥层厚度(例如10m )减少为015m ，因此可显著提高淤泥地基的排水固结效率。一般来说,1层10m 厚的吹填淤泥地基堆载预压015～1a 后就可满足一般道路路基承载力要求。若采用真空预压法或低位真空预压法[526]，其预压时间还可以减少。堆载预压排水固结法适合于大面积吹填淤泥场地的处理，往往结合围垦造地工程使用，具有重大的经济效益和环境效益，例如深圳南油“314”吹填淤泥造地工程[7]。
这里应指出的是，上述3种物理脱水固结技术只是将孔隙水部分或全部脱出，并没有除去其中污染物质，也就是说处理后仍具有污染性。因此，对于有高污染性的疏浚淤泥，采用物理脱水固结后，仍应考虑采取措施防止二次污染。
312 高温熔融烧结
烧结处理是通过高温处理，使疏浚淤泥脱水，有机成分分解，颗粒之间黏结，或无机物发生熔解，然后再通过冷却，使得淤泥熔合成具有相当强度的固体颗粒[8]。烧结处理的一个重要优点是“减污作用”———熔解有机污染物，提高无机污染物的惰性。
淤泥通过烧结可以制成建材，也是一种经济有效的资源化方法。主要的用途有：制轻质陶粒，熔融微晶玻璃，生产水泥，制砖等。
轻质陶粒一般可做路基材料，混凝土骨料或花卉的覆盖料，但由于成本和商品流通上的问题，还没有得到广泛
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2・ 总第148期・浙江水利科技・2006年第6期
应用。日本研制成功的淤泥结晶玻璃，是建筑物优良的装饰材料。微晶玻璃类似于人造大理石，外观、强度、耐热性都比较优良。利用淤泥生产的“生态水泥”成本仅为普通水泥的1/3，但因原料不同而其化学成分、性能等有所不同，生态水泥含氯盐较高，会使钢筋锈蚀，主要用作地基的增强固化材料和素混凝土。
用淤泥为主要原料制成的砖块透气性好，重量轻，如将其用于铺设人行道，雨水能够比较容易渗过砖块直接进入地下，从而可防止因下水道排水不畅而造成积水。苏南运河苏州段疏浚工程就向当地的窑厂提供淤泥60多万m3，用于生产砖瓦[2]。据了解，近年来浙江省出台了利用河道淤泥制砖的扶持政策，鼓励砖瓦企业利用淤泥制砖造瓦，一些砖瓦企业纷纷投资参与河道疏浚并利用淤泥制砖造瓦，有效加快了河道疏浚，一举多赢。
淤泥通过高温熔融烧结进行固化转化为土木工程材料，其产品的附加值较高，是将淤泥资源化的重要途径，也是行之有效的办法，已引起国内外的高度重视。
313 化学固化技术
化学固化技术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备一定力学性能的固化土。
化学固化技术的原理是：固化材料通过一系列的吸水、水解、水化反应，在淤泥颗粒表面产生胶凝物质(水化硅酸钙、水化铝酸钙等)，形成不可逆转的凝结硬化壳，使淤泥颗粒具备一定的水稳定性和强度稳定性。另外，具有胶凝性质的水化产物在淤泥颗粒之间形成了网状结构，即构成了淤泥的骨架，结晶类的水化产物则填充网状结构的孔隙，使得淤泥内部变得致密，待硬化后淤泥便具备了一定的结构强度。显然，化学固化处理通过固化材料的吸水作用可有效降低淤泥的含水率，另外，包裹着淤泥颗粒的凝结硬化壳可有效降低其中污染物质的活性，从而起到一定的“减污”作用。
化学固化处理后的淤泥具有强度可控、施工简便迅速等优点，适合大批量淤泥的固化处理。用固化技术处理废弃淤泥使其变为再生资源在国外已得到广泛的应用，技术已比较成熟。这一方法已在日本、荷兰、新加坡有较为广泛的使用。正在建设的名古屋机场的填海工程就大量采用了固化处理后的名古屋港淤泥。日本东京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，国内一些研究机构也正在引进这一固化技术对国内疏浚泥的处置问题进行研究和应用[9-10]。
目前固化材料中，水泥、石灰、石膏、粉煤灰等为主要组成材料。由于淤泥的孔隙比大，含水率高，所需添加的固化材料的量比较大。哈尔滨市的马家沟河的河底淤泥的固化中，固化材料用量占淤泥量的30%～40%[11]，再加上搅拌、运输等费用，固化土的处理费用比较高。
淤泥化学固化技术的关键问题是合理、经济有效的固化剂配方，由于淤泥成分的复杂性和多样性，固化处理效果在很大程度上受到淤泥性质、固化材料的特性以及添加量的影响，因此固化剂的配方及适应性应根据淤泥的特点进行必要的试验研究。
4 结论及建议
(1)疏浚淤泥含水率高，强度低，且含有害的污染物质，随意抛弃不仅占用土地，而且对环境造成二次污染。疏浚淤泥的固化处理，可将其变成可利用的土木工程材料，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。
(2)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。这3类方法的经济性与诸多因素有关，如处理数量、处理后的应用目的、污染控制标准等。
(3)疏浚淤泥固化处理技术的选用原则是，根据淤泥组分、污染程度、待处理淤泥量、处理后的应用目的、污控标准等，并结合当地的经济条件，因地制宜，采取经济有效的、合理的固化处理技术。
参考文献:
[1]俞亚南，丁水根，吴芝瑛.杭州西湖疏浚底泥水理力学特性研
究[C]//包承纲，敏.第一届全国环境岩土工程与土工材料技术研讨会论文集.杭州：浙江大学出版社,2002,253-
256.
[2]陈 华.苏州河段疏浚工程土方的综合利用[C]//陆维让.
苏州运河整治工程论文集.北京：人民交通出版社,1998,365 -367.
[3]Y amasaki,S1,Y asui,H.and Fukue,M.Development of s olidification
technique for dredged sediments.Dredging,Remediation and
C ontainment of C ontaminated Sediments[C].AST M STP1295,1995:
136-142.
[4]何晶晶，邵立明，顾国维，等.市政淤泥脱水固化技术研究
[J].中国市政工程,2000,(3):48-51.
[5]胡利文，王永平.南沙港区真空预压处理水力吹填堆场地基施
工技术[J].公路交通科技,2005,22(4):44-48.钢水包
除冰车[6]秦玉生，李智毅，曹大正，等.低位真空预压法加固软土地基
技术研究[J].现代地质,1999,13(4):471-476.
[7]杨顺安，刘志欣，韦宏鹄，等.深圳南油“314”造地吹填淤
泥加固改良浅析[J].中国地质灾害与防治学报,1998,9
(4):8-12.立体交叉桥
[8]赵庆祥.污泥资源化技术[M].北京：化学工业出版社,
2002.
[9]姬风玲，朱 伟，张春雷.疏浚淤泥的土工材料处理技术的试
验与探讨[J].岩土力学,2004,25(12):1999-2001.
[10]丁新龙，许海彬，冯士明.滩海道路建设新材料新技术的开
发应用[J].油气田地面工程,2000,19(6):64-71.
[11]李玉华，吕炳南，张景成，等.河底淤泥固化处理及相关试
验[J].哈尔滨建筑大学学报,1999,32(6):66-69.
(责任编辑 韩继静)
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