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疏浚淤泥资源化处置方法

  2 疏浚淤泥的资源化利用方法 要将疏浚淤泥作为材料来使用, 必须改良其高含水率、 低强度的性质。 目前针对疏浚淤泥的处理方法通常是采用传统的物理处理方法和热处理 方法,而在疏浚淤泥的改良方面最常用的是化学处理方法,通过研究出不 同的固化材料加入到疏浚淤泥中,改良其物理力学特性而成为较好工程用 土,最终经过这一些方法处理后的疏浚淤泥都能够达到资源再利用的目的。 其中物理处理方法(机械脱水技术)是热处理方法和部分化学处理方法的 前提。 2.1 机械脱水处理方法 由于疏浚泥的高含水率,为了使其转化为良好的工程材料,降低疏浚泥 含水率是最为直接的方法。通常情况下,自然晾晒是最简单的方法,国内 有许多内陆湖泊的疏浚工程就采用堆泥场自然干化的方法,如杭州西湖、 无锡五里湖的底泥疏浚工程。这种方法一般要设置堆场,占用大量的土地 或渔塘。淤泥干化要比较长的时间,且易受天气的影响,一般实施较为困 难。在国外,最常见的是机械脱水工厂,就是采用离心脱水机或压滤机 进行脱水的方法。脱水法尤其是对高含水率的疏浚淤泥比较有效。较早的 机械脱水工厂的工作上的能力一般较小, 难以适应大规模、 大疏浚工程的需要。 近几年通过技术开发,改进了技术设备,解决能力已有较大提高。但机械 脱水具有脱水工厂固定式的缺点、且一次性投资较高,另一方面是经过脱 水处理后的疏浚泥有时仍需进行二次处理才能满足工程的要求。 脱水设备主要是将泥浆里的颗粒表面毛细水和重力水分离开来。用于疏浚 工程泥浆脱水的脱水设备主要有以下四种:

  (3)螺杆式压滤机:如图 3 所示,泥浆和药剂混合后形成疏散絮体,将 其送入料斗后受到螺旋叶片的推送而向滤渣出口移动。由于螺杆外径越向 出口越大,所以它同带孔圆筒之间的间隙越来越小。这样,泥浆在逐渐增 大的压榨力下脱水,其中水分从筒体的滤网孔流出,而泥渣则从卸料口排 出。淤泥经脱水以后含水率在(0.6~0.8)wL 左右。日本、德国采用的螺 杆式压滤机每小时处理 20m3,转速 3~5r/min。

  浚淤泥资源化技术, 先经过机械脱水, 再进行化学处理, 形成表面硬壳层, 接着进行施工,就会缩短周期,节约土地资源,进而达到快速且大量的处 理疏浚淤泥的目的。

  1 疏浚淤泥直接处置 1.1 抛泥法 抛泥法分为海洋抛泥和陆地抛泥。海洋抛泥是将疏浚泥运送到指定的海 洋抛泥区内, 倾倒于海中, 这一方法曾被沿海港口常用。 如我国的黄骅港、 连云港、深圳港、天津新港等港口的建设和维护中产生的大量疏浚泥,大 多采用在近海岸设置抛泥区进行海洋抛泥。陆地抛泥就是将疏浚出来的河 湖底泥简单抛弃于沿河、沿湖的低洼地区(如鱼塘、荒地等区域),进行 永久堆放或临时堆放后复耕。内陆河湖产生的疏浚淤泥多采用此方法。这 种淤泥处理方法,占用了大量的土地资源,如无锡五里湖的水环境整治一 期工程中,疏浚泥量达 60 万 m3,设置了 3 个堆场进行堆放,共占用土地 达 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。堆场贮淤除占用大量土地外,也可能会导致二次污染的问题。 随着对海洋环境保护的重视以及近海倾倒区的饱和,同时随着《中华人民 共和国海洋环境保护法》(1999),《中华人民共和国固态废料对环境造成污染 防治法》(2004)和《中华人民共和国渔业法》(2004)的出台和对环境 的日益重视,使外海抛淤变得很艰难,从而使外海抛淤受到很大的限制。 由于我国土地资源紧张, 尤其是在平原地区 (如长三角地区, 珠三角地区) , 征地的成本很高,为此内陆河道征地贮淤在具体实施的过程中也存在大量 的问题。 1.2 吹(堆)填法

  (2)水中造粒机:如图 2 所示,泥浆和药剂混合后形成疏散絮体,在造 粒机和重力作用下,让其沿曲面滚动、碰撞、移位、产生剪切力,受到各 种不均匀的作用,迫使水分从疏散的絮体中分离出来,使絮凝物如滚雪球 一样,逐渐加大,成为密实体,形成年轮结构,从而完成泥水分离。淤泥 经脱水以后含水率在(0.7~0.8)wL 左右。日本、美国采用的水中造粒机 每小时处理 30m3,电耗在各类脱水机中最低,转速 1~2r/min。

  成轻型陶土砖等建筑材料。这一方法的优点是成品具有很强的附加价值, 但其解决能力、以及对疏浚泥的要求和固定式的处理工厂使其使用具有一 定的局限性。 2.3 化学处理方法 化学方法也称为固化处理法,最早用于有毒物质的处理,后来用于地基 处理方面。通常的做法是向疏浚泥中添加固化材料,进行搅拌混合,通过 固化材料与孔隙水发生水解和水化反应使得孔隙内的自由水变成固化土 的结合水,另一方面加强了土颗粒之间的粘聚力来提升疏浚泥的强度。 固化材料大致上可以分为传统的固化材料和新型的固化材料,其中传统的固化材 料以水泥为主,并辅助添加石灰、石膏等材料;新型的固化材料主要就是 复合型固化剂的研究和开发,采用两种或两种以上化学物质按特殊的比例配 合,形成一种新型土固化材料,改善土的物理力学性质。固化处理机械的 解决能力可从小型 20~30m3/h 到大型 1000m3/h,适合于各种规模尤其大 量的疏浚泥处理工程。处理工厂可设为为固定式也可采用船载、车载设 置成移动式,在施工上比较灵活方便。另一方面,固化处理能够准确的通过处理 土的使用目的调整固化材料的配方,一次处理可达到所要求的承载力等物 理力学性能。固化处理的效果在很大程度上受疏浚泥的性质、混合方法和 复合型固化材料的配比的影响,应根据每一工程疏浚泥的特点进行配方试 验。 目前有关疏浚淤泥的固化处理大多分布在在固化材料的选择和固化处理 后疏浚淤泥的强度、变形等力学特性的研究,尤其关注疏浚淤泥固化处理 后的早期强度,即采用一种强胶结材料,使固化处理后的疏浚淤泥可以一

  (1)沉降式离心机:如图 1 所示,在一个旋转的圆简形容器中,泥浆中 固体颗粒将受到比重力大很多倍离心力的作用,使得比液体密度大的固体 颗粒沿半径向旋转的四壁移动沉积,如四壁是开孔的或是可渗透的,液体 穿过沉积的固体颗粒和四壁而排出,进而达到固液分离的目的。淤泥经脱 水以后含水率在(1.0~1.2)wL 左右。日本采用的沉降式离心机每小时处 理 100m3,有的场合可以少用药剂或者不用药剂,转速 3000r/min 左右。

  吹 (堆) 填法是通过泥泵作用, 从吸泥管吸取淤泥和水的混合物 (泥浆) , 经过排泥管输送吹填陆域泥塘的一种施工方法。疏浚底泥作为填土材料使 用,在许多少地的沿海国家和地区已得到了应用。如日本、新加坡众多 海上人工岛和机场的建设中都大量使用了疏浚底泥进行吹填,再对地基进 行加固的办法填海造地。 在我国香港地区, 仅 1995 年就填海造地 6200hm2, 占香港总面积的 5.7%,其填海的材料除了使用山石填土外,也大量采用 疏浚泥作为填料。在深圳的填海工程中,也大量使用吹填淤泥作为造地材 料。 由于淤泥含水率很高,要想开发利用吹填法形成的土地,仍需要花一定的 代价对其进行地基加固处理。淤泥吹填以后,相当长的时间内形成的是泥 沼状的泥塘,实施工程人员和机械难以进入施工。经过较长时间后表面干化形 成硬壳层,能够直接进行插板并通过真空预压法或堆载预压进行排水。这些方 法施工造价不菲,且排水固结时间长。如在南油“314” 吹填造地中采用了 堆载预压的方法,按间距 1m 布设塑料排水板,共打插塑料排水板 34.6 万 根,上面堆载厚度 15m,需填砂垫层 3.7m,固结周期达 9 个月。疏浚泥 吹填造地的方法,存在着施工周期长以及处理成本昂贵的缺点。但是对于 沿海地区土地资源和土石料资源紧张的地区 (如温州、 香港和新加坡等地) , 将疏浚淤泥堆场处理和填海造陆有机的结合起来,不失为一种良好的方法, 而对于内陆地区,将吹填法和疏浚淤泥综合利用有机联合起来,能够更好的起到 减小征地和疏浚淤泥废物利用的双重效果。

  次胶结成型,并具有较高的强度,使固化处理后的疏浚淤泥作为建筑材料 使用,达到资源再利用的目的。 3 很多方法的优缺点 目前港口疏浚淤泥的主要处理方法:抛泥法、吹填法、机械脱水法、热 处理法和化学处理法五大类, 很多方法各有特色。 结合我国目前具体国情, 各方法适宜性总结如下: (1)抛泥法除占用大量土地和海洋资源外,也会引起环境的二次污染。 (2)疏浚泥吹填造地的方法,存在着施工周期长以及处理成本昂贵的缺 点 (3)采用的物理解决方法和热处理方式的处理量小,不适合大批量的疏 浚淤泥处理,资源再利用率低。 (4)如何有效地利用废弃的疏浚淤泥是工程界关心的一个重要的研究课 题,目前针对疏浚淤泥主要是固化方面的研究,在疏浚淤泥中添加水泥系 固化剂搅拌后用于筑堤,取得了废弃物的有效利用的良好效果。应该指出 的是,固化处理技术大多采用的是以水泥系为主固化剂,固化处理疏浚淤 泥的特点是主要关注固化后疏浚淤泥的强度尤其是早期强度等力学特性, 固化后的疏浚淤泥要求一次成型;同时针对疏浚淤泥固化处理还需要专用 的施工设备和搅拌技术,固化处理的效率还不是很高,在我国淤泥固化处 理还有待于加强完善施工设备、施工工艺和技术。 4 结语 目前,资源化利用的处理方法还不是很完善,固化处理的效率还不是很 高,而吹填法施工周期很长,如果能在吹填法的基础上,结合高效率的疏

  固化处理的效果在很大程度上受疏浚泥的性质混合方法和复合型固化材料的配比的影响应根据每一工程疏浚泥的特点进行配方试目前有关疏浚淤泥的固化处理大多分布在在固化材料的选择和固化处理后疏浚淤泥的强度变形等力学特性的研究尤其关注疏浚淤泥固化处理后的早期强度即采用一种强胶结材料使固化处理后的疏浚淤泥可以一次胶结成型并具有较高的强度使固化处理后的疏浚淤泥作为建筑材料使用达到资源再利用的目的

  (4)带式压滤机:如图 4 所示,利用滤布的张力和压力在滤布上对添加 过药剂的淤泥施加压力使其脱水。淤泥经脱水以后含水率在 1.0wL 左右。 瑞典采用的 2.6m 宽的带式压滤机每小时处理 60m3,日产泥饼 264t。

  图 4 带式压滤机的结构示意图 机械脱水效率高,简单方便,被广泛地应用在市政设施建设工程、工业废污水处理等 领域。但是它能耗高,淤泥处理量相对于充泥管袋技术和堆场空间排水技 术来说比较小,只有在淤泥量小的工程中有所应用。 2.2 热处理方法 热处理方法是在疏浚淤泥经过脱水后通过加热、烧结的方法将疏浚泥转 化为建筑材料的方法。其原理可大致分为烧结和熔融两种。烧结是通过加热 800~12000℃,使疏浚泥脱水、有机成分分解、粒子之间粘结。如果疏浚 泥的含水率适宜,则可拿来制砖,也可作为水泥制造的原材料使用。熔 融是通过加热 1200-1500℃使疏浚泥脱水、有机成分分解、无机矿物熔化 的方法。熔浆通过冷却处理能制作成陶粒,可拿来代替砂、砾石或制