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水庫清淤的淤泥可以堆放在淹沒區嗎

淤泥是否汙染及含有的汙染物種類不同,其相應的處理方法也不盡相同,某些水利工程中產生的淤泥基本上沒有汙染物或汙染物低於相關標準,例如南水北調東線工程淮安白馬湖段疏浚淤泥無重金屬汙染,同時氮磷等營養鹽的含量也低,對於此類無汙染或輕汙染的淤泥可以進行資源化處理,這類淤泥主要產生於工業比較落後的農村地區。而對汙染物超過相關標準的淤泥,則在處理時首先應考慮降低汙染水平到相關標準之下,例如對重金屬汙染超標的淤泥可以采取鈍化穩定化技術。淤泥處理技術的選擇也要考慮到處理後的用途,比如對氮、磷營養鹽含量高的淤泥,當處理後的淤泥擬用作路堤或普通填土而離水源地較遠,氮、磷無法再次進入到水源地造成汙染時,壹般不再考慮氮磷的汙染問題。

a.堆場處理與就地處理: 堆場處理法是指將淤泥清淤出來後,輸送到指定的淤泥堆場進行處理,我國河道清淤大多采用絞吸式挖泥船,造成淤泥中水與泥的體積比在5 倍以上,而淤泥本身黏粒含量很高,透水性差,固結過程緩慢,因此,如何實現泥水快速分離,縮短淤泥沈降固結時間,從而加快堆場的周轉使用或快速復耕,是堆場處理法中關鍵性問題。就地處理法則不將底泥疏浚出來,而是直接在水下對底泥進行覆蓋處理或者是排幹上覆水體然後進行脫水、固化或物理淋洗處理,但也應根據實際情況選用處理方法,如對於淺水或水體流速較大的水域,不宜采用原位覆蓋處理,對於大面積深水水域則不宜采用排幹就地處理。

b.資源化利用與常規處置: 淤泥從本質上來講屬於工程廢棄物,按照固體廢棄物處理的減量化、無害化、資源化原則,應盡可能對淤泥考慮資源化利用。廣義上講,只要是能將廢棄淤泥重新進行利用的方法都屬於資源化利用,例如利用淤泥制磚瓦、陶粒以及固化、幹化、土壤化等方法都屬於淤泥再生資源化技術。而農村地帶可將沒有重金屬汙染但氮、磷含量比較豐富的淤泥進行還田,成為農田中的土壤。或者將這種淤泥在窪地堆放後作為農用土地進行利用。當然在堆場堆放以後如果能夠自然幹化,滿足人及輕型設備在表面作業所要求的承載力的話,作為公園、綠地甚至市政、建築用地都是可以的。利用淤泥的資源化利用技術是國際上很多發達國家常采用的處理方法,如在日本,整個土建行業的廢棄物利用率已經從1995 年的58% 提高到2000 年的80%,淤泥等廢棄土的利用率也達到了60%[8]。

當淤泥中含有某些特殊汙染物如重金屬或某些高分子難降解有機汙染物而無法去除,進行資源化利用會造成二次汙染。這時就需要對其進行壹步到位的處置,即采用措施降低其生物毒性後進行安全填埋,並需相應做好填埋場的防滲設置。

2 汙染淤泥的鈍化處理技術

工業發達地區的河道淤泥中重金屬汙染物往往超標,通常意義上的汙染淤泥多指淤泥中的重金屬汙染,例如上海蘇州河的淤泥中重金屬比當地背景值高出2 倍以上[10],對此類重金屬超標的淤泥,可以采用鈍化處理技術。鈍化處理是根據淤泥中的重金屬在不同的環境中具有不同的活性狀態,添加相應的化學材料使淤泥中不穩定態的重金屬轉化為穩定態的重金屬而減小重金屬的活性,達到降低汙染的目的。同時添加的化學材料和淤泥發生化學反應會產生壹些具有對重金屬物理包裹的物質,可以降低重金屬的浸出性,從而進壹步降低重金屬的釋放和危害[11-12]。鈍化後重金屬的浸出量小於相關標準要求之後,這種淤泥可以在低窪地處置,也可作為填土材料進行利用。

3 堆場淤泥處置技術

清淤工程中通常設置淤泥堆場,堆場處理技術就是從初始的吹填階段開始,采用系列的處理措施快速促沈、快速固結,並結合表層處理技術,將淤泥堆場周轉使用或者達到淤泥堆場的快速復耕。

堆場周轉技術目的是減小堆場數量和占地,堆場表層處理技術是為後續施工提供操作平臺,而堆場的快速復耕技術則是通過系列技術的結合達到使淤泥堆場快速還原為耕地。

a.堆場周轉使用技術。堆場周轉使用技術是指通過技術措施將堆場中的淤泥快速處理,清空以後重新吹淤使用,如此反復達到堆場循環利用的目的。堆場周轉技術改變了以前的大堆場、大容量的設計方法,而提出采用小堆場、高效周轉的理念,特別適合於土地資源緊缺的東部地區。堆場周轉技術的設計主要考慮需要處理的淤泥總量、堆場的容量、周轉周期和周轉次數等,該技術通常可以和固化或者幹化技術相結合,就地采用固化淤泥或幹化淤泥作為堆場圍堰,同時也可以對堆場內的淤泥進行快速資源化利用。

b.堆場表層處理技術。清淤泥漿的初始含水率壹般在80% 以上,而淤泥的顆粒極細小,黏粒含量都在20%以上,這使得泥漿在堆場中沈積速度非常緩慢,固結時間很長。吹淤後的淤泥堆場在落淤後的兩三年時間內只能在表面形成20 cm左右厚的天然硬殼層,而下部仍然為流態的淤泥,含水率仍在1. 5 倍液限以上,進行普通的地基處理難度很大[13]。堆場表層處理技術則是利用淤泥堆場原位固化處理技術(圖4),人為地在淤泥堆場表面快速形成壹層人工硬殼層,人工硬殼層具有壹定的強度和剛度,滿足小型機械的施工要求,可以進行排水板鋪設和堆載施工,從而方便對堆場進壹步的處理。人工硬殼層的設計是表層處理技術的關鍵,主要考慮後續施工的要求,結合下部淤泥的性質,通過試驗和模擬確定硬殼層的強度參數和設計厚度,人工硬殼層技術又往往和淤泥固化技術相結合形成固化淤泥人工硬殼層,也可以利用聚苯乙烯泡沫塑料(EPS) 顆粒形成輕質人工硬殼層則效果更佳。

c.堆場快速復耕技術。堆場快速復耕技術主要包括泥水快速分離技術、人工硬殼層技術和透氣真空快速固結技術。

泥水快速分離技術是指首先在吹淤過程中添加改良黏土顆粒膠體離子特性的促沈材料,促使固體土顆粒和水快速分離並增加沈降淤泥的密度,另壹方面則是在堆場中設置具有截留和吸附作用的排水膜進壹步提高疏浚泥沈降速度,同時可利用隔埂增加流程和改變流態,從而達到疏浚泥漿的快速密實沈積的效果[14]。透氣真空快速固結技術則是通過人工硬殼層施工平臺,在淤泥堆場中插設排水板或設置砂井,然後在硬殼層上面鋪設砂墊層,砂墊層和排水板搭接,其上覆蓋不透水的密封膜與大氣隔絕,通過埋設於砂墊層中帶有濾水管的分布管道,用射流泵進行抽氣抽水,孔隙水排出的過程使有效應力增大,從而提高了堆場淤泥的強度,達到快速固結的目的。透氣真空固結技術和常規的堆載預壓技術結合在壹起進行可以達到更理想的效果[15]。

對於部分淤泥堆場來說,由於堆存的淤泥深度較深,若將整個淤泥堆場的淤泥處理完成來滿足復耕的目的,投資較大,同時對於堆場復耕來說,對承載力要求相對較低,因此基於堆場表層處理的復耕技術在堆放淤泥較深的堆場經常被使用。通過淤泥堆場原位固化處理技術,將淤泥堆場表層(80~120 cm) 淤泥進行固化處理,處理完成後再對表層的固化土進行土壤化改良,以滿足植物種植的要求。

4 淤泥資源化利用技術

上面闡述的淤泥固化、幹化、土壤化等各種能把廢棄淤泥變為資源重新進行使用的技術都屬於淤泥的資源化利用範疇。此外,淤泥資源化利用技術還包括把淤泥制成磚瓦的熱處理方法。熱處理方法是通過加熱、燒結將淤泥轉化為建築材料,按照原理的差異又可以分為燒結和熔融。燒結是通過加熱800~1 200℃,使淤泥脫水、有機成分分解、粒子之間黏結,如果淤泥的含水率適宜,則可以用來制磚或水泥。熔融則是通過加熱1 200~1 500℃使淤泥脫水、有機成分分解、無機礦物熔化,熔漿通過冷卻處理可以制作成陶粒。熱處理技術已經比較成熟,國外和國內的不少學者都進行過相關研究[16-17]。

熱處理技術的特點是產品的附加值高,但熱處理技術能夠處理的淤泥量非常有限,比如普通制磚廠1年大概能消耗淤泥5 萬m3,不能滿足目前我國疏浚淤泥動輒上百萬立方米發生量的處理需求,從淤泥的大規模產業化處理前景來講,固化、幹化、土壤化的淤泥資源化利用技術是具有生命力的,若與堆場處理技術相結合則更能顯示出效益。

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