淺談淤泥固化在河道清淤中的應(yīng)用

祁 凱 薛 亮 劉曉成

淺談淤泥固化在河道清淤中的應(yīng)用

祁 凱1薛 亮2劉曉成1

一、問題的提出

如何處理河道清淤產(chǎn)生的巨大方量淤泥是疏浚行業(yè)的重點(diǎn)問題。目前，江蘇省江陰市處置淤泥的疏浚方法主要采取就近棄土。疏浚淤泥拋填形成的土地非常軟弱，難以開發(fā)利用，在土地資源日益緊缺的江陰地區(qū)，造成大量土地資源的浪費(fèi)，也增加了地方政府土地征用費(fèi)的負(fù)擔(dān)。此外，疏浚淤泥多數(shù)是屬于有機(jī)物和重金屬污染，如果就近處理一般會導(dǎo)致周邊環(huán)境的再次污染。

發(fā)達(dá)國家處置疏浚淤泥的最優(yōu)方法是采用化學(xué)固化、排水固結(jié)等方法，將淤泥變成可再次利用的土木工程材料，這樣不僅可節(jié)約土地資源，也最大限度地減少環(huán)境污染，這對于河道清淤工作中淤泥處理有很大的借鑒作用。

二、淤泥固化的方法

河道清淤一般運(yùn)用機(jī)械開挖以及水力吹填方法施工，清淤之后，其工程特性比較差，一般表現(xiàn)為含水率高、強(qiáng)度不足、滲透性不足、排水時固結(jié)慢。導(dǎo)致工程特性差的原因是含水量過高。如果可以降低含水率，其壓縮性就會減少，并且能提升強(qiáng)度。所以優(yōu)化淤泥工程特性最有效的途徑就是減水處理。目前淤泥固化的方法主要有三種：

1.自然風(fēng)干脫水固結(jié)

所謂自然風(fēng)干就是將淤泥攤開，以蒸發(fā)的方法進(jìn)行滲漓、晾曬。

這種脫水辦法優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約資金。缺點(diǎn)是：（1）占用土地面積較大；（2）江陰潮濕多雨，使用這種方式需要的時間很長；（3）只是把孔隙水部分、全部脫出，并未完全去除其中的污染物質(zhì)。

2.高溫熔融燒結(jié)

燒結(jié)處理指的就是高溫處理，高溫可讓有機(jī)成分分散，之后讓疏浚淤泥進(jìn)行脫水，讓顆粒間粘結(jié)或是無機(jī)物發(fā)生熔解。冷卻后讓淤泥熔合成有一定強(qiáng)度的固體顆粒。淤泥通過燒結(jié)可制成建材，是一種非常有效、經(jīng)濟(jì)的資源化方法，可生產(chǎn)水泥、熔解微晶玻璃等。由于成本和商品的流通問題，還沒有得到廣泛應(yīng)用。

燒結(jié)處理的優(yōu)勢在于減污，即對有機(jī)污染物進(jìn)行熔解，同時提升無機(jī)污染物惰性。其不足之處在于運(yùn)輸比較麻煩。

3.化學(xué)固化技術(shù)

化學(xué)固化技術(shù)是向淤泥中添加一定比例與劑量的固化材料，之后通過混合、攪拌等，讓水與淤泥、固化材料間發(fā)生水化、水解的反應(yīng)，讓原來不具有強(qiáng)度的淤泥形成一定力學(xué)性能的固化土。

化學(xué)固化處理通過固化材料的吸水作用，可以有效減少淤泥含水率。同時包裹著淤泥顆粒的凝結(jié)硬化殼可以減少污染物的活動，以此達(dá)到減污作用。

三、因地制宜的處理方法及其原理

針對江陰河道清淤的工作特點(diǎn)，建議方法1與方法3相結(jié)合，先對淤泥進(jìn)行排水，再通過化學(xué)固化達(dá)到處理的目的。

經(jīng)觀測，一般堆場淤泥含水量在120%～185%左右，如直接進(jìn)行固化處理，勢必會增加投資且施工困難。故在固化施工前，應(yīng)先將淤泥的含水率降低后再進(jìn)行固化處理。

淤泥堆場設(shè)計(jì)時增加排水系統(tǒng)，將水引入沉淀池。經(jīng)過沉淀后，將不含泥沙的余水排出。

場內(nèi)施工時排水可在堆泥場中開挖一條主壟溝，同時設(shè)4個集水井，由主壟溝自流至集水井，再由泵站將集水井內(nèi)積水抽出排到蓄水池內(nèi)。壟溝的開設(shè)對淤泥逐步降水形成了一個自然的傾瀉處，同時也可將雨水泄入壟溝，保證了場地不積水。

在淤泥含水率降低到80%后，在淤泥中添加固化劑材料（按不同的淤泥及不同的設(shè)計(jì)要求配置），混合后制作成淤泥的固化土。淤泥中因?yàn)樘砑恿斯袒瘎?，與水發(fā)生水化反應(yīng)，淤泥中大多是直徑小于0.005mm的粒徑土顆粒，屬于一種多相散布體，和水結(jié)合后構(gòu)成膠體分散系，因此會表現(xiàn)出一種膠體的特點(diǎn)。

其和化學(xué)類固化劑水化生成氫氧化鈣中Ca離子進(jìn)行等量吸附交換，讓土顆粒表面吸附的Ca離子所形成擴(kuò)散層減薄，大量的小土顆粒形成比較大的團(tuán)粒，使得土體強(qiáng)度有所提升。

固化劑水化之后，所生成的凝膠離子表面積比原來的水要大一千倍，所以可以產(chǎn)生一定的表面能，具有強(qiáng)烈的吸附活性，讓這些顆?？梢赃M(jìn)一步結(jié)合形成固化土團(tuán)粒的結(jié)構(gòu)，同時還能封閉各個土團(tuán)間空隙并形成堅(jiān)硬聯(lián)結(jié)。

固化劑水化反應(yīng)開始處在堿性硫酸鈣及氫氧化鈣的飽和溶液當(dāng)中，伴隨水化反應(yīng)的不斷深入，溶液中析出大量Ca離子，當(dāng)數(shù)量大于離子交換需求時，Ca離子可以讓土礦物中的三氧化二鋁、二氧化硅大部分參與化學(xué)反應(yīng)，同時慢慢生成與水不融合的穩(wěn)定鋁酸鈣、硅酸鈣和鈣黃長石結(jié)晶水化物。

這些化合物在水中及空氣中慢慢硬化，同時增加了固化土強(qiáng)度，且因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)致密水分無法侵入，具有一定的水穩(wěn)性。固化后淤泥也可分解成可利用的土木工程原料。

四、結(jié)論與建議

疏浚淤泥的含水率比較高、強(qiáng)度比較低，而且有害污染物質(zhì)隨意丟棄后，不僅會占用土地，且對環(huán)境造成再次污染。疏浚淤泥固化處理可以把其變成可利用土木工程材料，節(jié)約土地資源、減少環(huán)境污染的同時，還可以緩解我國土木工程材料不斷減少的問題，是一項(xiàng)比較有發(fā)展前途的產(chǎn)業(yè)。

對于含水率高于100%的淤泥可預(yù)先采用降水和排水處理措施，以強(qiáng)化固化效果。

（1）固化劑和淤泥土之間的強(qiáng)制攪拌越充分，土塊被粉碎得越小，固化劑分布到土中越均勻，同時固化土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的離散性越小，其宏觀的總體強(qiáng)度也越高。復(fù)合型固化劑和淤泥經(jīng)過充分的混合攪拌后，利用淤泥和固化材料之間發(fā)生的一系列復(fù)雜物理化學(xué)變化，改良了淤泥高含水率、低強(qiáng)度的性質(zhì)。此種固化劑經(jīng)濟(jì)合理，應(yīng)得到推廣應(yīng)用。

（2）已固化土應(yīng)進(jìn)行平行檢測和抽樣檢測，采用靜力觸探原位測試、室內(nèi)無側(cè)限抗壓和剪切試驗(yàn)、現(xiàn)場靜力載荷試驗(yàn)等多種手段，對已固化土的土性及力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行綜合分析。

（3）淤泥固化技術(shù)已全面應(yīng)用于水利工程，對于處理市政污泥以及電力和工民建工程中的泥漿污染也行之有效。已完成固化的土可作為建筑材料，也可作為種植土壤

（作者單位：1.江蘇省江陰市重點(diǎn)水利工程建設(shè)管理處 214431 2.無錫市水利設(shè)計(jì)研究院有限公司 214023）