1   前言

在我國，一般來說疏浚淤泥含水率高達(dá)80%以上，多為液限的1.2～2.0倍，粘土顆粒含量多在40%以上。由于疏浚施工的擾動(dòng)，淤泥的強(qiáng)度非常低，靜力觸探值小于200kPa，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度在50kPa以下，通常難以被工程直接利用，而往往作廢棄處理，造成了資源的浪費(fèi)。將廢棄的疏浚淤泥經(jīng)過處理后代替良好的砂土等土工材料使用，不但減少了廢棄淤泥對(duì)環(huán)境的影響，而且產(chǎn)生了新的土工材料資源，這種經(jīng)無害化處理后的廢棄物在建設(shè)過程中重新利用是當(dāng)今環(huán)境巖土工程研究的熱點(diǎn)問題之一。“資源循環(huán)型社會(huì)”在發(fā)達(dá)國家己經(jīng)不是一個(gè)概念，而循環(huán)利用率指標(biāo)成為了一個(gè)政府重要的工作指標(biāo)之一。如在日本，整個(gè)土建行業(yè)的廢棄物利用率已經(jīng)從1995年的58%提高到2000年的80%，淤泥等建筑廢棄土的利用率也達(dá)到了60%。而我國疏浚淤泥的綜合利用剛起步，目前主要采用外海拋淤或者內(nèi)陸征地貯淤的方法。隨著我國相關(guān)法律的完善和土地資源的緊缺，以及我國建設(shè)循環(huán)型社會(huì)目標(biāo)的提出，如何將港航工程疏浚淤泥資源化綜合利用，變廢為寶，具有良好的產(chǎn)業(yè)化背景和今后研究的方向。

2   港航工程疏浚淤泥資源化利用的必要性和重要性

淤泥是在靜水和緩慢的流水環(huán)境中沉積，天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1.5，由有機(jī)殘片、無機(jī)顆粒、細(xì)菌菌體和膠體等組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體。由于含有各種病原菌、有機(jī)殘骸以及重金屬等污染物質(zhì)，淤泥具有較強(qiáng)的污染性。首先，疏浚淤泥如果處理不當(dāng)，其中的污染物大部分將滲入地表土層，會(huì)在雨水的沖刷下進(jìn)入地表水系統(tǒng)或影響地下水；置于農(nóng)田的淤泥會(huì)造成土壤作物的重金屬等污染，可能直接威脅人類的食物鏈；而淤泥的惡臭更是污染環(huán)境。第二，目前絕大部分港航疏浚淤泥經(jīng)常廢棄于陸地拋填區(qū)或低洼地區(qū)，該方法

占用大量的土地，同時(shí)由于疏浚淤泥透水性差致使占用的土地很難在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行重復(fù)利用，從而在占用土地的同時(shí)增大了工程造價(jià)。第三，目前在大多數(shù)工程建設(shè)中，例如公路建設(shè)、河堤的培土加固、各種房屋建筑填方工程、海洋工程中都需要大量的良質(zhì)填土材料，這些填土材料一般通過開挖耕地、河床采砂、開山采石（土）等方法才能保證。通過這些方式能夠得到的土方資源有限，而且已經(jīng)造成了一定的環(huán)境問題，例如引起了河床沖刷、水土流失、農(nóng)田減少等問題。在沿海地區(qū)建設(shè)是填土材料需求量最大的地區(qū)，然而由于天然資源的減少，已經(jīng)不能滿足各種工程對(duì)填土材料的需求，同時(shí)經(jīng)過這些方式得到的填土材料有的需要長途運(yùn)輸，成本較高。因此，港航工程疏浚淤泥必須得到安全、及時(shí)、科學(xué)有效的處理和處置。

3   疏浚淤泥直接處理辦法

3.1拋泥法

拋泥法分為海洋拋泥和陸地拋泥。海洋拋泥是將疏浚泥運(yùn)送到指定的海洋拋泥區(qū)內(nèi)，傾倒于海中，這一方法曾被沿海港口常用。如我國的黃驊港、連云港、深圳港、天津新港等港口的建設(shè)和維護(hù)中產(chǎn)生的大量疏浚泥，大多采用在近海岸設(shè)置拋泥區(qū)進(jìn)行海洋拋泥。陸地拋泥就是將疏浚出來的河湖底泥簡單拋棄于沿河、沿湖的低洼地區(qū)（如魚塘、荒地等區(qū)域），進(jìn)行永久堆放或臨時(shí)堆放后復(fù)耕。內(nèi)陸河湖產(chǎn)生的疏浚淤泥多采用此方法。這種淤泥處理方法，占用了大量的土地資源，如無錫五里湖的水環(huán)境整治一期工程中，疏浚泥量達(dá)60萬m³，設(shè)置了3個(gè)堆場進(jìn)行堆放，共占用土地達(dá)500畝，并涉及拆遷和農(nóng)業(yè)、漁業(yè)賠償?shù)葐栴}，給工程帶來了很大的難度。堆場貯淤除占用大量土地外，也可能引起二次污染的問題。

隨著對(duì)海洋環(huán)境保護(hù)的重視以及近海傾倒區(qū)的飽和，同時(shí)隨著《中華人民共和國海洋環(huán)境保護(hù)法》（1999），《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》（2004）和《中華人民共和國漁業(yè)法》（2004）的出臺(tái)和對(duì)環(huán)境的日益重視，使外海拋淤變得很艱難，從而使外海拋淤受到很大的限制。由于我國土地資源緊張，尤其是在平原地區(qū)（如長三角地區(qū)，珠三角地區(qū)），征地的成本很高，為此內(nèi)陸河道征地貯淤在具體實(shí)施的過程中也存在大量的問題。

3.2吹（堆）填法

吹（堆）填法是通過泥泵作用，從吸泥管吸取淤泥和水的混合物（泥漿），經(jīng)過排泥管輸送吹填陸域泥塘的一種施工方法。疏浚底泥作為填土材料使用，在許多少地的沿海國家和地區(qū)已經(jīng)得到了應(yīng)用。如日本、新加坡眾多海上人工島和機(jī)場的建設(shè)中都大量使用了疏浚底泥進(jìn)行吹填，再對(duì)地基進(jìn)行加固的辦法填海造地。在我國香港地區(qū)，僅1995年就填海造地6200hm²，占香港總面積的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為填料。在深圳的填海工程中，也大量使用吹填淤泥作為造地材料。

由于淤泥含水率很高，要想開發(fā)利用吹填法形成的土地，仍需要花一定的代價(jià)對(duì)其進(jìn)行地基加固處理。淤泥吹填以后，相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)形成的是泥沼狀的泥塘，施工人員和機(jī)械難以進(jìn)入施工。經(jīng)過較長時(shí)間后表面干化形成硬殼層，可以進(jìn)行插板并通過真空預(yù)壓法或堆載預(yù)壓進(jìn)行排水。這些方法施工造價(jià)不菲，且排水固結(jié)時(shí)間長。如在南油“314” 吹填造地中采用了堆載預(yù)壓的方法，按間距1m布設(shè)塑料排水板，共打插塑料排水板34.6萬根，上面堆載厚度15m，需填砂墊層3.7m，固結(jié)周期達(dá)9個(gè)月。疏浚泥吹填造地的方法，存在著施工周期長以及處理成本昂貴的缺點(diǎn)。但是對(duì)于沿海地區(qū)土地資源和土石料資源緊張的地區(qū)（如溫州、香港和新加坡等地），將疏浚淤泥堆場處理和填海造陸有機(jī)的結(jié)合起來，不失為一種良好的方法，而對(duì)于內(nèi)陸地區(qū)，將吹填法和疏浚淤泥綜合利用有機(jī)聯(lián)合起來，可以起到減小征地和疏浚淤泥廢物利用的雙重效果。

4   疏浚淤泥的資源化利用方法

要將疏浚淤泥作為材料進(jìn)行使用，必須改良其高含水率、低強(qiáng)度的性質(zhì)。目前針對(duì)疏浚淤泥的處理方法通常是采用傳統(tǒng)的物理處理方法和熱處理方法，而在疏浚淤泥的改良方面最常用的是化學(xué)處理方法，通過研究出不同的固化材料加入到疏浚淤泥中，改良其物理力學(xué)特性而成為較好工程用土，最終經(jīng)過這些方法處理后的疏浚淤泥都可以達(dá)到資源再利用的目的。其中物理處理方法（機(jī)械脫水

技術(shù)）是熱處理方法和部分化學(xué)處理方法的前提。

4.1物理處理方法

由于疏浚泥的高含水率，為了使其轉(zhuǎn)化為良好的工程材料，降低疏浚泥含水率是最為直接的方法。通常情況下，自然晾曬是最簡單的方法，國內(nèi)有許多內(nèi)陸湖泊的疏浚工程就采用堆泥場自然干化的方法，如杭州西湖、無錫五里湖的底泥疏浚工程。這種方法一般要設(shè)置堆場，占用大量的土地或漁塘。淤泥干化需要較長的時(shí)間，且易受天氣的影響，一般實(shí)施較為困難。在國外，最為常見的是機(jī)械脫水工廠，就是采用離心脫水機(jī)或壓濾機(jī)進(jìn)行脫水的方法。脫水法尤其是對(duì)高含水率的疏浚淤泥比較有效。較早的機(jī)械脫水工廠的工作能力一般較小，難以適應(yīng)大規(guī)模、大疏浚工程的需要。近幾年通過技術(shù)開發(fā)，改進(jìn)了技術(shù)設(shè)備，處理能力已有較大提高。但機(jī)械脫水具有脫水工廠固定式的缺點(diǎn)、且一次性投資較高，另一方面是經(jīng)過脫水處理后的疏浚泥有時(shí)仍需進(jìn)行二次處理才能滿足工程的要求。

脫水設(shè)備主要是將泥漿里的顆粒表面毛細(xì)水和重力水分離開來。用于疏浚工程泥漿脫水的脫水設(shè)備主要有以下四種：

（1）沉降式離心機(jī)：如圖1所示，在一個(gè)旋轉(zhuǎn)的圓簡形容器中，泥漿中固體顆粒將受到比重力大很多倍離心力的作用，使得比液體密度大的固體顆粒沿半徑向旋轉(zhuǎn)的四壁移動(dòng)沉積，如四壁是開孔的或是可滲透的，液體穿過沉積的固體顆粒和四壁而排出，從而達(dá)到固液分離的目的。淤泥經(jīng)脫水以后含水率在（1.0～1.2）w_L左右。日本采用的沉降式離心機(jī)每小時(shí)處理100m³，有的場合可以少用藥劑或者不用藥劑，轉(zhuǎn)速3000r/min左右。

圖1  離心機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

（2）水中造粒機(jī)：如圖2所示，泥漿和藥劑混合后形成疏散絮體，在造粒機(jī)和重力作用下，讓其沿曲面滾動(dòng)、碰撞、移位、產(chǎn)生剪切力，受到各種不均勻的作用，迫使水分從疏散的絮體中分離出來，使絮凝物如滾雪球一樣，逐漸加大，成為密實(shí)體，形成年輪結(jié)構(gòu)，從而完成泥水分離。淤泥經(jīng)脫水以后含水率在（0.7～0.8）w_L左右。日本、美國采用的水中造粒機(jī)每小時(shí)處理30m³，電耗在各類脫水機(jī)中最低，轉(zhuǎn)速1～2r/min。