河湖清淤底泥资源化利用技术应用与研究

◎ 张小婧 东莞市运河治理中心

1.引言

清淤是指对河湖内淤积的泥沙、杂物进行疏浚清理，以恢复河湖的自净能力和自然水位，减轻洪涝灾害的危害。传统的河湖清淤底泥处置方式一般是填埋堆放和海洋倾倒，然而填埋堆放会占用土地资源、且可能导致二次污染和土壤污染，海洋倾倒成本高且底泥中的有害物质可能会对生态系统和人类健康造成威胁。因此，采用更科学和可持续的底泥处理方式在现代城市发展中至关重要。

本文基于河湖清淤底泥的组成成分，探讨了近年河湖清淤底泥的应用场景及其利用关键技术难点，并在此基础上研究了有关解决方案，旨在为河湖清淤底泥资源化的有效利用提供一定技术支撑。

2.河湖清淤底泥的组成成分

河湖清淤底泥的组成成分因地区和水体不同而异，一般来说，它们主要由有机物质、矿物质、水和其他物质组成。

2.1 有机物质

河湖清淤底泥中的有机物质主要来自于植物和动物的残骸、粪便等。这些有机物质在水体中长时间存在，逐渐降解成更小的分子，变成可溶性的有机物和微生物。此外，底泥中还可能含有其他有机物质，如酚类、松香、石油类化合物等。这些有机物质是河湖底泥中重要的组成部分，它们对水体生态系统具有一定的影响，可以为细菌提供营养，也可以成为氧化的原料，从而消耗过剩的氧气，也为底泥在农业领域的资源化利用提供了可能。

2.2 矿物质

底泥中的矿物质主要包括泥土、石块、沙子、泥炭等，它们通常来自周围环境的沉积物或者是沉淀物，主要化学成分是二氧化硅、氧化钾、氧化钙、氧化钠、氧化镁、氧化铝、三氧化二铁等，这些成分与黏土、陶粒等建筑原材料化学成分相近，因此清淤底泥在建筑材料领域有广阔的应用前景。

2.3 水

河湖清淤底泥最重要的特征之一就是其中含有大量的水分，且底泥的水分含量通常受到当地气候、降水、水体水位、污染程度等因素的影响，因此不同地区和不同时间的底泥水分含量会有所差异。一般来说，底泥的水分含量可以通过加热样品至110℃～105℃，然后计算干重和湿重之间的比例来进行测定。底泥的水分含量对于底泥的处理和利用具有重要影响。较高的水分含量会增加底泥的重量和体积，对于储存、运输和处理都带来困难；同时也会影响底泥中有机物的稳定性，促进其生化反应和腐败。因此，在实践中需要采用相应的技术手段和方法对底泥进行脱水处理，以减少底泥中的水分含量，提高底泥的可靠性和利用价值。

2.4 其他物质

河湖中的底泥也可能含有各种其他物质，如化学污染物、重金属等。这些物质通常是由附近的工厂、城市和农业活动引起的。它们是水体生态系统的重要威胁因素，可能会导致生物死亡和健康问题。因此，在进行底泥清理时，需要采用适当的技术和措施，以减轻可能存在的环境风险。

3.河湖清淤底泥的资源化利用

3.1 农业方面的利用

清淤底泥富含有机质、氮磷等养分，可用作植物生长的肥料；含有大量的细颗粒物，可以改善土壤的物理性能，如pH值、容重和孔隙度等，从而促进植物的生长。因此经过处理后的河湖清淤底泥在农业种植上有较大的应用潜力，一般可将其作为土壤改良或有机肥料等多种方式来提高土壤的肥力和植物生长的效果。

如西湖清淤底泥的利用[1]，将西湖清淤底泥与化肥按照一定配比进行混合，制成复合肥料用在蔬菜种植上，与传统复合肥料相比，蔬菜的产量和土地利用效率有所提高。类似的应用也出现在上海市桃浦河底泥的资源化利用中，将其与鸡粪相混合、并经过加工制成有机肥，可用于青菜种植上。丁文等人[2]将河湖清淤底泥作为有机肥料，用于水稻种植中，研究发现在施加常规肥料的基础上，再添加清淤底泥制成的有机肥料，可使水稻产量和质量都得到大幅度的提高。

此外，底泥中含有丰富的矿物质和微量元素等成分，可通过添加适量的底泥来改善土壤的物理性质和化学性质，增加土壤通气性和保水性，从而促进植物根系发育和营养吸收。如刘纯甫等人[3]利用脱水清淤底泥作为松嫩盐碱地的土壤改良剂，可有效提高土壤的有机质含量、降低土壤碱化度；吉林省也在积极研究和探讨利用吉林西部河湖清淤底泥，改良该地区“三化”土壤，增加土壤肥力，提高土地生产潜力。

3.2 园林方面的利用

对于不符合农用标准的河湖清淤底泥，可考虑园林种植的应用。如花卉生长需要较高的营养和水分供应，而底泥中含有丰富的有机质和氮、磷、钾等元素，可以通过与种植基质混合或者当做肥料使用，来满足花卉所需的营养和水分，促进花卉的生长和开花。此外，底泥也常用在市政绿化工程中，改善土壤物理性质，促进植物生长和根系发育。如胡浩南等人[4]以河湖清淤底泥为主要原料、以一定比例的粉煤灰和中药渣为添加剂，制备成的改良土壤基质能显著提高草皮的生长速度；类似的园林应用也出现在京杭运河(杭州段)清淤底泥、无锡太湖清淤底泥、南淝河清淤底泥等资源化利用中。

河湖清淤底泥在园林方面的应用，能够提高土壤质量和促进植物的生长，为城市绿化、景观建设等提供有效途径。但需要注意其质量安全，避免污染或对环境造成不良影响。

3.3 生态方面的利用

河湖清淤底泥在生态修复方面的应用，主要体现在水体净化、湿地修复以及生态系统建设等方面。

湿地生态系统能够对水质进行有效净化和保护，底泥中含有丰富的微生物和养分，可以作为湿地的建造材料和补给物质，促进湿地植物的生长和根系发育，达到湿地修复的目的；与此同时，底泥中的颗粒物和大量的有机物可吸附水体中的重金属离子、农药等污染物，底可用于构建生态堤坝和生态滩涂等生态工程，增加水体自净能力、改善水体生态系统的稳定性，从而保护和恢复水体生态环境，如利用西湖清淤底泥打造的杭州江洋畔生态公园就是典型的例子。此外，底泥中的有机质和养分可以提供树木所需的营养，同时也能提高土壤肥力和改善土壤结构，以促进植树造林的效果，北京通州区小中河清淤底泥就正在积极探索这方面的应用。

3.4 建筑方面的利用

3.4.1 填方材料

河湖清淤底泥可以被用作填方材料，主要是通过将其堆积填埋在适当的场所，以减少占用土地资源的空间，同时也能为建设工程提供较为经济和环保的材料替代品。例如路基填方、挖填平衡等工程中的土方填筑，清淤底泥中含有一定的矿物质成分和粘土质，这些成分可用于制造填充土。此外，底泥中的颗粒大小适中，也可以作为护坡和防护墙中的填方材料，达到固定山体或者防止洪水等自然灾害发生的目的。

3.4.2 陶粒

陶粒是一种通过将黏土等材料混合制成陶泥，然后经过成型和高温烧结而制成的多孔的轻质陶土颗粒，具有保水、透气、排水等良好性能，在现代建筑材料中有较为广泛的应用。河湖清淤底泥的主要成分是黏土等矿物质，与陶粒烧制原料成分相似；且底泥中的有机物质在烧结时有助于形成陶粒多孔的结构，因此经过处理之后的底泥可以直接作为陶粒的原料，如图1所示。

图1 河湖清淤底泥用于陶粒制备的流程图

夏立明等人[5]，以清淤的淤泥和藻泥为主要原料，进行合理脱水共建材化生产建筑陶粒，具有良好的社会效益和经济效益；蔡爽等人［6］以东湖淤泥为主要成分，辅以粉煤灰、三氧化二铁为添加剂，制备出的陶粒具有比重低、吸附率强等优点。

3.4.3 环保砖

底泥中富含有机物，经过高温烧结后可以分解并产生微孔，因此是制作环保砖的良好材料。清淤底泥制砖相比其他资源化方式具有很大的优势，经烧结后的砖制品物化性质稳定，不易对环境造成二次污染。常用的制砖技术包括烧结砖和免烧砖。烧结砖的生产过程需要将底泥与适当的黏土和其他材料按一定比例混合后进行模压成型，并在高温窑中进行烧结，如图2所示。在高温下，有机物质会被分解，形成微孔，从而提高砖块的透气性、容重和导热系数等性能。如朱哲等人[7]利用东湖清淤底泥为主要原料、一定比例的粉煤灰和氧化铁为添加剂，可制备具有吸水率低、抗压强度高等优良特性的烧结砖。免烧砖则是采用无烧制工艺，在底泥等原材料中添加适量的水泥、石灰以及其它掺合料，通过挤出、切割、蒸汽养护等工艺制成的一种新型墙体材料。该类砖块在制造过程中不需要采用高温烧结，因此能够节省大量的能源和减少碳排放。如陈卓睿等人[8]以福州白马河清淤底泥为主要原料、一定比例的水泥、硫酸钠、粉煤灰为添加剂，制备出了强度可控的免烧结砖。

图2 河湖清淤底泥用于烧结砖的制备流程图

3.4.4 水泥

河湖清淤底泥中的主要成分是粘土、有机质等，其化学组成与天然黏土类似；水泥制备的主要原料是石灰石、粘土、熟石膏等，因此底泥可以作为原材料，用来部分代替水泥生产原料中的黏土。将底泥置于水泥窑高温环境中，底泥会随着燃烧发生物理化学反应，从而使底泥中的重金属等有害污染物与水泥熟料晶格结合，实现对底泥的安全处理和资源化利用。这种处理方式不仅能减少大量废弃物的排放，还能为企业节省原材料成本，在经济效益和社会效益方面都有显著成效，如用苏州河清淤底泥就曾被用于水泥熟料生产研究[9]。但在此类资源化利用中，应严格把控底泥中氯离子等成分，避免生产的水泥对钢结构造成严重的腐蚀。

4.底泥资源化利用技术难点及解决方案

河湖清淤底泥的资源化利用虽然有广阔的应用前景，但也存在底泥质量不均、成分复杂、处理工艺复杂等技术难点。不同地区、不同水域清淤出来的底泥质量有所差异，其中含有的污染物种类和含量也不同，底泥质量不均也是其重要特征之一。同时，底泥中含有大量的有机物、无机物和微生物等成分，对于不同领域的利用需求也存在差异。如有机物含量较高的底泥不适合应用与建筑材料；而重金属含量超过农用标准的底泥，适合采用固化技术用于建筑材料，这种成分的复杂性也一定程度上制约了底泥的大规模资源化利用。此外，不同的底泥利用方式需要进行不同的处理和加工，例如有机肥料、制砖、生态修复等，这对底泥的处理工艺和应用技术提出了较高的要求。

为解决这些技术难点，可考虑加强底泥质量监测与管理、底泥处理技术创新等方面的措施。通过底泥质量监测与管理，建立一套较为完善的底泥质量检测体系，对不同来源和类型的底泥进行分类管理，以确保其安全可靠的应用。通过底泥处理技术创新，针对不同底泥利用领域的需求，开发新的处理技术和工艺路线，提高底泥的资源化利用价值。此外，底泥的处理和利用需要多部门的协作与合作，各方应加强沟通和交流，充分利用各自的资源和优势，共同推进底泥的资源化利用；制定和完善相关的政策法规，明确底泥资源化利用的标准、质量要求和管理措施，从而保障底泥的安全利用。

5.结语

河湖清淤底泥是一种重要的资源，其资源化利用可以降低环境污染和实现循环经济，同时也需要进一步加强河湖清淤底泥资源化利用的研究与开发，推广先进的技术模式和管理方法，以实现底泥的最大化资源利用和减少环境污染的共赢局面。