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        濕地清淤底泥資源化處置現(xiàn)狀與前景

        2019-07-08 09:31:24魏佳明張曉藝李婉郭冬雪宋少宇李傳維宋子鈺劉志喜于陽(yáng)劉鵬
        濕地科學(xué)與管理 2019年2期
        關(guān)鍵詞:清淤底泥用途

        魏佳明 張曉藝 李婉 郭冬雪宋少宇 李傳維 宋子鈺 劉志喜 于陽(yáng) 劉鵬

        (北京建工環(huán)境修復(fù)股份有限公司,污染場(chǎng)地安全修復(fù)技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,北京100015)

        濕地是陸地生態(tài)系統(tǒng)與水域生態(tài)系統(tǒng)的交錯(cuò)地帶,濕地底泥對(duì)濕地形成、發(fā)育和演化起到了至關(guān)重要的作用(魏佳明等,2016)。其既能影響濕地的水文特征,又能影響濕地的物理化學(xué)環(huán)境,進(jìn)而影響濕地的生物區(qū)系(崔麗娟等,2006)。我國(guó)河湖濱海濕地眾多,濕地底泥淤積問(wèn)題十分嚴(yán)重。截至上世紀(jì)末,黃河下游河段淤積累計(jì)量超過(guò)55億m3,長(zhǎng)江洞庭湖約60億m3(曹慧群等,2011)。隨著濕地清淤量的加大,大量濕地清淤底泥去處成為重大的環(huán)境問(wèn)題,如何進(jìn)行資源化利用,減小環(huán)境壓力顯得尤為重要。

        當(dāng)前濕地清淤底泥可以實(shí)現(xiàn)多種資源化用途,主要用途有:工程用途、環(huán)境改善用途、產(chǎn)品用途。各國(guó)濕地清淤底泥的主要用途見(jiàn)表1。

        表1 不同國(guó)家濕地清淤底泥的主要用途Table 1 Wetland dredging sediments reuse in diあerent countries

        1 濕地清淤底泥的工程用途

        1.1 濕地岸帶修復(fù)

        河湖濕地清淤底泥,尤其是濱海濕地的清淤底泥,可用于保護(hù)或修復(fù)受損的濕地岸帶。修復(fù)與保護(hù)的方式主要是定期補(bǔ)充流失的岸帶基質(zhì),維持濕地岸線并減輕侵蝕的影響。底泥對(duì)岸帶的滋養(yǎng)不僅可以防止岸帶侵蝕,也可以防止局部洪水,將岸帶維持在一個(gè)健康穩(wěn)定的狀態(tài)。在沿海直接使用清淤底泥的一種創(chuàng)新方法是用清淤底泥填充土工管袋保持材料。土工管袋是高抗拉強(qiáng)度編織聚丙烯袋,設(shè)計(jì)用于接收和保留泵送材料,允許水通過(guò)細(xì)孔逸出。土工管袋可用于保持和脫水清淤底泥,以形成不同類型的岸帶結(jié)構(gòu)。清淤底泥可以直接從疏浚船泵送或液壓放置到土工管袋中,既可筑堤來(lái)防洪和治水,也可用于控制岸灘侵蝕,提供岸帶保護(hù)。

        此外,底泥在修復(fù)岸帶的同時(shí),還可以額外提供近岸帶護(hù)堤的養(yǎng)料,作為岸帶營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的天然來(lái)源。Hanson等(2003)整理了多項(xiàng)國(guó)際相關(guān)工程案例,認(rèn)為底泥作為岸帶營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用是一種有效的濕地岸帶保護(hù)手段,在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以考慮應(yīng)用于岸帶或發(fā)生侵蝕的岸灘,底泥材料應(yīng)比現(xiàn)有岸帶沉積物稍粗糙,并且應(yīng)具有與原位基質(zhì)相似的組成、顏色和質(zhì)地,具有相似的物理和化學(xué)特性。

        1.2 土地改良與開發(fā)

        使用濕地清淤底泥改良或開發(fā)土地是清淤底泥的國(guó)際常見(jiàn)用途之一,即利用填充、改良等方式創(chuàng)造新的土地。該用途的可行性主要取決于開發(fā)、改良土地的最終目標(biāo)用途(例如工業(yè)、娛樂(lè)等)和清淤底泥本身的物理特性。粗粒徑的清淤底泥因其優(yōu)越的工程特性,通常適用于所有類型的目標(biāo)用途。表2提供了一些清淤底泥類型和與其匹配的土地利用方向(Sheehan et al, 2012)。

        表2 濕地清淤底泥類型與其利用方向Table 2 Wetland dredging sediments type and reusef i elds

        國(guó)際上常見(jiàn)的目標(biāo)用途主要包括港口和港口周邊建立的新的陸地區(qū)域,發(fā)展大型基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目,如香港國(guó)際機(jī)場(chǎng);建立“新”海岸線和近海島嶼,如迪拜,提高陸地面積以抵御洪水的潛在影響。

        1.3 填埋場(chǎng)覆蓋層

        合適的濕地清淤底泥可用作填埋場(chǎng)覆蓋層,作為屏障材料,可用在日常填埋階段、中間階段或最終封場(chǎng)的永久填埋階段。這種半滲透層的目的是控制公害,最大限度地減少氣味和填埋氣體的逸出,減少降雨的滲透和滲濾液的排出(Mohan et al,1997)。

        填埋場(chǎng)覆蓋層的具體參數(shù)取決于填埋場(chǎng)封場(chǎng)后的最終用途。在理想狀況下,清淤底泥作為覆蓋材料應(yīng)能夠自由排水,并且最好具有低粘土含量和低滲透性。清淤底泥的其他特性,如有機(jī)物含量、氮、磷和任何潛在有毒污染物(多環(huán)芳烴和多氯聯(lián)苯)等應(yīng)符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),歐盟地區(qū)一般參照歐盟垃圾滲濾液標(biāo)準(zhǔn)對(duì)覆蓋物進(jìn)行綜合評(píng)估。我國(guó)目前尚未出臺(tái)清淤底泥的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),一般參照《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置——混合填埋用泥質(zhì)》(GBT 23485-2009)。

        2 濕地清淤底泥的環(huán)境改善用途

        2.1 濕地生境營(yíng)造

        濕地清淤底泥可用于建立新的濕地區(qū)域,改善現(xiàn)有的棲息地,或者為已被破壞的濕地提供穩(wěn)定性。清淤底泥提供生物基質(zhì)與風(fēng)浪屏障,以允許本地植被再生并恢復(fù)濕地動(dòng)植物的生存能力,將退化的濕地進(jìn)行提升和恢復(fù)。由于濕地類型多樣,將清淤底泥的特性與現(xiàn)有濕地的特性相匹配會(huì)增加成功恢復(fù)、創(chuàng)造濕地生境的機(jī)會(huì)。例如,英國(guó)環(huán)境、食品和農(nóng)村事務(wù)部確定在極端情況下,直徑為10~50 mm的礫石可以保持濕地的穩(wěn)定,同時(shí)更好地為鳥類提供筑巢場(chǎng)所。有學(xué)者發(fā)現(xiàn),清淤底泥形成的新沉積物與原位沉積物在有機(jī)碳和粘土含量方面如果相近,可觀察到相對(duì)快速的“定居現(xiàn)象”(Whomersley et al,2003)。所以,在規(guī)劃階段必須考慮清淤底泥的有機(jī)含量,防止由于氧化還原電位降低和有機(jī)物含量的提高導(dǎo)致更長(zhǎng)的生物適應(yīng)時(shí)間(Bergmann et al,2007)。

        濕地清淤底泥可用于濕地生境營(yíng)造,在國(guó)內(nèi)外已有較好的應(yīng)用案例。由于自然侵蝕,美國(guó)貝伊漢哲島(Poplar Island)退化嚴(yán)重,利用巴爾摩港口航道的疏浚泥修復(fù)和重建了貝伊漢哲島,取得了良好的生態(tài)效益(黃華梅等, 2011)。國(guó)內(nèi)較早的相關(guān)實(shí)踐位于杭州江洋畈生態(tài)公園,前身是西湖淤泥疏浚的堆積場(chǎng)。修復(fù)工程設(shè)計(jì)引導(dǎo)淤泥種子庫(kù)中的植物,利用其演替過(guò)程,實(shí)現(xiàn)了自然生態(tài)公園的建設(shè)(王向榮等, 2011)。

        2.2 礦山修復(fù)

        濕地清淤底泥可用作不同的替代填料,包括在景觀中使用清潔的清淤底泥替代污染土壤填充。含有重金屬或有機(jī)污染物(在相關(guān)目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi))的清淤底泥和未污染的清淤底泥也可使用固化穩(wěn)定材料來(lái)穩(wěn)定,以形成用于廢棄礦山和采石場(chǎng)復(fù)墾的低滲透性填料,均具有潛在的重大環(huán)境效益(Voros et al, 2005)。

        當(dāng)前,清淤底泥或者清淤底泥/水泥復(fù)合材料可用于有潛在環(huán)境危害的礦山和采石場(chǎng)恢復(fù)。目前國(guó)內(nèi)尚未出臺(tái)填充材料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與導(dǎo)則,因而在規(guī)劃利用初期,應(yīng)首先考慮生態(tài)環(huán)境效益,實(shí)地調(diào)查地質(zhì)、地下水、土地成本、排水、周圍動(dòng)植物等狀況,考慮潛在的社會(huì)和環(huán)境影響,其次也要考慮運(yùn)輸車輛(卡車、挖掘設(shè)備等)的可達(dá)性,盡量減小經(jīng)濟(jì)成本。

        3 濕地清淤底泥的產(chǎn)品用途

        3.1 混凝土產(chǎn)品

        粗砂清淤底泥可用于補(bǔ)充混凝土的骨料成分,可成為混凝土的替代原材料。用50%的細(xì)粒清淤底泥替代0.4 mm的骨料,使成品混凝土的性能良好(在某些情況下,性能超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)混凝土)(Limeira et al, 2011)。

        歐盟就混凝土生產(chǎn)中使用的粗骨料和細(xì)骨料編制了詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)指南,利用清淤底泥作為骨料,應(yīng)測(cè)試其產(chǎn)品性能,并與其它骨料制造產(chǎn)品品質(zhì)相同,我國(guó)針對(duì)混凝土也有相應(yīng)的“預(yù)拌混凝土國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)”(GBT14902-2012)。

        3.2 人工表土產(chǎn)品

        清淤底泥含有豐富的有機(jī)物和N、P、K等營(yíng)養(yǎng)元素以及植物生長(zhǎng)必需的Ca、Mg、Zn、Cu、Fe等微量元素,能夠改良土壤結(jié)構(gòu),增加土壤肥力,促進(jìn)作物生長(zhǎng)。清淤底泥可與回收的有機(jī)廢料混合使用,生產(chǎn)能夠改良土壤的人工表土。有學(xué)者對(duì)清淤底泥與處理后的有機(jī)生活垃圾混合產(chǎn)生的人工表土產(chǎn)量進(jìn)行了評(píng)估,認(rèn)為人工表土具有良好的排水能力、保水能力以及充足的養(yǎng)分,利用清淤底泥生產(chǎn)人工表土在技術(shù)上是可行的,養(yǎng)分方面可能比市場(chǎng)上銷售的產(chǎn)品質(zhì)量更好(Sheehan et al, 2010)。

        以清淤底泥為原料的人工表土應(yīng)符合相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),英國(guó)《表土規(guī)范和使用要求》(BS 3882-2007)對(duì)人工表土有詳細(xì)的要求。國(guó)內(nèi)還沒(méi)有清淤底泥相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn),可參照城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置的國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)??紤]到我國(guó)底泥成分的復(fù)雜性,一般使用底泥產(chǎn)品應(yīng)有一定的用量控制,以防止出現(xiàn)環(huán)境問(wèn)題?!冻擎?zhèn)污水處理廠污泥處置——農(nóng)用泥質(zhì)》(CJ/T 309-2009)強(qiáng)調(diào)農(nóng)田年施用污泥量累計(jì)不應(yīng)超過(guò)7.5 t/hm2,農(nóng)田連續(xù)施用不應(yīng)超過(guò)10 a,湖泊周圍1 000 m范圍內(nèi)和洪水泛濫區(qū)禁止施用污泥。

        3.3 陶瓷、磚塊產(chǎn)品

        濕地清淤底泥可用作制磚原料。合適的細(xì)粒清淤底泥可用作沙子或天然粘土的替代品,且污染物在穩(wěn)定成品中可以固定。處理過(guò)的清淤底泥具有環(huán)境安全性,并且能夠達(dá)到一定的物理和化學(xué)性能指標(biāo),可用于填方、建筑材料等領(lǐng)域,甚至可作為污水凈化材料以及環(huán)境修復(fù)材料。

        國(guó)內(nèi)有學(xué)者研究將固化/穩(wěn)定化底泥制備成生態(tài)磚、吸附材料、吸附陶粒等污水凈化材料,應(yīng)用于生態(tài)景石駁岸、雨水花園、人工濕地景觀、低影響開發(fā)雨水構(gòu)建系統(tǒng)等,集防洪效應(yīng)、生態(tài)效應(yīng)、景觀效應(yīng)和自凈效應(yīng)于一體,既降低內(nèi)源負(fù)荷,又控制面源污染(圖1)。

        3.4 其他用途

        濕地清淤底泥還可用于水產(chǎn)養(yǎng)殖、近海土丘、裝飾性景觀產(chǎn)品等方面(表3)。

        4 展望

        圖1 底泥基于固化/穩(wěn)定化處置技術(shù)的可持續(xù)利用途徑(顧竹珺等, 2017)Fig.1 Sustainable utilization approaches of sediments disposal based on solidif i cation and stabilization technology

        表3 濕地清淤底泥的其他利用途徑Table 3 Wetland dredging sediments others reuse fi elds

        隨著《國(guó)務(wù)院關(guān)于切實(shí)加強(qiáng)中小河流治理和山洪地質(zhì)災(zāi)害防治的若干意見(jiàn)》《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》《渤海綜合治理攻堅(jiān)戰(zhàn)行動(dòng)計(jì)劃》等國(guó)家環(huán)保政策的不斷出臺(tái),原本僅以水利疏浚為由的河湖濱海濕地清淤加上了“環(huán)保”這一目的,通常成為黑臭水體治理、水環(huán)境綜合整治的子項(xiàng)工程,相關(guān)的工程量將會(huì)急劇增加,產(chǎn)生的清淤底泥的方量也會(huì)增加,合理尋找底泥處置出路與方法,是應(yīng)當(dāng)優(yōu)先思考的問(wèn)題??v觀國(guó)家出臺(tái)的相關(guān)法律與規(guī)范,一方面對(duì)清淤底泥的利用提出了嚴(yán)格的限制,一方面也鼓勵(lì)對(duì)其進(jìn)行資源化利用,究其原因,主要還是我國(guó)河湖濕地、濱海濕地的污染治理工作相較于國(guó)外較晚,導(dǎo)致目前清淤底泥的成分較為復(fù)雜,大多存在一定的污染,較難直接利用。

        鑒于國(guó)家尚未出臺(tái)濕地清淤底泥處置的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),目前均參考城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)內(nèi)污泥的主要利用方式為 :污泥土地利用、污泥填埋、污泥建筑材料利用、污泥焚燒等,不論哪種處置方式都需要相關(guān)的政策支持、政府協(xié)助以及技術(shù)完備,如上海等城市除嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)政策標(biāo)準(zhǔn)外,還明確了河流濕地清淤底泥的兩條處置路徑:一是檢測(cè)達(dá)標(biāo)后可直接作為綠化用土就近利用,二是對(duì)受污染的底泥預(yù)處理后,納入本區(qū)域污泥處置體系。

        結(jié)合當(dāng)前我國(guó)污泥處理的現(xiàn)狀,受到政府資金短缺、環(huán)保督查時(shí)間緊等多重因素影響,業(yè)主更喜歡簡(jiǎn)單便宜、安全無(wú)風(fēng)險(xiǎn)、快速有效的處置方式,部分河湖清淤底泥處置工程介入時(shí)已到了清淤工程結(jié)束的階段,如在早期為業(yè)主提供較為完備的“清淤——處置”一體化規(guī)劃,底泥處理利用效果會(huì)更好。

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