高育慧 周文君 王業(yè)春
(深圳文科園林股份有限公司,廣東省園林景觀與生態(tài)恢復(fù)工程技術(shù)研究中心,廣東 深圳 518033)
城市建設(shè)中,新建、改建、擴(kuò)建和拆除各類建筑物、構(gòu)筑物、道路、管網(wǎng)等以及居民裝飾、裝修房屋過(guò)程中產(chǎn)生的大量棄土、棄料以及其他廢棄物,主要包括工程棄土和拆建物料兩大類別,其中工程棄土占比高達(dá)90%以上[1]。根據(jù)深圳市環(huán)境衛(wèi)生管理處的初步統(tǒng)計(jì),2013—2015年深圳市每年產(chǎn)生的各類余泥渣土共計(jì)3 600萬(wàn)m3,其中約2 200萬(wàn)m3被運(yùn)往余泥渣土受納場(chǎng)處理,僅小部分進(jìn)行其他用途處置[2]。2008 年10月全市最大的龍華部九窩余泥渣土受納場(chǎng)開(kāi)始運(yùn)營(yíng),約2 400 萬(wàn)m3的庫(kù)容,不到4個(gè)月就已經(jīng)基本填滿[3~4];根據(jù)《深圳市余泥渣土受納場(chǎng)專項(xiàng)規(guī)劃(2011—2020)》,2015年前深圳全市建設(shè)的12座建筑廢棄物受納場(chǎng),總庫(kù)容約1億方[5],到2015年底,規(guī)劃收納場(chǎng)就已經(jīng)基本填滿。隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn),“渣土圍城”不僅僅是深圳的特有現(xiàn)象,北京、濟(jì)南、南京、鄭州等經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的城市均有類似現(xiàn)象[6~7]。
余泥渣土的受納處理不僅占用大量土地,還存在較大安全隱患,2015年光明新區(qū)“12·20”紅坳村受納場(chǎng)滑坡特大事故的爆發(fā),給城市余泥渣土的處置問(wèn)題敲響了警鐘。因此,進(jìn)行資源循環(huán)再利用將是未來(lái)的發(fā)展方向[8]。隨著《在生節(jié)能建筑材料財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法》(財(cái)建
[2008]667號(hào))、《綠色建筑行動(dòng)方案》(國(guó)辦發(fā)[2013]1號(hào))、《深圳市建筑廢棄物減排與利用條例》等鼓勵(lì)政策的出臺(tái),已出現(xiàn)大量企業(yè)專注于建筑拆解物的資源循環(huán)利用,但針對(duì)產(chǎn)出量遠(yuǎn)大于建筑拆解物的工程棄土的再利用策略還十分缺乏。目前,針對(duì)余泥渣土的資源利用主要是對(duì)其進(jìn)行泥沙分離后,將沙石直接用作骨料,而剩余泥渣主要成分為粘土,多用于制磚,沒(méi)有得到很好利用。徐創(chuàng)軍等[9]研究了工程棄土直接添加泥炭土進(jìn)行改良的方法,但只添加泥炭土?xí)黾油寥朗湛s率,降低土壤抗剪強(qiáng)度,從而影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性;劉勇等[10]研究了利用工程淤泥改良為種植土的方法,但其方法需要添加固化劑,且需要與表土混合使用,實(shí)際使用較為不便。本文提出了泥渣資源再生種植土的新思路,為工程棄土的資源利用提供了新途徑,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)工程棄土的最大化利用,還為我國(guó)不斷縮減的綠化種植土資源提供了新的補(bǔ)充來(lái)源。
城市建設(shè)過(guò)程中的工程棄土主要來(lái)源于地下空間,如基坑、地鐵修建過(guò)程中開(kāi)挖形成的棄土。這部分土壤一般位于地表1 m以下,在土壤剖面分層中屬于底層土(即生土),其長(zhǎng)期受到上層土壤淋溶作用,因而富含細(xì)小的黏土顆粒。根據(jù)土壤質(zhì)地三級(jí)分類法,土壤顆粒(粒徑)從小到大可以分為黏粒(<0.002 mm)、粉粒(0.002~0.02 mm)、砂粒(0.02~1 mm),比砂粒還大的固體顆粒一般稱為石礫(>1 mm)[11]。根據(jù)國(guó)際制土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn),以黏粒含量25%、40%作為壤土、黏壤土和黏土的劃分界限[12],在工程棄土進(jìn)行泥沙分離后,大顆粒石礫及砂粒用作骨料,粒徑較小的黏、粉粒便進(jìn)入泥渣構(gòu)成其主要物質(zhì)組分。
黏粉顆粒物質(zhì)本質(zhì)上是黏土礦物,是在成土過(guò)程中巖石化學(xué)風(fēng)化過(guò)程形成的次生礦物,化學(xué)組成主要為硅鋁酸鹽。有研究顯示,粘性棄土中SiO2、Al2O3含量合計(jì)達(dá)74.5%,F(xiàn)e2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2和SO3等7種主要物質(zhì)含量占24.72%,有機(jī)質(zhì)及其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量極低(還不到0.8%)[13]。
由于黏土礦物的比表面積巨大(10~1 000 m2/g),具有較強(qiáng)的吸附交換性能、粘著性、可塑性等特性,它是土壤保水保肥能力的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。
種植土包括綠化種植土和農(nóng)業(yè)種植土,是指理化性能好,結(jié)構(gòu)疏松、通氣,保水、保肥能力強(qiáng),適宜于植物生長(zhǎng)的土壤[14]。黏土是泥渣的主要成分,也是種植土的重要物質(zhì)組成部分,具有良好的保水、保肥能力,因而根據(jù)種植土的特性和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),有針對(duì)性地改良泥渣,使其達(dá)到種植土條件。
2.2.1 機(jī)械及輔料
機(jī)械設(shè)備主要有沉淀池、壓濾機(jī)、攪拌機(jī)、送料機(jī)等。
輔料分為兩大類,一是用于結(jié)構(gòu)改良的有機(jī)顆粒物,二是用于提升土壤營(yíng)養(yǎng)特性的發(fā)酵肥和礦物元素肥。輔料1采用稻殼、蘑菇渣、木屑、園林廢棄物等分解較慢的有機(jī)顆粒物,要求粒徑1~5 mm為宜,含水率低于8%,用量大約為泥渣干重25%~35%;輔料2則主要作用于提高土壤營(yíng)養(yǎng)成分,采用有機(jī)質(zhì)含量高的發(fā)酵糞肥、發(fā)酵餐廚肥以及園林廢棄物發(fā)酵肥等,同時(shí)復(fù)配礦物元素肥,用量根據(jù)肥力指標(biāo)和輔料營(yíng)養(yǎng)含量進(jìn)行計(jì)算。
2.2.2 工藝流程
主要流程為工程棄土水洗分離出砂石和泥渣,泥漿的靜置沉淀初步脫水及輔料1添加后的壓濾系統(tǒng)二次脫水,后將初步形成的泥餅進(jìn)行通風(fēng)晾曬降低含水率,最后添加輔料2,充分?jǐn)嚢韬笮纬煞N植土(圖1)。
2.3.1 指標(biāo)控制
主要從過(guò)程控制和成品檢驗(yàn)控制兩方面進(jìn)行。過(guò)程控制是指按照種植土質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,嚴(yán)格把控輔料中有毒有害物質(zhì)的檢測(cè),特別是重金屬含量以及有毒有機(jī)物、致病微生物等檢測(cè)工作,確保所添加的輔料成分檢測(cè)符合質(zhì)量規(guī)定。成品檢驗(yàn)控制則是對(duì)最終成品的功能性和安全性進(jìn)行最終檢測(cè),需達(dá)到種植土的肥性、結(jié)構(gòu)、表觀要求以及安全使用目標(biāo)。
2.3.2 關(guān)鍵因子控制
圖1 工程棄土資源利用工藝路線
圖2 泥渣壓濾脫水過(guò)程
由于黏土顆粒極細(xì),在溶液中容易形成分散體系,黏土又具有極強(qiáng)的吸水性、黏著力和可塑性,因此泥渣的脫水是本技術(shù)工藝流程順利實(shí)施的關(guān)鍵步驟。在已有技術(shù)中,往往通過(guò)添加絮凝劑加速泥漿的沉淀過(guò)程,但以此形成的泥餅難以進(jìn)一步脫水和輔料摻拌,且絮凝劑本身主要為高分子化合物或者金屬鹽,不符合種植土要求。通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),泥漿通過(guò)自然靜置沉淀后,添加相對(duì)于固體含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%~35%的干燥木質(zhì)纖維類有機(jī)顆粒物,經(jīng)過(guò)機(jī)械壓濾后,泥渣能夠形成孔隙結(jié)構(gòu)良好的泥餅(圖2),為進(jìn)一步通風(fēng)晾曬脫水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)摻拌提供了良好結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
土壤作為植物生長(zhǎng)的介質(zhì),其質(zhì)量直接影響著植物的健康生長(zhǎng)以及生態(tài)效益、景觀功能的發(fā)揮[15]。在城市園林綠化施工過(guò)程中,一直十分重視苗木的規(guī)格和品質(zhì),而對(duì)于其立地條件土壤卻缺少重視,以致土壤質(zhì)量差,且常?;祀s著各種建筑與生活垃圾[16]。我國(guó)城市綠化土壤普遍存在土壤pH較高、養(yǎng)分貧瘠、容重偏高、土壤通氣性能差等問(wèn)題[17]。有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的核心因子,我國(guó)僅約19.35%的城市綠地土壤有機(jī)質(zhì)平均含量達(dá)到中等以上水平(>20 g·kg-1),其余均為中等偏低水平 (>12 g·kg-1)[18]。隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展以及人們對(duì)城市綠地土壤質(zhì)量重視程度的提高,城市綠化建設(shè)過(guò)程中優(yōu)質(zhì)綠化種植土明顯供應(yīng)不足[19],利用泥渣資源再生種植土將是未來(lái)優(yōu)質(zhì)綠化種植土的不錯(cuò)選擇。通過(guò)建設(shè)城市工程棄土綜合處置場(chǎng),對(duì)工程棄土、園林廢棄物等進(jìn)行資源綜合消化利用,建立原料、砂石骨料和優(yōu)質(zhì)種植土的穩(wěn)定供應(yīng)渠道,將可能是未來(lái)解決城市工程棄土的有效措施之一。
我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),同時(shí)又是有效耕地資源緊缺大國(guó),憲法中規(guī)定了耕地保護(hù)制度作為一項(xiàng)長(zhǎng)期不變的基本國(guó)策。1999年開(kāi)始實(shí)施的《土地管理法》明確提出,各省、自治區(qū)、直轄市必須確保耕地總量不減少,占用耕地與開(kāi)發(fā)復(fù)墾耕地相平衡。耕地占補(bǔ)平衡政策在全國(guó)實(shí)施了近20年以來(lái),有效遏制了耕地?cái)?shù)量的減少,但是耕地質(zhì)量卻沒(méi)有實(shí)現(xiàn)占補(bǔ)平衡,存在占優(yōu)補(bǔ)劣、耕地土壤退化的嚴(yán)峻問(wèn)題,糧食安全的可持續(xù)性受到極大威脅[20~21]。城市高速發(fā)展過(guò)程中,特別是大城市,對(duì)耕地面積的占用壓力較大,耕地補(bǔ)償不得不依賴于異地補(bǔ)充[22]。往往新增耕地的自然條件較差,土壤較貧瘠,耕作層薄,熟化程度低,生產(chǎn)能力弱,通過(guò)有機(jī)質(zhì)培肥等手段提升土壤質(zhì)量需較長(zhǎng)的周期?;诖爽F(xiàn)狀,若通過(guò)泥渣再生農(nóng)業(yè)種植土,合理選擇改良材料,保障種植土符合農(nóng)用土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),也許是解決大城市耕地占補(bǔ)平衡和工程棄土兩大問(wèn)題的新思路。泥渣資源再生種植土不僅能夠有效保證土壤質(zhì)量,其產(chǎn)量十分充足,優(yōu)質(zhì)耕地補(bǔ)償潛力巨大。
工程棄土處理、有機(jī)固體廢棄物利用、城市綠地土壤質(zhì)量差、城市耕地占補(bǔ)平衡等問(wèn)題均是我國(guó)城市快速發(fā)展中存在的重大社會(huì)問(wèn)題,通過(guò)泥渣資源再生種植土技術(shù)將資源進(jìn)行有效整合,為解決以上社會(huì)問(wèn)題提供了較好的思路。但要真正解決以上現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,還需政府部門(mén)在政策層面給予有效支持,比如制定有關(guān)綠地種植土壤工程施工驗(yàn)收的強(qiáng)制性規(guī)定,健全行業(yè)主管部門(mén)監(jiān)督機(jī)制,以及制定耕地占補(bǔ)質(zhì)量驗(yàn)收和監(jiān)測(cè)機(jī)制等,引導(dǎo)資源利用的市場(chǎng)常態(tài)化,助推城市建設(shè)過(guò)程中的生態(tài)文明建設(shè)。