蔡 壮

（北京市密云区潮白河道管理所，北京市 101500）

0 引言

河道底泥是水体中的泥沙、矿物和有机质经过一系列反应而形成的。在工业污染加剧的背景下，工农业污染物流入河内最终沉积到底泥中，导致重金属污染严重，进而影响地下水、森林和土壤等生态系统，如来自采矿业的Sb、As、Mn、Pb以及来自农业生产的Co、Zn、Cd和Cu。同时也危害河道中的生物，进入到食物链系统中。传统就地堆置或填埋会导致重金属继续沉淀，还会以硫化物等形式进入到环境中，继续造成污染。因此，河道底泥的资源化利用势在必行，如结合粉煤灰使用碳酸钙技术制作覆盖材料。但是传统底泥利用方法耗费巨大的人力物力，且不能保证有效防止污染，探索一种无污染的高效利用方法成为必然选择。

1 河道底泥的资源化利用技术概述

1.1 河道底泥的常见处置方法

1.1.1 上覆水曝气技术。通过充氧，改善水质，对氧化硫化物的去除率高达90%，也有一定的吸附态氨氮功能。

1.1.2 覆盖技术。在底泥上覆盖隔绝材料，吸附重金属，如使用天然富含钙的黏土矿物、生物炭、脱碱赤泥、粉煤灰等。

1.1.3 电动力学技术。通过直流电场驱动阴阳离子向阴极和阳极迁移，主要用于去除重金属。

1.1.4 生物修复技术。培植水生植物，实现除臭和去除重金属，如荷花、睡莲等。驯化土著微生物，如使用沸石去除氨氮磷等有机质。

1.1.5 异位修复技术，进行疏浚脱水，将底泥从河道中清出。

1.2 河道底泥资源化利用的技术

1.2.1 农林利用。鉴于底泥中含大量有机质，施用在农田中，可以提升土壤肥力，但是容易造成重金属污染，也容易造成土壤氮、磷的过度堆积。不过，如果利用得当，底泥中的一些金属元素也可以促进作物生长。为解决这一问题，一般可进行好氧堆肥处理，将底泥中的污染物分解，降低重金属迁移。

1.2.2 填方材料。用于路基填筑、筑堤护岸和回填工程等。如加入煤灰粉等固化剂用于堤防建设，但需要洒水养护。对轻污染底泥进行处理能够用于路面土方工程。在一些强度不高的填方工程中，也可利用固化底泥进行回填，实现资源节约。

1.2.3 建筑材料。这是当前利用的重点方向，如混凝土骨料、陶粒、底泥砖、泡沫混凝土等。硅酸盐水泥和热处理底泥能够制备新型水泥，但是养护期更长。与钢渣和适量炉渣结合，在高温条件可以烧结成轻质骨料，重金属含量也大大降低。底泥掺70%左右，可以制作陶粒，有固化重金属的作用。底泥也可以烧制黏土砖，在15%左右效果好，适当配比，压强度能达到30 MPa。85%底泥加入玻璃粉等改性剂，也能制作出强度较好的砖。河道底泥还可以制备多孔净水材料，用于生物滤池，盐去除率较高。此外，底泥在填充墙、生产保温板、现场浇筑外墙等生产方面也有应用。

2 河道底泥制备轻质建材的工艺技术

2.1 河道底泥制备轻质建材的可行性分析

全球范围内，每年产生数亿吨河道底泥，堆放和土地利用处理方式容易造成二次污染，因此将其制备成建筑材料就是一个很好的选择。但是传统高温烧结方式能耗巨大，制备铺路砖、填充块等方式添加比例低，不足以消纳巨大存量。因此，探索轻质建材的利用途径成为必然选择。泡沫混凝土等轻质材料具有多孔、质轻、低能耗和良好的保温隔热性能等优势，与河道底泥的微孔特性相符合，具有加工优势，既能实现大量消纳底泥，又能减少河砂过度开采。

2.2 工艺材料

选择大量堆积的河道底泥，含水率为70%，风干后将其破碎为2 mm左右的颗粒。其中含量以SiO2和Al2O3为主，也含有Cr、Cd、Cu和Zn等成分。购买普通硅酸盐水泥、高效减水剂、发泡剂等材料。

2.3 制备工艺

调整干物质，包括水泥和煤灰粉等。控制水料比为0.45，以450转/min的速度搅拌，1 min后加入高效减水剂，以改善其可加工性。1 min后将1∶45的蛋白质发泡剂水溶液泡沫与之混合。此后以300转/min的速度继续搅拌，25 s左右后注入磨具。静置1天后养护4周左右，温度在23℃左右，湿度为95%左右。以50%底泥作为最佳掺量，将泡沫掺量控制为54%、孔隙率为45%，保持流动度在240～260 mm之间。

2.4 内掺活性掺料

加入石灰、粉煤灰、微硅粉等掺料，提高建材性能。生石灰遇水反应可以吸附Na+、K+等离子，形成较大的团聚体，从而增加建材的强度。Ca（OH）2可以发生火山灰反应，从而生产水化产物。粉煤灰也能够发挥这一作用。微硅粉既能够填充有害孔隙，也能够与水泥反应形成水化产物。在工艺中，为减少水泥用量，提高机械性能，可适当减少石灰和煤灰粉的比例，加入10%微硅粉，其性能最佳。

2.5 外加改性剂

加入偏硅酸钠、水玻璃、生物炭等改性剂。水玻璃能够提升水泥固化土的强度，偏硅酸钠能够改善混凝土性能，生物炭有吸附污染物的能力，改善轻质建材的相容性和孔结构，其低导热性和材料多孔性能够改善混凝土的热和声学性能，还能够有效提升机械强度。在改性剂添加中以生物炭为主，与水及适量减水剂混合，进行搅拌，超声溶解30 min，使之均匀分散。将生物炭的用量控制在1%之内，可采用大麦草生物炭等物质，牛粪生物炭效果更好，因此其更为轻质。同时，高温生物炭pH值耕地含氧官能团少，孔隙结构好，更有利于水化反应。

3 河道底泥轻质化建材利用的效益分析

3.1 资源环境效益

目前，传统建筑材料主要采用砂石，造成了大量的开采和资源环境破坏，采用河道底泥能够实现替代作用，在经济上也更为节约。有效地避免了土壤资源的浪费，实现了废物利用。另一方面，底泥自身性状优良，不但可以在一些建筑领域代替黏土，而且本身具有小孔的特征，可更好地发挥冬暖夏凉的功能，实现可持续发展和节能环保的目的。底泥轻量化建筑材料加工不仅有利于降低河道污染，而且对陆地环境污染也小于传统混凝土加工，资源消耗潜势低，更加节约能源。特别是对海洋河流污染改善效益最大，如果应用得当，改善效应高达40%，也抑制了土壤酸化，降低了生态污染。

3.2 重金属去除效应

轻质化建材能更好地发挥重金属封装效应，减少重金属污染，本文提出的泡沫混凝土技术，生物炭可以吸附重金属，底泥可通过物理封装和发生化学沉淀固定底泥。经过28天固化，重金属浸出大大减少，比如Cu、Ni、Zn、Cd、Pb和Cr等，都远低于原有排放量。二氧化硅中的硅能够吸附重金属，加入改性材料之后固化能力增强，对于降低河道重金属污染和转移有着重要的作用。

3.3 经济效益

传统加工方式土地成本、开采成本和资源成本都较高，加上运输成本上升，微硅粉成本上升以及减水剂成本增加，材料成本将会大幅上升。同时，处理底泥又需要大量的环保投入，而变废为宝，实现资源化利用，不仅减少河砂和黏土采集的成本，减少了水泥等材料的使用，可减少环保投入的压力，又创造了新型建材市场的效益。河道得以疏浚的同时，城市固废也大量削减，比如，每天制备70 m3轻型建筑材料，就可以消纳30 t底泥，减少了由于建筑废弃物处理造成的一系列经济连锁反应和问题。

4 结语

将河道底泥作为轻质建筑材料加以利用，有着巨大的环境效益和经济效益.而且重金属固化作用非常显著，大大改善了河道污染环境，也创造了一定的经济效益，为建筑行业低碳发展提供了思路。因此在未来的资源化利用中，应加大这方面的研究。