河湖淤泥制备绿化种植土的研究现状及展望

李深圳 陈钰 秦华进 马媛媛 王士权

摘 要：针对每年产生的大量河湖淤泥的处置难题，本文介绍了河湖淤泥的特点和危害，包括恶化人居环境、二次污染周边土壤和长期压占土地，对河湖淤泥直接制备种植土和淤泥用作土壤改良剂两种工艺进行了系统总结，最后提出对全国各地淤泥的理化性质开展系统性研究和分类统计的展望。

关键词：淤泥;污染;种植土;资源化

中图分类号：S141.4;X703     文献标志码：A    文章编号：1003-5168（2022）11-0121-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.11.027

Research Status and Prospect of Preparing Greening Planting Soil from River and Lake Sludge

LI Shenzhen    CHNE Yu    QIN Huajin    MA Yuanyuan    WANG  Shiquan

（School of Resources and Civil Engineering， Suzhou University， Suzhou 234000， China）

Abstract： In view of the disposal problems of a large number of river and lake sludge produced every year， this paper introduces the characteristics and hazards of river and lake sludge， including deterioration of living environment， secondary pollution of surrounding soil and long-term occupation of land， systematically summarizes the two technologies of direct preparation of planting soil and sludge as soil conditioner， and finally puts forward the prospect of systematic research and classified statistics on the physical and chemical properties of sludge all over the country.

Key words： the sludge; pollution; planting soil; resource recovery

0 引言

我國每年在河湖水环境整治、航道疏浚、港口建设工程中，会产生数亿方废弃淤泥，由于河湖淤泥具有含水率高、强度低、渗透性差、成分复杂、固结过程缓慢等特点，无法直接用于工程或植物种植，清淤出来后直接堆放在空地上，长期占用土地资源[1-2]。河湖淤泥成分复杂，部分淤泥中的有机物、重金属等有害物质在一定条件下会释放到环境中，造成二次污染[3]。例如，铅、锌镉等重金属无法被生物降解，不断在生物体中积累，并通过食物链传递，最终受到伤害的是处在食物链顶端的人类。并且淤泥长时间在河湖底部积累，会使水体变质发臭。此外，在我国城镇化进程中，土地资源日趋紧张，沿海城市的基础建设和造陆工程对填土、砂石等天然材料的需求也日益增大，而通过开挖耕地、江河采砂、山区采石等获取填料会破坏生态环境、浪费自然资源[4]。据统计，美国五大湖湖底淤泥存量达到9.81 亿 m3，欧洲每年会产生湖底淤泥1～2 亿 m3，中国滇池湖底淤泥存量2.2亿m3，中国珠江三角洲地区每年产生的湖底淤泥数量达到0.8亿m3，江苏省无锡市太湖生态清淤工程5 a内共清淤泥3 541万m3。[5-7]。如何安全处置数量巨大的河湖淤泥已成为亟待解决的难题。若通过一定技术对河湖淤泥进行改良，使其主控指标（pH、含盐量、有机质、质地、入渗速率）符合《绿化种植土壤》（CJ/T 340—2016）要求，且土壤肥力要求也符合规范，制成绿化种植土，则可以有效解决上述河湖淤泥带来的问题，而且变废为宝，实现淤泥资源化再利用，也符合国家可持续发展战略。本研究要介绍河湖淤泥危害及其制备绿化种植土研究进展，并对未来研究趋势提出展望。

1 河湖淤泥的危害

1.1 河湖淤泥会恶化人居环境

河湖淤泥导致水体发臭的原因有3点。①部分淤泥是污水处理后的产物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体污泥等组成的极其复杂的非均质体，有机物含量高容易腐化发臭。②淤泥潜在耗氧量极大，易造成鱼虾类缺氧浮头，抵抗力下降易死亡，从而导致大量鱼虾尸体腐烂发臭。③淤泥在厌氧条件下会产生大量的还原性有害物质，例如氨、硫化氢、氮等，尤其是氨极易溶于水，散发出刺激性恶臭气味，造成水体发臭，严重损害周边居住环境和城市形象。

1.2 河湖淤泥会造成二次污染

随着地表径流和工业污水的排放，重金属逐渐进入河湖水环境，最后富集在河湖底部淤泥中，且重金属具有较强的生物毒性和不易降解性。逐年累积的底泥会影响航运、景观、生态环境等水体功能，每年的清淤工程会产生大量的废弃淤泥，就近堆放或转运到空旷地带，淤泥中的重金属在一定的外界环境下会重新从淤泥中释放迁移，对周围生态环境造成二次污染。且重金属不易被生物降解，就会伴随着食物链传递，对食物链中的生物造成伤害，最终伴随着各级生物的富集，对人类造成无可挽回的伤害。

1.3 河湖淤泥压占土地资源

通过清淤疏浚产生大量的废弃淤泥，传统的处置方法是就近征用土地直接堆放，由于淤泥的含水率高、工程性质极差，部分淤泥有机质高甚至含有重金属，自然干化和降解时间非常漫长，有时长达数年仍难以直接利用，导致大量淤泥长期压占土地资源，并且存在二次污染周边土壤风险，例如淤泥盐分的污染和氮、磷等养分的污染。淤泥含盐量较高会明显提高土壤电导率，破坏植物养分平衡，抑制植物对养分的吸收，甚至对植物根系造成直接的伤害。在当今土地资源日益紧缺的现实条件下，淤泥的高效资源化处置是亟须解决的重大工程问题。

1.4 河湖淤泥危害水体生物

河湖淤泥经过长时间的积累和堆积，水体底层堆积的有机物质在厌氧条件下分解产生的有害气体，以及一些浮游生物产生的生物毒素（如石房蛤毒素）伤害水生动物，导致水生生态系统紊乱，水生生物种类减少，多样性受到破坏。李如忠[8]等，通过对合肥城区6个景观水体进行检测，发现检测水体均处于富营养化状态。并且包河公园和逍遥津公园的水体氮磷污染情况表明，及时开展水体的清淤工程，防止水体富营养化，对于改善景观水体的水质保护水生生态系统至关重要。

2 河湖淤泥制备绿化种植土方法及现状

目前河湖淤泥制备绿化种植土的方法主要分为两种。第一种是绿化种植土壤全部来自河湖淤泥，通过一定的技术改良，使其主控指标（pH值、含盐量、有机质、质地、入渗速率）符合规范。第二种是河湖淤泥作为改良剂，与一般土壤结合，提高土壤氮，磷、钾含量，增强肥力使其主控指标符合相关规范。

2.1 改良河湖淤泥直接制备绿化种植土

河湖淤泥由于含水率高、黏土含量高、渗透率性差、成分复杂，无法直接用于绿化种植，可以通过添加固化剂、生物质材料及其他辅料，改变淤泥的理化性质，使其主控指标符合规范要求。严先平等[9]利用添加不同用量固化剂改变河湖淤泥理化性质，用改良后淤泥种植高羊茅、黑麦草，结果表明，随着固化剂含量提高，含水率下降越明显，在固化剂含量为4%时，含水率从57%降至33.4%，植株生长情况最好。张茅等[10]利用硅酸盐水泥作为固化剂，与废弃生物质材料（秸秆、稻壳和锯末）混合对湖底淤泥进行改良，种植高羊茅，马蹄金，黑麦草等植物，实验结果表明土壤重金属的浸出毒性符合标准，掺加4%固化剂、5%秸秆、3%复合肥、10%稻壳时，植物生长情况最好。石稳民等[11]通过向护城河淤泥中添加秸秆粉、微生物菌剂和其他辅料，采取固结脱水+强化搅拌+快速堆肥工艺制备绿化种植土，脱水后淤泥的含水率均从90%降至35%以下，同时pH值调制接近中性，强化搅拌和破碎预处理可实现均匀混合，淤泥的营养成分及土壤孔隙特性得到改善，采用微生物菌剂可促进堆肥，最终的栽培实验效果良好，可满足绿化种植土需求。高含盐量会造成植物细胞生理缺水，影响植物的生长发育，不能满足种植要求，杨永利[12]等通过对高含盐量的天津海滨区淤泥添加园林废弃物、不同质量分数的过磷酸钙和微生物菌剂，采取室内淋洗实验，使得含盐量和pH值达到使用的规范，制成绿化种植土，通过测定发芽率、株高动态、生物量以及相应的pH值，含盐率稳定在3 g/kg，证实了加入20%园林废弃物、2.4%过磷酸钙时水分入渗最快，脱盐率最大达到85%，可以满足绿化种植土的要求。刘勇[13]等在淤泥中添加5%高强高耐水土体固化剂，静置一周待固化完成后粉碎，再加入3%的膨胀性珍珠岩、1%蛭石粉、2%混合肥，并在绿植生长过程中施加酸性肥料和有机肥以改良土壤pH值、全盐量和通透性，重金属得到稳定化，提高土壤品质，增强肥力，提高植物存活率，加速植物的成长，使制备的绿化种植土效果达到最佳。冯波[14]等以武汉某湖泊环保疏浚底泥为研究对象，分析其理化性质，发现底泥的碱性过高不适合作为种植土，所以加入脱硫石膏及有机肥配制的改良试剂，通过淋溶试验判断改良后的理化性质，采集淋溶后的试验底泥及淋溶液进行分析。试验结果证明，改良试剂能够中和底泥中的碱性物质，提供大量离子，平衡了阴阳离子电荷，减少HCO-3等碱物质的生成，使pH值接近中性，使底泥满足绿化种植土要求。

2.2 河湖淤泥用作土壤改良剂

河湖淤泥中的大量动植物遗体，经过长年累月的厌氧发酵使河湖淤泥富含氮、磷、钾等营养元素，可用作土壤改良剂，与一般土壤混合制备绿化种植土，提高土壤肥力，实现淤泥资源化再利用。卢珏[15]等选取杭州市余杭塘河底泥与一般土壤混合，再添加不同比例的秸秆、园林废弃物、泥炭土和珍珠岩进行底泥堆肥，使土壤中的碳、氮、磷元素含量得到极大提高，并且淤泥土、珍珠岩可以防止肥力过高而发生烧苗现象，保证植物健康生长，试验表明狗牙根、草凤仙花在70%底泥堆肥+10%泥炭+20%珍珠岩的配比下发芽率达到最高，狗牙根草在此条件下播种12 d后发芽率达到89.12%，比单纯加入泥炭土和底泥的发芽率分别高19.34%和49.34%，草凤仙花植株鲜质量及植株高度都有明显提高，增大了基质通气孔隙也提高了根部供氧，相比于单纯的泥炭土和淤泥更利于植物的生长。伍秀群[16]等发现南淝河淤泥中的总氮（质量分数约为3%～6%）、总磷（质量分数1%～2%）、总钾含量均高于一般土壤，将其与一般土壤采用1∶1混合后，在符合规范的前提下极大地提高了土壤肥力。一般的土壤自身机质和营养成分并不高，在种植过程中需要施肥才可以满足植物的生长条件，而南淝河的淤泥经过“脱水固结一体化”处理后，理化性质和营养成分指标都能够满足需求，且淤泥中的有机物含量不少于20%，有机物的分解可以改良土壤，避免土壤板结，优化土壤质地。麻杰等[17] 根據淤泥自身的含水率、pH值及理化性质，采用钝化处理技术降低环境变化中重金属的活性状态，加入化学材料强化生成物对重金属的包裹，减少渗出量使之降到浸出毒性安全范围之内，并在该淤泥地上种植功能性植物，可以富集提取重金属，进一步降低重金属含量，再与土壤混合进行种植，达到二次利用的最佳效果。

从上述实验可见，改良后的河湖淤泥的主控指标符合《绿化种植土壤》（CJ/T 340—2016）的要求，绿植生长状况良好，证实了河湖底淤泥制备绿化种植土的可行性。目前，制备绿化种植土的改良剂为主要是固化剂、生物质材料和其他辅料一种或多种混合制成。不同地区的淤泥理化性质有所差异，具体材料选用要具体分析。一般生物质材料分为两种：①秸秆、稻壳等蓬松的生物质材料，能够降低淤泥的容重，增大孔隙度，从而改善淤泥的质地。②有机质含量高的生物质材料，主要用于弥补淤泥有机质含量低问题，提高种植土的氮磷钾等营养元素。此外，对于含水率高的淤泥首先需要固结脱水，含水率降至40%以下，采用固化剂将重金属钝化和稳定化;对于pH值不符合规范的淤泥，一般在栽培实验中添加酸性或碱性肥料调节pH值至中性;而对于重金属含量过高的淤泥，可采用加入化学物质的方法，让生成物包裹重金属降低渗出率。

3 结论与展望

①河湖淤泥制备绿化种植土是完全可行的，部分淤泥经过改良处理，理化性质符合《绿化种植土壤》（CJ/T 340—2016）规定的标准，或者营养成分含量高的淤泥可用作改良剂，与一般土壤混合提高肥力。

②各地区淤泥的理化性质是有所差异的，处理时加入的具体改良材料也是不同的，目前未见有文献对全国各地各类淤泥的理化性质作出统计，后续可针对这一问题开展研究，为各地区实现河湖淤泥制备绿化种植土提供理论基础。

③虽然有文献提出采用固化剂对重金属进行稳定化处理，但是目前制备绿化种植土的淤泥中重金属含量普遍较低，建议相关研究机构开展富含重金属淤泥制备绿化种植土的研究。

参考文献：

[1] 柯友青，易聪，曹一多，等.顺德桂畔海水系河涌清淤与底泥处理技术[J].施工技术，2020，49（13）：91-93，108.

[2] 孙勇，杨向东，孙建宇，等.排水管道清淤方法及开发新设备的构想[J].给水排水，1996（8）：52-54，5.

[3] 陶琛杰，顾晓惠，周健.浅析河湖生态清淤及淤泥固化技术的研究与运用[J].江苏水利，2014（7）：42-44.

[4] 章荣军，于同生，郑俊杰.材料参数空间变异性对水泥固化淤泥填筑路堤稳定性影响研究[J].岩土工程学报，2018，40（11）：2078-2086.

[5] AKCIL A， ErUST C， OZDEMIROGLU S， et al. A review of approaches and techniques used in aquatic conta minated sediments：metal removal and stabilization by chemical and biotechnological processes.Journal of cleaner production， 2015，86： 24-36.

[6] 黄佳音，马凯.环保疏浚土资源化利用途径[J].水运工程，2018（S1）：135-140.

[7] 恽文荣，崔健，陈玉荣.河湖疏浚淤泥资源化研究现状与展望[C]//湖泊保护与生态文明建设：第四届中国湖泊论坛论文集.合肥：安徽科学技术出版社，2014：223-227.

[8] 李如忠，刘科峰，钱靖，等.合肥市区典型景观水体氮磷污染特征及富营养化评价[J].环境科学，2014，35（5）：1718-1726.

[9] 严先平，毛钰，蒋尚志，等.不同用量固化剂对湖底淤泥理化性质以及草坪草生长的影响[J].北方园艺，2015（20）：155-158.

[10] 张茅，杨迎春，郑琳琳，等.固化淤泥作为河湖堤岸绿化草种植土的应用研究[J].施工技术，2020，49（18）：13-15，19.

[11] 石稳民，黄文海，罗金学，等.襄阳护城河清淤底泥资源化制备种植土工艺设计[J].中国给水排水，2020，36（6）：91-96.

[12] 杨永利，韩晓芳，张清，等.河道底泥改良为绿化种植土试验[C]//中国环境科学学会.2019年科学技术年会：环境工程技术创新与应用分论坛论文集（二），西安：《工业建筑》杂志社有限公司，2019：334-339.

[13] 刘勇，刘建，唐浩元，等.淤泥原位资源化利用为种植土的施工工艺研究[J].工程技术研究，2018（16）：66-68.

[14] 冯波，石鸿韬，陶润礼，等.环保疏浚底泥改良用于绿化种植土技术研究[C]//中国地质学会.第十一届全国工程地质大会论文集，2020：38-43.

[15] 卢珏，王宇峰，金涛，等.基于底泥堆肥的园林绿化基质生产研究[J].杭州师范大学学报（自然科学版），2019，18（4）：411-417.

[16] 伍秀群，周小國，刘黎慧.南淝河淤泥用作园林绿化土的试验研究[J].市政技术，2014，32（4）：140-142，45.

[17] 麻杰.中小河道淤泥处理技术及资源化利用研究[J].水利建设与管理，2016，36（9）：64-67，55.