河道清淤的“最后一公里”——利用河道底泥制備陶粒輕骨料
河道清淤的“最后一公里”——利用河道底泥制備陶粒輕骨料
“水十條”、河長制的推出，把中國的水治理推向了一個新的發(fā)展階段。作為水治理的副產(chǎn)物——河道底泥，由于含水率高、成分復(fù)雜、有潛在環(huán)境風(fēng)險且缺乏足夠的土地或者空間貯存等問題，其處理處置也逐步引起了越來越多的關(guān)注。
蘇州城投公司科創(chuàng)部在山東恒遠(yuǎn)利廢技術(shù)股份有限公司（以下簡稱 “山東恒遠(yuǎn)利廢”）在固廢資源化利用領(lǐng)域多年潛心研究得出的成果的基礎(chǔ)上，又考察了具體運行項目，把蘇州河道底泥進(jìn)行化驗和小試。蘇州河道疏浚底泥的主要化學(xué)成分為SiO?、Al?O?和 Fe?O?等，同時含有一定量的堿金屬氧化物和有機物，是制備陶粒輕骨料的良好原料。山東恒遠(yuǎn)利廢先后以山東沂河底泥、江蘇太湖淤泥、蘇州新區(qū)河道、山東小清河底泥、云南滇池底泥等為原材料開展了多項試驗工作，證明利用瀑落式回轉(zhuǎn)窯制備高性能輕骨料技術(shù)規(guī)?；幹?、資源化利用河道底泥具有可行性。
陶粒輕骨料是經(jīng)高溫?zé)贫傻谋砻鎴杂?、?nèi)部呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)的材料，具有密度低、強度高、孔隙率高、軟化系數(shù)高、抗凍性好、抗堿集料反應(yīng)等優(yōu)異性能，可以等體積替代天然砂石用于結(jié)構(gòu)混凝土領(lǐng)域，還可以廣泛應(yīng)用于裝配式建筑、（超）高層建筑、海綿城市、大跨度道橋工程、污水處理、地暖回填、污染土壤修復(fù)等多個應(yīng)用領(lǐng)域。
一、利用瀑落式回轉(zhuǎn)窯技術(shù)制備河道底泥陶粒輕骨料項目分析
山東恒遠(yuǎn)利廢的利用瀑落式回轉(zhuǎn)窯制備高性能輕骨料技術(shù)工藝及核心設(shè)備等目前共獲得五項發(fā)明專利，融合了西歐的三葉回轉(zhuǎn)窯技術(shù)、中科院過程所的 “低溫度、寬溫域燒成” 技術(shù)以及山東恒遠(yuǎn)利廢多年在固廢資源化利用項目中的總承包經(jīng)驗。
利用該技術(shù)生產(chǎn)河道底泥陶粒輕骨料，主要工藝流程見圖1。在河道底泥處理處置方面具有如下核心優(yōu)勢：
1. 河道底泥處理處置徹底 “無害化”
核心焙燒設(shè)備——瀑落式回轉(zhuǎn)窯在 1200℃以上運行，可以有效殺死底泥中的病原菌、寄生蟲等，并且可以將底泥中的重金屬固化在陶粒中，使其無法析出 ; 生產(chǎn)用水可以實現(xiàn)內(nèi)部循環(huán)，無廢水外排；生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢渣可以重新返回至配料工段作為生產(chǎn)線原料使用。
2. 河道底泥處理處置 “資源化”
利用該技術(shù)可以通過不同的原材料配伍、工藝參數(shù)和設(shè)備的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)產(chǎn)品的多樣化，不僅 可以生產(chǎn)容重低于500kg/m3的超輕陶粒，而且可以生產(chǎn)筒壓強度普遍≥10MPa的高強和超高強陶粒，滿足客戶差異化的市場需要。
其中，利用該技術(shù)生產(chǎn)的高強度（筒壓強度≥10MPa）、高勻質(zhì)性的陶?？梢缘润w積替代天然砂石，廣泛應(yīng)用在高層建筑、裝配式建筑、海綿城市建設(shè)中；其他輕質(zhì)陶?？梢酝ㄟ^自由設(shè)計用作高附加值功能性材料，如污水處理濾料、土壤修復(fù)材料等。
圖 2、圖 3 分別為山東恒遠(yuǎn)利廢利用江蘇和山東某地河道底泥制備的陶粒輕骨料樣品，后附主要性能指標(biāo)測試結(jié)果。
3. 節(jié)能降耗，提升項目利潤
該技術(shù)通過工藝和設(shè)備的系統(tǒng)整合，包含采用陶粒單位能耗不足傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯 1/2 的瀑落式回轉(zhuǎn)窯、90s 物料均化程度大于 99.8% 的高效立式紊流攪拌機以及獨有的生產(chǎn)線（回轉(zhuǎn)窯、冷卻機）余熱回用設(shè)施等，可以大幅降低生產(chǎn)能耗和電耗指標(biāo)，減少生產(chǎn)過程的碳排放，綜合單位陶粒成本較傳統(tǒng)工藝和技術(shù)降低 1/3 以上。
4. 環(huán)境友好
該技術(shù)可實現(xiàn)生產(chǎn)過程全密封，避免揚塵、臭氣的擴(kuò)散，且可以將生產(chǎn)線煙氣、臭氣等收集后集中處理 ; 通過 “低溫烘干、高溫焙燒” 的工藝設(shè)計可以杜絕二噁英的產(chǎn)生；系統(tǒng)環(huán)保設(shè)施可以滿足超低排放的標(biāo)準(zhǔn)要求。
5. 自動化程度高
生產(chǎn)線采用西門子 1200/1500PLC 自動控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)生產(chǎn)線監(jiān)控報警、遠(yuǎn)程診斷維護(hù)、數(shù)據(jù)存檔管理等操作，單條生產(chǎn)線僅需配備操作人員 3 人。
6. 占地小、投資省
以年產(chǎn) 10 萬 m3 高性能輕骨料生產(chǎn)線為例，生產(chǎn)線核心焙燒設(shè)備——瀑落式回轉(zhuǎn)窯，長度僅 15 米，相較于同等產(chǎn)能的傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯，不僅易于靈活布置，且大大節(jié)省占地面積；總生產(chǎn)線占地 1300 m2 左右即可，可以很大程度上節(jié)省客戶方的土建投資。
另針對河道底泥處理處置中底泥沿河臨時存儲、處理規(guī)模較小的項目，山東恒遠(yuǎn)利廢推出了一套集裝箱可移動式生產(chǎn)裝備，可以滿足原料布局分散、產(chǎn)能規(guī)模較小以及場地面積受限較大的項目需要。
二、河道底泥輕骨料主要市場應(yīng)用范圍
河道底泥輕骨料可用于裝配式建筑構(gòu)件、輕骨料混凝土、海綿城市建設(shè)、污水濾料、生態(tài)濕地建設(shè)等，具有較高附加值，應(yīng)用前景廣闊（見圖 5）。
商品混凝土中可以使用輕骨料等替代天然砂石骨料配制成混凝土，可有效減輕建筑物自重，且具有保溫性能好、抗?jié)B透性、耐火性強的優(yōu)勢；同時也在裝配式建筑結(jié)構(gòu)件、高層建筑保溫砌塊、大跨度混凝土構(gòu)件、地基回填澆筑等均可廣泛使用。
1. 海綿城市滲水儲水。輕骨料內(nèi)部具有較多的孔隙，吸附性強，是建設(shè)海綿城市理想的海綿體材料。可用在建筑綠色屋頂無土栽培、透水路面鋪設(shè)等。輕骨料能吸收并鎖住大量雨水，消除城市內(nèi)澇，天氣炎熱時水分蒸發(fā)，減輕城市熱島效應(yīng)。
2. 用作污水治理濾料。輕骨料濾料質(zhì)輕、孔隙率高、比表面
積大，有足夠的機械強度、吸附力強，化學(xué)性能穩(wěn)定，且價格比活性炭便宜，適宜于脫色等處理，也可用作工業(yè)濾料。
3. 濕地浮床綠植栽培。超輕通孔的輕骨料由于孔隙分布均勻，
滲透能力強、吸水性強，可用于微生物、綠色植物的栽培。將其用于浮床生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)等，有利于植物根系生長，可凈化各種水系，是處理富營養(yǎng)化水體的理想方式。
三、小結(jié)
河道底泥的處理處置勢在必行，利用山東恒遠(yuǎn)利廢的瀑落式回轉(zhuǎn)窯制備高性能輕骨料技術(shù)，可以無害化、資源化利用河道底泥，解決河道底泥處理處置中的環(huán)境保護(hù)問題，一方面，生產(chǎn)的產(chǎn)品可以替代天然砂石，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)戰(zhàn)略砂石資源的儲備，解決其可持續(xù)發(fā)展的問題，另一方面，可以為下游行業(yè)提供結(jié)構(gòu)和功能于一體的綠色輕骨料材料，解決其原材料供給問題，是河道底泥處理處置中的優(yōu)質(zhì)技術(shù)。
蘇州水利局和相關(guān)部門都對山東恒遠(yuǎn)利廢進(jìn)行了考察，覺得其投資可靠性強，具備可循環(huán)利用特征。山東恒遠(yuǎn)涉及礦業(yè)、煤炭、冶金、建材、市政、造紙、醫(yī)廢等二十多個領(lǐng)域的固廢處置及綜合利用，憑借扎實的技術(shù)功底、豐富的固廢整體解決方案項目建設(shè)和管理經(jīng)驗，解決了河道底泥處理最后一公里問題。
蘇州城投公司科創(chuàng)部在山東恒遠(yuǎn)利廢技術(shù)股份有限公司（以下簡稱 “山東恒遠(yuǎn)利廢”）在固廢資源化利用領(lǐng)域多年潛心研究得出的成果的基礎(chǔ)上，又考察了具體運行項目，把蘇州河道底泥進(jìn)行化驗和小試。蘇州河道疏浚底泥的主要化學(xué)成分為SiO?、Al?O?和 Fe?O?等，同時含有一定量的堿金屬氧化物和有機物，是制備陶粒輕骨料的良好原料。山東恒遠(yuǎn)利廢先后以山東沂河底泥、江蘇太湖淤泥、蘇州新區(qū)河道、山東小清河底泥、云南滇池底泥等為原材料開展了多項試驗工作，證明利用瀑落式回轉(zhuǎn)窯制備高性能輕骨料技術(shù)規(guī)?；幹?、資源化利用河道底泥具有可行性。
陶粒輕骨料是經(jīng)高溫?zé)贫傻谋砻鎴杂?、?nèi)部呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)的材料，具有密度低、強度高、孔隙率高、軟化系數(shù)高、抗凍性好、抗堿集料反應(yīng)等優(yōu)異性能，可以等體積替代天然砂石用于結(jié)構(gòu)混凝土領(lǐng)域，還可以廣泛應(yīng)用于裝配式建筑、（超）高層建筑、海綿城市、大跨度道橋工程、污水處理、地暖回填、污染土壤修復(fù)等多個應(yīng)用領(lǐng)域。
一、利用瀑落式回轉(zhuǎn)窯技術(shù)制備河道底泥陶粒輕骨料項目分析
山東恒遠(yuǎn)利廢的利用瀑落式回轉(zhuǎn)窯制備高性能輕骨料技術(shù)工藝及核心設(shè)備等目前共獲得五項發(fā)明專利，融合了西歐的三葉回轉(zhuǎn)窯技術(shù)、中科院過程所的 “低溫度、寬溫域燒成” 技術(shù)以及山東恒遠(yuǎn)利廢多年在固廢資源化利用項目中的總承包經(jīng)驗。
利用該技術(shù)生產(chǎn)河道底泥陶粒輕骨料，主要工藝流程見圖1。在河道底泥處理處置方面具有如下核心優(yōu)勢：
1. 河道底泥處理處置徹底 “無害化”
核心焙燒設(shè)備——瀑落式回轉(zhuǎn)窯在 1200℃以上運行，可以有效殺死底泥中的病原菌、寄生蟲等，并且可以將底泥中的重金屬固化在陶粒中，使其無法析出 ; 生產(chǎn)用水可以實現(xiàn)內(nèi)部循環(huán)，無廢水外排；生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢渣可以重新返回至配料工段作為生產(chǎn)線原料使用。
2. 河道底泥處理處置 “資源化”
利用該技術(shù)可以通過不同的原材料配伍、工藝參數(shù)和設(shè)備的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)產(chǎn)品的多樣化，不僅 可以生產(chǎn)容重低于500kg/m3的超輕陶粒，而且可以生產(chǎn)筒壓強度普遍≥10MPa的高強和超高強陶粒，滿足客戶差異化的市場需要。
其中，利用該技術(shù)生產(chǎn)的高強度（筒壓強度≥10MPa）、高勻質(zhì)性的陶?？梢缘润w積替代天然砂石，廣泛應(yīng)用在高層建筑、裝配式建筑、海綿城市建設(shè)中；其他輕質(zhì)陶?？梢酝ㄟ^自由設(shè)計用作高附加值功能性材料，如污水處理濾料、土壤修復(fù)材料等。
圖 2、圖 3 分別為山東恒遠(yuǎn)利廢利用江蘇和山東某地河道底泥制備的陶粒輕骨料樣品，后附主要性能指標(biāo)測試結(jié)果。
3. 節(jié)能降耗，提升項目利潤
該技術(shù)通過工藝和設(shè)備的系統(tǒng)整合，包含采用陶粒單位能耗不足傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯 1/2 的瀑落式回轉(zhuǎn)窯、90s 物料均化程度大于 99.8% 的高效立式紊流攪拌機以及獨有的生產(chǎn)線（回轉(zhuǎn)窯、冷卻機）余熱回用設(shè)施等，可以大幅降低生產(chǎn)能耗和電耗指標(biāo)，減少生產(chǎn)過程的碳排放，綜合單位陶粒成本較傳統(tǒng)工藝和技術(shù)降低 1/3 以上。
4. 環(huán)境友好
該技術(shù)可實現(xiàn)生產(chǎn)過程全密封，避免揚塵、臭氣的擴(kuò)散，且可以將生產(chǎn)線煙氣、臭氣等收集后集中處理 ; 通過 “低溫烘干、高溫焙燒” 的工藝設(shè)計可以杜絕二噁英的產(chǎn)生；系統(tǒng)環(huán)保設(shè)施可以滿足超低排放的標(biāo)準(zhǔn)要求。
5. 自動化程度高
生產(chǎn)線采用西門子 1200/1500PLC 自動控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)生產(chǎn)線監(jiān)控報警、遠(yuǎn)程診斷維護(hù)、數(shù)據(jù)存檔管理等操作，單條生產(chǎn)線僅需配備操作人員 3 人。
6. 占地小、投資省
以年產(chǎn) 10 萬 m3 高性能輕骨料生產(chǎn)線為例，生產(chǎn)線核心焙燒設(shè)備——瀑落式回轉(zhuǎn)窯，長度僅 15 米，相較于同等產(chǎn)能的傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯，不僅易于靈活布置，且大大節(jié)省占地面積；總生產(chǎn)線占地 1300 m2 左右即可，可以很大程度上節(jié)省客戶方的土建投資。
另針對河道底泥處理處置中底泥沿河臨時存儲、處理規(guī)模較小的項目，山東恒遠(yuǎn)利廢推出了一套集裝箱可移動式生產(chǎn)裝備，可以滿足原料布局分散、產(chǎn)能規(guī)模較小以及場地面積受限較大的項目需要。
二、河道底泥輕骨料主要市場應(yīng)用范圍
河道底泥輕骨料可用于裝配式建筑構(gòu)件、輕骨料混凝土、海綿城市建設(shè)、污水濾料、生態(tài)濕地建設(shè)等，具有較高附加值，應(yīng)用前景廣闊（見圖 5）。
商品混凝土中可以使用輕骨料等替代天然砂石骨料配制成混凝土，可有效減輕建筑物自重，且具有保溫性能好、抗?jié)B透性、耐火性強的優(yōu)勢；同時也在裝配式建筑結(jié)構(gòu)件、高層建筑保溫砌塊、大跨度混凝土構(gòu)件、地基回填澆筑等均可廣泛使用。
1. 海綿城市滲水儲水。輕骨料內(nèi)部具有較多的孔隙，吸附性強，是建設(shè)海綿城市理想的海綿體材料。可用在建筑綠色屋頂無土栽培、透水路面鋪設(shè)等。輕骨料能吸收并鎖住大量雨水，消除城市內(nèi)澇，天氣炎熱時水分蒸發(fā)，減輕城市熱島效應(yīng)。
2. 用作污水治理濾料。輕骨料濾料質(zhì)輕、孔隙率高、比表面
積大，有足夠的機械強度、吸附力強，化學(xué)性能穩(wěn)定，且價格比活性炭便宜，適宜于脫色等處理，也可用作工業(yè)濾料。
3. 濕地浮床綠植栽培。超輕通孔的輕骨料由于孔隙分布均勻，
滲透能力強、吸水性強，可用于微生物、綠色植物的栽培。將其用于浮床生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)等，有利于植物根系生長，可凈化各種水系，是處理富營養(yǎng)化水體的理想方式。
三、小結(jié)
河道底泥的處理處置勢在必行，利用山東恒遠(yuǎn)利廢的瀑落式回轉(zhuǎn)窯制備高性能輕骨料技術(shù)，可以無害化、資源化利用河道底泥，解決河道底泥處理處置中的環(huán)境保護(hù)問題，一方面，生產(chǎn)的產(chǎn)品可以替代天然砂石，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)戰(zhàn)略砂石資源的儲備，解決其可持續(xù)發(fā)展的問題，另一方面，可以為下游行業(yè)提供結(jié)構(gòu)和功能于一體的綠色輕骨料材料，解決其原材料供給問題，是河道底泥處理處置中的優(yōu)質(zhì)技術(shù)。
蘇州水利局和相關(guān)部門都對山東恒遠(yuǎn)利廢進(jìn)行了考察，覺得其投資可靠性強，具備可循環(huán)利用特征。山東恒遠(yuǎn)涉及礦業(yè)、煤炭、冶金、建材、市政、造紙、醫(yī)廢等二十多個領(lǐng)域的固廢處置及綜合利用，憑借扎實的技術(shù)功底、豐富的固廢整體解決方案項目建設(shè)和管理經(jīng)驗，解決了河道底泥處理最后一公里問題。