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遵循生态建设的价值规律,探索疏浚底泥资源化利用新途径——专访天津科技大学吴燕教授

时间:2017-10-14 点击:

      随着我国工业化进程的不断推进,港口航道及江河湖泊的疏浚、清淤工程大幅增长,由此产生了大量疏浚底泥,因其含水率较高,土质构成复杂,后处理、尤其堆存过程既占用土地,且易产生二次污染。近年来,疏浚底泥因处置不当而造成的环境和生态问题越来越严重。疏浚土资源化利用是生态疏浚建设的一个关键环节,在国家大力推进节约环保型社会,发展循环经济的大背景下,疏浚底泥等固体废弃物的循环再利用已经被提升到了一个新的高度,因此,探索疏浚底泥资源化利用的新途径显得尤为重要。

      天津科技大学吴燕教授和她的团队多年来潜心于疏浚底泥无害化利用的课题研究,在不久前召开的LOL外围行业水环境生态治理与保护专业委员会工作会议上,吴教授受邀作了专题学术交流,受到与会代表的高度关注,就吴教授的团队所专注的研究成果,进行了热烈讨论,反映出课题的方向切中市场热点。会后,记者邀请吴燕教授进行了专访。


      吴燕,天津科技大学化工与材料学院,教授,博士生导师,毕业于天津大学,材料学博士。2005年博士毕业后一直从事环保疏浚底泥深度脱水与资源化利用技术的研发工作。承担“十三五”装备预研项目、“十二五”国家863计划军口部分项目、国家自然科学基金项目、国家发改委计划项目、天津市科委项目、天津市教委项目、企业合作项目等20余项国家级、省部级以及企事业单位科技研发课题。申请专利24项,授权发明专利17项,实用新型4项。发表论文百余篇,其中SCI/EI/ISTP收录30余篇,撰写专著1部、参编1部。至2017年,指导研究生42人,获得学位27人,在读15人。

      疏浚处置的对象就是疏浚土,生态疏浚的核心任务就是在疏浚的全过程要尽量减少对环境的侵扰。同时,疏浚土作为自然资源的一部分,作为弃土而处理,显然既不环保,又不节约。而内河、内湖、水库的疏浚底泥的处置,影响因素就更复杂。记者首先请吴教授谈谈对我国疏浚底泥资源化利用现状、任务及其紧迫性的认识。

      吴教授认为,河流湖泊疏浚底泥的处理难题正困扰着我国,据有关部门调查统计,环渤海、长三角及珠三角区域年疏浚量约38亿立方,由此产生大量的疏浚底泥,客观上形成了严峻的生态环境问题,亟待审慎处理。与此同时,我国是世界上人口最多的发展中国家,土地资源严重短缺,城乡建设的迅猛发展需要大量的建筑材料,而传统建材需要大量占地取土,与土地资源严重缺乏形成了强烈的矛盾。此外,砂石骨料是基础建设的主要原材料之一,我国每年砂石用量已达130亿吨,过度消耗碎石等矿产资源会将山体切割成峭壁,又进一步严重祸及生态环境。为此,国家于2000-2016年发布多项政策鼓励使用固体废弃物作为绿色建材。针对上述问题,吴教授提出将疏浚底泥制备为免烧骨料,作为绿色建材应用于免烧砖和混凝土构件,将可同时缓解建材和疏浚两个行业所面临生态环境等方面问题的困扰。

      吴教授在作技术交流时,向与会代表分享了她所主持的课题组多年来在环保疏浚底泥的资源化利用方面的研究成果。为此,记者请吴教授介绍一下题组在环保疏浚底泥制备免烧砖方面所作的积极探索。

      吴教授告诉记者,目前,国内外将疏浚底泥制砖主要是采用直接掺混工艺,成型方法以烧结法为主。直接掺混因疏浚底泥易发生泥浆化反应而严重影响机械强度。同时,烧结法也因能耗高、产生大量CO2等缺点而受到限制。

      吴教授课题组针对疏浚底泥资源化利用问题,通过我国滇池、太湖、巢湖、天津生态城等典型大型疏浚工程现场采集样品并对其检测,研发了疏浚底泥深度脱水、干化、造粒、覆膜及制砖一体化技术,与现行环保疏浚技术无缝对接处置技术,形成了适合我国疏浚底泥建材资源化利用成套技术,填补了国内空白。 

      疏浚湿泥制备免烧骨料和免烧砖技术,大幅度提高了免烧骨料和免烧砖性能,产品性能达到国家标准,减低了生产成本,具有较高的经济价值和应用价值,符合国家环保安全生产政策要求,仅该项技术授权发明专利3项,研究结果发表在建材方向的期刊《Construction and Building Materials》2017。

      吴教授课题组开发了将含水率约为40%的疏浚底泥通过免烧法制备骨料的核心技术工艺,大幅度减低了底泥干化成本,符合国家环保安全生产政策要求,节能减排的同时大幅度降低了疏浚底泥制备免烧骨料的成本。并在此基础上,开发了疏浚底泥的裹壳骨料、高强骨料和人造卵石的制备工艺,每吨免烧骨料的疏浚底泥(绝干基)的含量高达63%,大幅度提高了骨料的强度、吸水性、抗冻融性等性能,制备出强度更高、吸水率更低、抗冻融性能更好的免烧骨料,达到GB/T 17431.1-2010 《轻集料及其试验方法》国家标准,可作为建材基本原料,应用于免烧砖、渗水透气砖、泡沫混凝土、扭王块等,拓宽了疏浚底泥在建材方面的应用领域。 


疏浚底泥免烧骨料外观与内部结构实物照片

      吴教授课题组首次提出将疏浚底泥制成免烧骨料,而后与胶凝材料混合,压制成免烧砖,其性能参数符合国家及建材行业标准,具有成本低、工艺简单、节能环保等特点。疏浚底泥免烧砖各项性能均满足国标GB 28635-2012 《混凝土路面砖》,其抗压强度达到了C30等级。在其抗冻性方面,满足严寒地区的使用要求。

      为了检测疏浚底泥免烧砖在阳光暴晒、温差变化、风力侵蚀、雨雪冰冻天气和植物生长等自然条件下以及人行走踩踏过程中的耐久性能;课题组在人流量较大的天津科技大学泰达校园人行道上铺设了2平米免烧砖。


疏浚底泥免烧砖铺设校园路面的实况照片

      铺设完成后,每日对其进行观测,已持续200多天,期间:最高气温38℃,最低气温-3℃,雨天35天。统计得到:铺设区域每日人流量约为8000人/日,计算得到成年人走路时对地面产生的平均压强约是15KPa。在自然条件和人为踩踏双重条件下,通过200天的观察对比:免烧砖外形结构完整,没有出现开裂,大块掉渣的现象,满足实际使用要求。


疏浚底泥免烧砖的组成配比与水下方疏浚量的换算关系

      所制备的免烧砖表面平整,砖体连续相为胶凝材料,内部骨料分散均匀,骨料与胶凝材料界面结合紧密,骨料的截面积占总面积的70%以上。

      此外,研制了疏浚底泥免烧砌块砖,并依据相关标准(JC 239-2001 《粉煤灰砖》、JC/T 862-2008 《粉煤灰混凝土小型空心砌块》),通过吸水性、抗压强度、抗冻融性、抗盐冻性、耐酸碱腐蚀性、干燥收缩性等性能指标的检测,疏浚底泥免烧砌块的性能均满足MU15标准要求。

      除免烧砖外,吴教授课题组还研究了疏浚底泥免烧骨料替代碎石应用于混凝土试件,采用C15配比制备的混凝土试件强度可达21MPa。依据相关标准(GBT 50080-2002 《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、GB50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》 和GB/T 50082-2009 《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》),通过新拌混凝土和易性、硬化混凝土抗压强度、抗冻融性、弹性模量及微观结构等性能指标的检测,疏浚底泥免烧骨料混凝土试件的性能均满足标准要求。 

      吴教授表示,从目前研究和成果验证的进展看,疏浚底泥免烧骨料替代碎石,应用于免烧砖和混凝土试件是完全可行的,其产品性能参数符合国家及建材行业标准,具有成本低、工艺简单、节能环保等特点,不仅有效解决疏浚底泥处理难题,同时还可用于替代现行市场免烧砖、混凝土构件、鹅卵石,保护我国不可再生的矿产资源,有效保护我国的青山绿水。

      开发疏浚底泥资源化利用技术,有效解决疏浚底泥堆积问题,是我国环保疏浚工程乃至生态疏浚建设亟待解决的关键技术问题。吴燕教授和她的团队在探索疏浚底泥免烧骨料在建材行业的应用方面应该是正在走出一条有着显著生态意义和综合效益的路径。

      (编辑整理:王云帆)


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