河道清淤的“最后一公里”——利用河道底泥制备陶粒轻骨料
河道清淤的“最后一公里”——利用河道底泥制备陶粒轻骨料
“水十条”、河长制的推出，把中国的水治理推向了一个新的发展阶段。作为水治理的副产物——河道底泥，由于含水率高、成分复杂、有潜在环境风险且缺乏足够的土地或者空间贮存等问题，其处理处置也逐步引起了越来越多的关注。
苏州公海贵宾会员检测中心公司科创部在山东恒远利废技术股份有限公司（以下简称 “山东恒远利废”）在固废资源化利用领域多年潜心研究得出的成果的基础上，又考察了具体运行项目，把苏州河道底泥进行化验和小试。苏州河道疏浚底泥的主要化学成分为SiO₂、Al₂O₃和 Fe₂O₃等，同时含有一定量的碱金属氧化物和有机物，是制备陶粒轻骨料的良好原料。山东恒远利废先后以山东沂河底泥、江苏太湖淤泥、苏州新区河道、山东小清河底泥、云南滇池底泥等为原材料开展了多项试验工作，证明利用瀑落式回转窑制备高性能轻骨料技术规模化处置、资源化利用河道底泥具有可行性。
陶粒轻骨料是经高温烧制而成的表面坚硬、内部呈蜂窝状结构的材料，具有密度低、强度高、孔隙率高、软化系数高、抗冻性好、抗碱集料反应等优异性能，可以等体积替代天然砂石用于结构混凝土领域，还可以广泛应用于装配式建筑、（超）高层建筑、海绵城市、大跨度道桥工程、污水处理、地暖回填、污染土壤修复等多个应用领域。
一、利用瀑落式回转窑技术制备河道底泥陶粒轻骨料项目分析
山东恒远利废的利用瀑落式回转窑制备高性能轻骨料技术工艺及核心设备等目前共获得五项发明专利，融合了西欧的三叶回转窑技术、中科院过程所的 “低温度、宽温域烧成” 技术以及山东恒远利废多年在固废资源化利用项目中的总承包经验。
利用该技术生产河道底泥陶粒轻骨料，主要工艺流程见图1。在河道底泥处理处置方面具有如下核心优势：
1. 河道底泥处理处置彻底 “无害化”
核心焙烧设备——瀑落式回转窑在 1200℃以上运行，可以有效杀死底泥中的病原菌、寄生虫等，并且可以将底泥中的重金属固化在陶粒中，使其无法析出 ; 生产用水可以实现内部循环，无废水外排；生产中产生的废渣可以重新返回至配料工段作为生产线原料使用。
2. 河道底泥处理处置 “资源化”
利用该技术可以通过不同的原材料配伍、工艺参数和设备的调节，实现产品的多样化，不仅 可以生产容重低于500kg/m³的超轻陶粒，而且可以生产筒压强度普遍≥10MPa的高强和超高强陶粒，满足客户差异化的市场需要。
其中，利用该技术生产的高强度（筒压强度≥10MPa）、高匀质性的陶粒可以等体积替代天然砂石，广泛应用在高层建筑、装配式建筑、海绵城市建设中；其他轻质陶粒可以通过自由设计用作高附加值功能性材料，如污水处理滤料、土壤修复材料等。
图 2、图 3 分别为山东恒远利废利用江苏和山东某地河道底泥制备的陶粒轻骨料样品，后附主要性能指标测试结果。
3. 节能降耗，提升项目利润
该技术通过工艺和设备的系统整合，包含采用陶粒单位能耗不足传统回转窑 1/2 的瀑落式回转窑、90s 物料均化程度大于 99.8% 的高效立式紊流搅拌机以及独有的生产线（回转窑、冷却机）余热回用设施等，可以大幅降低生产能耗和电耗指标，减少生产过程的碳排放，综合单位陶粒成本较传统工艺和技术降低 1/3 以上。
4. 环境友好
该技术可实现生产过程全密封，避免扬尘、臭气的扩散，且可以将生产线烟气、臭气等收集后集中处理 ; 通过 “低温烘干、高温焙烧” 的工艺设计可以杜绝二噁英的产生；系统环保设施可以满足超低排放的标准要求。
5. 自动化程度高
生产线采用西门子 1200/1500PLC 自动控制系统，可实现生产线监控报警、远程诊断维护、数据存档管理等操作，单条生产线仅需配备操作人员 3 人。
6. 占地小、投资省
以年产 10 万 m³ 高性能轻骨料生产线为例，生产线核心焙烧设备——瀑落式回转窑，长度仅 15 米，相较于同等产能的传统回转窑，不仅易于灵活布置，且大大节省占地面积；总生产线占地 1300 m² 左右即可，可以很大程度上节省客户方的土建投资。
另针对河道底泥处理处置中底泥沿河临时存储、处理规模较小的项目，山东恒远利废推出了一套集装箱可移动式生产装备，可以满足原料布局分散、产能规模较小以及场地面积受限较大的项目需要。
二、河道底泥轻骨料主要市场应用范围
河道底泥轻骨料可用于装配式建筑构件、轻骨料混凝土、海绵城市建设、污水滤料、生态湿地建设等，具有较高附加值，应用前景广阔（见图 5）。
商品混凝土中可以使用轻骨料等替代天然砂石骨料配制成混凝土，可有效减轻建筑物自重，且具有保温性能好、抗渗透性、耐火性强的优势；同时也在装配式建筑结构件、高层建筑保温砌块、大跨度混凝土构件、地基回填浇筑等均可广泛使用。
1. 海绵城市渗水储水。轻骨料内部具有较多的孔隙，吸附性强，是建设海绵城市理想的海绵体材料。可用在建筑绿色屋顶无土栽培、透水路面铺设等。轻骨料能吸收并锁住大量雨水，消除城市内涝，天气炎热时水分蒸发，减轻城市热岛效应。
2. 用作污水治理滤料。轻骨料滤料质轻、孔隙率高、比表面
积大，有足够的机械强度、吸附力强，化学性能稳定，且价格比活性炭便宜，适宜于脱色等处理，也可用作工业滤料。
3. 湿地浮床绿植栽培。超轻通孔的轻骨料由于孔隙分布均匀，
渗透能力强、吸水性强，可用于微生物、绿色植物的栽培。将其用于浮床生态系统、湿地生态系统等，有利于植物根系生长，可净化各种水系，是处理富营养化水体的理想方式。
三、小结
河道底泥的处理处置势在必行，利用山东恒远利废的瀑落式回转窑制备高性能轻骨料技术，可以无害化、资源化利用河道底泥，解决河道底泥处理处置中的环境保护问题，一方面，生产的产品可以替代天然砂石，实现优质战略砂石资源的储备，解决其可持续发展的问题，另一方面，可以为下游行业提供结构和功能于一体的绿色轻骨料材料，解决其原材料供给问题，是河道底泥处理处置中的优质技术。
苏州水利局和相关部门都对山东恒远利废进行了考察，觉得其投资可靠性强，具备可循环利用特征。山东恒远涉及矿业、煤炭、冶金、建材、市政、造纸、医废等二十多个领域的固废处置及综合利用，凭借扎实的技术功底、丰富的固废整体解决方案项目建设和管理经验，解决了河道底泥处理最后一公里问题。
苏州公海贵宾会员检测中心公司科创部在山东恒远利废技术股份有限公司（以下简称 “山东恒远利废”）在固废资源化利用领域多年潜心研究得出的成果的基础上，又考察了具体运行项目，把苏州河道底泥进行化验和小试。苏州河道疏浚底泥的主要化学成分为SiO₂、Al₂O₃和 Fe₂O₃等，同时含有一定量的碱金属氧化物和有机物，是制备陶粒轻骨料的良好原料。山东恒远利废先后以山东沂河底泥、江苏太湖淤泥、苏州新区河道、山东小清河底泥、云南滇池底泥等为原材料开展了多项试验工作，证明利用瀑落式回转窑制备高性能轻骨料技术规模化处置、资源化利用河道底泥具有可行性。
陶粒轻骨料是经高温烧制而成的表面坚硬、内部呈蜂窝状结构的材料，具有密度低、强度高、孔隙率高、软化系数高、抗冻性好、抗碱集料反应等优异性能，可以等体积替代天然砂石用于结构混凝土领域，还可以广泛应用于装配式建筑、（超）高层建筑、海绵城市、大跨度道桥工程、污水处理、地暖回填、污染土壤修复等多个应用领域。
一、利用瀑落式回转窑技术制备河道底泥陶粒轻骨料项目分析
山东恒远利废的利用瀑落式回转窑制备高性能轻骨料技术工艺及核心设备等目前共获得五项发明专利，融合了西欧的三叶回转窑技术、中科院过程所的 “低温度、宽温域烧成” 技术以及山东恒远利废多年在固废资源化利用项目中的总承包经验。
利用该技术生产河道底泥陶粒轻骨料，主要工艺流程见图1。在河道底泥处理处置方面具有如下核心优势：
1. 河道底泥处理处置彻底 “无害化”
核心焙烧设备——瀑落式回转窑在 1200℃以上运行，可以有效杀死底泥中的病原菌、寄生虫等，并且可以将底泥中的重金属固化在陶粒中，使其无法析出 ; 生产用水可以实现内部循环，无废水外排；生产中产生的废渣可以重新返回至配料工段作为生产线原料使用。
2. 河道底泥处理处置 “资源化”
利用该技术可以通过不同的原材料配伍、工艺参数和设备的调节，实现产品的多样化，不仅 可以生产容重低于500kg/m³的超轻陶粒，而且可以生产筒压强度普遍≥10MPa的高强和超高强陶粒，满足客户差异化的市场需要。
其中，利用该技术生产的高强度（筒压强度≥10MPa）、高匀质性的陶粒可以等体积替代天然砂石，广泛应用在高层建筑、装配式建筑、海绵城市建设中；其他轻质陶粒可以通过自由设计用作高附加值功能性材料，如污水处理滤料、土壤修复材料等。
图 2、图 3 分别为山东恒远利废利用江苏和山东某地河道底泥制备的陶粒轻骨料样品，后附主要性能指标测试结果。
3. 节能降耗，提升项目利润
该技术通过工艺和设备的系统整合，包含采用陶粒单位能耗不足传统回转窑 1/2 的瀑落式回转窑、90s 物料均化程度大于 99.8% 的高效立式紊流搅拌机以及独有的生产线（回转窑、冷却机）余热回用设施等，可以大幅降低生产能耗和电耗指标，减少生产过程的碳排放，综合单位陶粒成本较传统工艺和技术降低 1/3 以上。
4. 环境友好
该技术可实现生产过程全密封，避免扬尘、臭气的扩散，且可以将生产线烟气、臭气等收集后集中处理 ; 通过 “低温烘干、高温焙烧” 的工艺设计可以杜绝二噁英的产生；系统环保设施可以满足超低排放的标准要求。
5. 自动化程度高
生产线采用西门子 1200/1500PLC 自动控制系统，可实现生产线监控报警、远程诊断维护、数据存档管理等操作，单条生产线仅需配备操作人员 3 人。
6. 占地小、投资省
以年产 10 万 m³ 高性能轻骨料生产线为例，生产线核心焙烧设备——瀑落式回转窑，长度仅 15 米，相较于同等产能的传统回转窑，不仅易于灵活布置，且大大节省占地面积；总生产线占地 1300 m² 左右即可，可以很大程度上节省客户方的土建投资。
另针对河道底泥处理处置中底泥沿河临时存储、处理规模较小的项目，山东恒远利废推出了一套集装箱可移动式生产装备，可以满足原料布局分散、产能规模较小以及场地面积受限较大的项目需要。
二、河道底泥轻骨料主要市场应用范围
河道底泥轻骨料可用于装配式建筑构件、轻骨料混凝土、海绵城市建设、污水滤料、生态湿地建设等，具有较高附加值，应用前景广阔（见图 5）。
商品混凝土中可以使用轻骨料等替代天然砂石骨料配制成混凝土，可有效减轻建筑物自重，且具有保温性能好、抗渗透性、耐火性强的优势；同时也在装配式建筑结构件、高层建筑保温砌块、大跨度混凝土构件、地基回填浇筑等均可广泛使用。
1. 海绵城市渗水储水。轻骨料内部具有较多的孔隙，吸附性强，是建设海绵城市理想的海绵体材料。可用在建筑绿色屋顶无土栽培、透水路面铺设等。轻骨料能吸收并锁住大量雨水，消除城市内涝，天气炎热时水分蒸发，减轻城市热岛效应。
2. 用作污水治理滤料。轻骨料滤料质轻、孔隙率高、比表面
积大，有足够的机械强度、吸附力强，化学性能稳定，且价格比活性炭便宜，适宜于脱色等处理，也可用作工业滤料。
3. 湿地浮床绿植栽培。超轻通孔的轻骨料由于孔隙分布均匀，
渗透能力强、吸水性强，可用于微生物、绿色植物的栽培。将其用于浮床生态系统、湿地生态系统等，有利于植物根系生长，可净化各种水系，是处理富营养化水体的理想方式。
三、小结
河道底泥的处理处置势在必行，利用山东恒远利废的瀑落式回转窑制备高性能轻骨料技术，可以无害化、资源化利用河道底泥，解决河道底泥处理处置中的环境保护问题，一方面，生产的产品可以替代天然砂石，实现优质战略砂石资源的储备，解决其可持续发展的问题，另一方面，可以为下游行业提供结构和功能于一体的绿色轻骨料材料，解决其原材料供给问题，是河道底泥处理处置中的优质技术。
苏州水利局和相关部门都对山东恒远利废进行了考察，觉得其投资可靠性强，具备可循环利用特征。山东恒远涉及矿业、煤炭、冶金、建材、市政、造纸、医废等二十多个领域的固废处置及综合利用，凭借扎实的技术功底、丰富的固废整体解决方案项目建设和管理经验，解决了河道底泥处理最后一公里问题。