南寧市城市污水廠污泥填埋實(shí)驗(yàn)研究

許謙 林思遠(yuǎn)

【摘 要】為解決南寧市城市污水處理廠污泥處置能力不足的問(wèn)題，以南寧市江南污水處理廠污泥填埋為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，研究污泥按“飛灰”標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)飛灰區(qū)單獨(dú)填埋和進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)與垃圾混合填埋的可能性。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，江南污水處理廠污泥的重金屬含量、二噁英含量均遠(yuǎn)低于填埋要求，但由于含水率較高，其力學(xué)強(qiáng)度均不能滿足填埋要求。當(dāng)污泥與石灰及土按照5∶1∶4的比例固化后，其抗壓強(qiáng)度最高可達(dá)850 kPa，遠(yuǎn)高于填埋要求，同時(shí)本次研究還對(duì)污泥進(jìn)行了最佳含水率實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)出當(dāng)污泥含水率為21.4%的時(shí)候，擁有最佳抗壓強(qiáng)度。

【關(guān)鍵詞】污泥填埋;污泥固化;力學(xué)強(qiáng)度;最佳含水率

【中圖分類號(hào)】TU992.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）10-0088-03

南寧市目前擁有生活污水處理廠9座，設(shè)計(jì)污水處理能力為95.2萬(wàn)m3/d，日產(chǎn)污泥（含水率80%）約500余t，主要處理處置方式為好氧堆肥制取營(yíng)養(yǎng)土和水泥窯協(xié)同焚燒制取水泥。污泥營(yíng)養(yǎng)土利用受季節(jié)因素和市場(chǎng)制約因素影響較大，春耕季節(jié)需要營(yíng)養(yǎng)土產(chǎn)量較高，冬季偏少，而水泥窯協(xié)同焚燒制取水泥也受到水泥營(yíng)銷情況的影響。隨著南寧市的不斷發(fā)展，污泥產(chǎn)生量不斷增加，但污泥制營(yíng)養(yǎng)土和水泥市場(chǎng)又趨近于飽和，無(wú)法進(jìn)一步接收污水廠的污泥。所以，開(kāi)辟一條新的污泥處理處置路線，緊迫而必要。污泥填埋處理具有投資少、容量大、見(jiàn)效快等優(yōu)點(diǎn)，可以很好地作為以上兩種處理處置方式的補(bǔ)充，但是在填埋過(guò)程中往往會(huì)遇到兩個(gè)方面的問(wèn)題：一是污泥本身的性質(zhì)主要是力學(xué)性質(zhì)較差，不經(jīng)過(guò)處理難以滿足填埋要求;二是填埋后對(duì)環(huán)境可能產(chǎn)生影響[1]。不同的資源化途徑對(duì)固化污泥的強(qiáng)度都有不同的要求。國(guó)外對(duì)作為填埋處理的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度要求>50 kPa，作為建筑填土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度要求>200 kPa[2]，我國(guó)的《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）要求污泥含水率需<30%（進(jìn)入飛灰區(qū)），并對(duì)浸出液重金屬含量做出了要求[3]，一般污水處理廠脫水污泥和壓濾污泥均很難達(dá)到這種填埋要求，同時(shí)污泥填埋易產(chǎn)生惡臭和滲濾液，造成環(huán)境污染。因此，污泥填埋前必須選擇合適的工藝處理。

1 污泥特性分析

選取南寧市具有代表性的江南污水處理廠污泥作為研究對(duì)象，該污泥從二沉池排出經(jīng)機(jī)械濃縮后，再由帶式壓濾機(jī)脫水壓成泥餅。污泥性狀見(jiàn)表1。

由表1可知，樣品污泥由于含水率較高，抗壓強(qiáng)度僅為5.7 kPa，抗剪強(qiáng)度僅為2.1 kPa，從含水率和力學(xué)角度上講，不符合填埋標(biāo)準(zhǔn)，但重金屬含量、揮發(fā)酚等物質(zhì)含量遠(yuǎn)低于《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 混合填埋用泥質(zhì)》（CJ/T 249—2007）標(biāo)準(zhǔn)。值得一提的是，本次研究對(duì)污泥的二噁英含量也進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果為總-I-TEQ：0.49 ng/kg，遠(yuǎn)低于《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）中的3 ng/kg的標(biāo)準(zhǔn)，符合污泥進(jìn)入生活垃圾填埋場(chǎng)飛灰區(qū)進(jìn)行單獨(dú)填埋的要求。由于含水率及強(qiáng)度不足，所以應(yīng)添加一定的材料，改善污泥的力學(xué)性質(zhì)[1]，使污泥滿足填埋的基本要求。

2 污泥的填埋實(shí)驗(yàn)研究

2.1 最佳含水率分析

在填埋過(guò)程中，為了提高填土的強(qiáng)度，增加土的密實(shí)度，降低其透水性和壓縮性，常將填土夯實(shí)。夯實(shí)土樣是最簡(jiǎn)單易行的土質(zhì)改良方法，土樣經(jīng)夯實(shí)后，土體變得密實(shí)又堅(jiān)硬，對(duì)填埋很有利，所以工程上利用干密度作為夯實(shí)的質(zhì)量檢驗(yàn)指標(biāo)。室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)就是模擬工程現(xiàn)場(chǎng)的夯實(shí)原理，利用標(biāo)準(zhǔn)化的擊實(shí)儀和操作規(guī)程，對(duì)土料施加一定的沖擊荷載使之壓實(shí)，從而確定所需的最大定干密度和最優(yōu)含水率，作為選擇填土有效強(qiáng)度、夯實(shí)次數(shù)等主要依據(jù)。

本研究運(yùn)用擊實(shí)試驗(yàn)找到污泥樣品的最佳含水率，從而確定污泥的最佳抗壓強(qiáng)度。這個(gè)方法是用不同的擊實(shí)功（錘重×落距×錘擊次數(shù)）分別錘擊不同含水量的污泥樣品，并測(cè)定相應(yīng)的干容重，從而求得最大干容重、最佳含水率。此次實(shí)驗(yàn)污泥泥樣采自江南污水處理廠，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

從圖1可以知，污泥樣品最大干密度為1.25 g/cm3，最佳含水率為21.7%，即污泥在最佳含水率約21.7%狀態(tài)下具有最佳抗壓強(qiáng)度，也就說(shuō)當(dāng)污泥脫水至約22%的含水率時(shí)，可以形成有效的抗壓強(qiáng)度。

2.2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)分析

污泥填埋的主要問(wèn)題就是強(qiáng)度不足，脫水污泥通過(guò)進(jìn)一步降低含水率和添加適當(dāng)?shù)墓袒瘎?，污泥的?qiáng)度可以提高[4]，本次研究主要采用以黏土和石灰為固化添加劑進(jìn)行污泥固化研究。

目前，相關(guān)規(guī)范中尚無(wú)關(guān)于固化污泥這類改性土的檢測(cè)方法，從所檢索的和固化污泥類似的固化淤泥檢測(cè)方法內(nèi)容來(lái)看，所采用的制樣方法為將固化后的污泥填筑于模具中，分層壓實(shí)，養(yǎng)護(hù)至一定齡期后測(cè)定其強(qiáng)度。按照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50123—1999）關(guān)于無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法的要求，對(duì)試驗(yàn)的尺寸規(guī)定如下：樣品直徑宜為35～50 mm，高度與直徑之比宜采用2.0～2.5，分3層裝入制樣模具，每層振實(shí)后再裝入下一層。在陰涼處養(yǎng)護(hù)1 d后脫模，脫模后繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)齡期進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

本次研究根據(jù)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)驗(yàn)及曹永華的研究成果[5]選定固化配比，分別為將污泥∶石灰∶黏土為5∶1∶4和6∶2∶2的比例進(jìn)行混合后，標(biāo)養(yǎng)6 d并浸水1 d檢測(cè)兩種固化配比的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

由表4不難看出，污泥∶石灰∶黏土按照5∶4∶1的配比較6∶2∶2的配比固化效果更好，兩組數(shù)據(jù)僅養(yǎng)護(hù)6 d抗壓強(qiáng)度就能達(dá)到>50 kPa的標(biāo)準(zhǔn)要求，但5∶4∶1的配比不但抗壓強(qiáng)度較6∶2∶2強(qiáng)，且吸水率只有6∶2∶2配比的一半，對(duì)填埋是有利的，下一步將按照污泥∶石灰∶黏土按照5∶4∶1的配比研究養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響。最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，抗壓強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間增加，當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間到24 d的時(shí)候達(dá)到最大值850 kPa，而后有所降低，從污泥的配比實(shí)驗(yàn)及養(yǎng)護(hù)關(guān)系時(shí)間來(lái)看，在某一區(qū)間范圍內(nèi)，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與污泥在樣品比重呈反比例關(guān)系，與樣品養(yǎng)護(hù)時(shí)間呈正比例關(guān)系。但與曹永華的研究成果[5]所不同的是，在南寧市本地的污水廠污泥與土及石灰混合，污泥的占比可以更高，而且也更易達(dá)到規(guī)范要求的抗壓強(qiáng)度，也就是可以較少地使用固化材料，從而達(dá)到較高的抗壓強(qiáng)度，這對(duì)降低污泥固化填埋成本是很有意義的，今后應(yīng)在此實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行大量正交試驗(yàn)后確定最佳混合比例。

2.3 污泥浸出液重金屬含量

污泥固化后的浸出液主要采用原子吸收分光光度法、消解后原子熒光光譜法測(cè)定，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

由表5可知，污泥固化后的浸出液含量均可滿足生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)GB 16889—2008第6.3條規(guī)定的浸出液污染物質(zhì)量濃度限值，符合按照飛灰標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)飛灰區(qū)的要求。

3 結(jié)論和思考

（1）在城市污水處理過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生大量污泥，南寧市污泥處理處置主要以土地利用及建材利用為主，兩種方式均受到市場(chǎng)供需的影響。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看，污泥的處理處置不是采用一種或兩種方式就能完全解決的，而應(yīng)多形式、多渠道地解決，污泥的固化填埋雖然可能不是污泥減量化和資源化的最好處置方法，但是卻可以為南寧市污泥處理處置提供了很好的補(bǔ)充。

（2）通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，南寧市污泥在固化處理前，污染物濃度指標(biāo)符合混合填埋要求，但是力學(xué)指標(biāo)不能滿足混合填埋要求，必須添加固化劑提高力學(xué)性能才能滿足填埋要求，本次研究在以一定比例添加黏土和石灰后，其抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于50 kPa的要求，甚至可以滿足建筑填土的要求，是南寧市污泥處置的一個(gè)新方向。

（3）經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究，在固化處理以后，污泥的各項(xiàng)指標(biāo)均符合允“飛灰”的型式進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行單獨(dú)填埋，但目前我國(guó)并沒(méi)有一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)或者法規(guī)允許污泥以“飛灰”的型式進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行單獨(dú)填埋，今后廣西應(yīng)深入污泥固化研究，嘗試制定污泥單獨(dú)填埋的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

（4）本次實(shí)驗(yàn)檢測(cè)出污泥最佳含水率約22%，要達(dá)到如此低的含水率在現(xiàn)有的技術(shù)條件下要耗費(fèi)大量的能量，因此采用固化處理提高力學(xué)性能是一個(gè)行之有效的途徑。

（5）本次實(shí)驗(yàn)沒(méi)有對(duì)污泥混合比進(jìn)行大量正交實(shí)驗(yàn)，從當(dāng)次的研究來(lái)看，南寧市污泥達(dá)到相應(yīng)的力學(xué)強(qiáng)度，所需添加固化物質(zhì)的含量應(yīng)比此次實(shí)驗(yàn)更低，污泥比重應(yīng)更高。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]馬建立，趙由才，張華，等.城市污水處理廠不同性狀污泥填埋工藝的實(shí)驗(yàn)研究[J].給水排水，2007，33（10）.

[2]王宇峰，李瑞紅，王小強(qiáng)，等.城市污水污泥固化處理實(shí)驗(yàn)研究[J].應(yīng)用化工，2007，33（10）.

[3]GB 16889—2008，生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4]趙樂(lè)樹(shù)，戴樹(shù)佳，辜顯華.污泥填埋技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展[J].中國(guó)給水排水，2004，20（4）.

[5]曹永華.市政污泥的固化填埋處理研究[D].天津：天津大學(xué)，2005.

[6]USAEPA.Proeess Design Manual：Surface Disposal of Sewage Sludgeand Domestic SePtage[Z].Was-hington，DC 20460：USAEPA （EPA/625/K-95/002）.

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