污泥改性填埋預(yù)處理技術(shù)實(shí)踐*

黃建剛，李　夏，賈　川，宋立杰，陳善平

（1.上海老港固廢綜合開發(fā)有限公司，上海　200336；2.上海市環(huán)境工程設(shè)計(jì)科學(xué)研究院有限公司，上海　200232）

污泥改性填埋預(yù)處理技術(shù)實(shí)踐*

黃建剛1，李夏1，賈川2，宋立杰2，陳善平2

（1.上海老港固廢綜合開發(fā)有限公司，上海200336；2.上海市環(huán)境工程設(shè)計(jì)科學(xué)研究院有限公司，上海200232）

分析比較了污泥固化/穩(wěn)定化技術(shù)和深度脫水技術(shù)。介紹了上海老港填埋場項(xiàng)目、上海白龍港污泥深度脫水工程的狀況，得出了固化/穩(wěn)定化技術(shù)是前期應(yīng)用較多的技術(shù)，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，污泥深度脫水技術(shù)更受青睞。

污水污泥；固化/穩(wěn)定化；深度脫水

GB/T23485—2009城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置混合填埋用泥質(zhì)要求，污泥用于混合填埋時(shí)，含水率不得超過60%，混合比例不超過8%。然而，常規(guī)的帶式壓濾、離心脫水等技術(shù)只能將污泥的含水率降至80%左右，無法滿足混合填埋的入場要求，為此有必要開發(fā)合適的預(yù)處理技術(shù)，使得脫水污泥滿足填埋場的入場標(biāo)準(zhǔn)。

1　污泥改性預(yù)處理技術(shù)

1.1固化/穩(wěn)定化技術(shù)

污泥填埋預(yù)處理實(shí)質(zhì)上是通過改性技術(shù)改善污泥的高含水率、高黏度、易流變性、高持水性和低滲透系數(shù)等特性的工藝過程，固化/穩(wěn)定化技術(shù)是早期應(yīng)用較多的污泥預(yù)處理方法。固化技術(shù)起源于20世紀(jì)50年代對(duì)放射性廢物的處理，其主要機(jī)理是通過一系列物理化學(xué)反應(yīng)將有毒有害物質(zhì)固化在網(wǎng)鏈（晶格）中。固化/穩(wěn)定化過程可以明顯改善污泥的力學(xué)性能和物化性能，有效提高污泥高位熱值，使其可進(jìn)行填埋、焚燒或轉(zhuǎn)化為可再生利用材料等。

固化/穩(wěn)定化技術(shù)的關(guān)鍵是研發(fā)高效的污泥固化藥劑。目前已開展了較多的固化脫水劑研究。美國EPA比較推行以水泥作為固化材料對(duì)污泥進(jìn)行固化［1］。研究［2］指出，將石灰、粉煤灰或水泥與污泥混合后，會(huì)生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，水化產(chǎn)物填充到污泥的間隙中，使固化體強(qiáng)度得以提高。對(duì)Pb、Cr的穩(wěn)定化作用是通過表面反應(yīng)和調(diào)解pH控制的，其中Pb的穩(wěn)定化是通過CaO實(shí)現(xiàn)的，而飛灰的加入則能夠有效促進(jìn)Cr6+的穩(wěn)定化效果。

S.Valls等［3］研究了波特蘭水泥的固化效果，通過水合作用，形成了堅(jiān)硬而穩(wěn)定的固化產(chǎn)品。2種標(biāo)號(hào)水泥的固化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)相同，但反應(yīng)速度和水合物的濃度不同。同時(shí)發(fā)現(xiàn)CaCl2和Ca（OH）2可以有效促進(jìn)波特蘭水泥的水化反應(yīng)過程，當(dāng)兩者的添加量分別為3%和2%時(shí)，污泥的固化效果最好，加快污泥的固化進(jìn)程，有效地縮短了其固化穩(wěn)化時(shí)間。

馬建立等［4］采用氯氧鎂穩(wěn)定劑對(duì)污水廠污泥進(jìn)行穩(wěn)定化結(jié)果表明，氯氧鎂中的MgCl2具有高吸水性，對(duì)污泥的吸水效率可以達(dá)到1.55 mL/g，同時(shí)氯氧鎂穩(wěn)定劑在污泥中發(fā)生水化反應(yīng)，還能結(jié)合部分水分，有效降低污泥的含水率；固化污泥在第10天的抗壓強(qiáng)度最大可以達(dá)到85.14 kg/cm2，此時(shí)的最佳MOC/污泥和MgO/MgCl2分別為3/100和3/1；另外，污泥中的 Si2+、Al3+、Cu2+等離子在Mg2+和OH-激發(fā)下形成了Mg2Si2Al凝膠體系，有利于重金屬離子的穩(wěn)定化，穩(wěn)定化污泥中Cu、Zn、Cd、Cr、As的含量均低于浸出標(biāo)準(zhǔn)值。

鄭修軍等［5］研究了硅酸鹽固化材料、堿性固化材料和黏土系輔助材料共同組合時(shí)對(duì)固化污泥強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明，常用的各種系列污泥固化材料中硅酸鹽固化材料和堿性固化材料對(duì)固化污泥強(qiáng)度的形成起主要作用，而堿性固化材料更有助于固化污泥早期強(qiáng)度的形成，硅酸鹽固化材料的作用到后期會(huì)明顯地表現(xiàn)出來，黏土系輔助材料在添加后主要起系數(shù)和構(gòu)建無機(jī)骨架的作用。

張美蘭［6］在老港生活垃圾衛(wèi)生填埋場對(duì)不同公司提供的固化藥劑開展了為期5 d的現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)。試驗(yàn)所采用的原生污泥含水率72%，固化養(yǎng)護(hù)后，前3 d污泥含水率直線下降，第4天趨于穩(wěn)定。第1天污泥固化攪拌后，含水率可降至50%～60%，4 d養(yǎng)護(hù)后，可降至28%～42%。但由于固化藥劑均呈不同程度的堿性，固化養(yǎng)護(hù)過程中有明顯的氨氣釋放。

同濟(jì)大學(xué)趙由才帶領(lǐng)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型的鎂系凝膠固化劑（M1固化劑），以鎂鹽、氯酸鹽、磷酸鹽、二元醇等為主要原料，并加入促凝劑和防水劑而成。添加量為污泥量的5%～8%，可在短期內(nèi)（1～2 d）使污泥凝固，達(dá)到填埋要求。配合特制的耐壓彈性板框壓濾機(jī)，脫水后污泥含水率可降至50%以下。

周海燕等［7］試驗(yàn)了M1固化劑在老港填埋場的實(shí)際應(yīng)用效果，并考察了污泥煤燃料焚燒灰渣作為替代固化劑的可能性。研究表明，M1固化劑在10%的投加量下，可使污泥含水率在養(yǎng)護(hù)7 d后降至22.1%。污泥煤燃料焚燒灰渣作為固化劑，也能明顯改善污泥的脫水性能，投加比例為4.76%～16.7%時(shí)，經(jīng)過3 d和6 d的養(yǎng)護(hù)后，含水率分別降至46.53%～41.08%和34.29%～23.92%，完全可以代替M1固化劑使用。固化污泥的含水率越低，用作固化劑時(shí)的投加量越小。

1.2深度脫水技術(shù)

深度脫水是指脫水后污泥含水率達(dá)到55%～65%，特殊條件下污泥含水率還可以更低。污泥經(jīng)深度脫水后，可在水泥窯、熱電廠或垃圾焚燒爐協(xié)同焚燒，也可進(jìn)一步干化焚燒，也可直接進(jìn)行填埋。深度脫水工藝的效果主要取決于污泥調(diào)理藥劑和板框壓濾設(shè)備2個(gè)關(guān)鍵因素。污泥調(diào)理的原理主要是對(duì)污泥顆粒表面有機(jī)物進(jìn)行作用，或者對(duì)污泥的細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，降低污泥的含水率。調(diào)理方法主要有化學(xué)調(diào)理、物理調(diào)理和熱工調(diào)理等3種，化學(xué)調(diào)理因其來源廣泛、成本低廉從而得到了廣泛的應(yīng)用。污泥經(jīng)調(diào)理后，在板框壓濾機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)脫水。板框壓濾設(shè)備一般由機(jī)架、濾板、濾布、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等5個(gè)部分組成，其中的核心部件濾板在結(jié)構(gòu)上經(jīng)歷了板框式、廂式、可變?yōu)V室隔膜壓榨式3個(gè)階段的發(fā)展，目前業(yè)界公認(rèn)的最新材料則采用增強(qiáng)聚丙烯。

2009年4月，國內(nèi)廠商的高壓隔膜壓濾設(shè)備在廈門多個(gè)污水廠批量應(yīng)用，效果理想。污泥經(jīng)重力濃縮、FeCl3和CaO調(diào)質(zhì)、高壓隔膜廂式壓濾機(jī)深度脫水處理后，泥餅含水率＜60%，自然放置7 d后，含水率可進(jìn)一步降至45%左右；泥餅基本無臭味，糞大腸菌群數(shù)為零［8］。自此，污泥深度脫水技術(shù)在國內(nèi)得到了迅速發(fā)展，杭州［9］、上海、南京等地紛紛上馬相應(yīng)工程項(xiàng)目，成為各地應(yīng)對(duì)污泥圍城、解決污泥出路問題的重要舉措。

有學(xué)者對(duì)污泥深度脫水過程的COD減排量、CO2減排量進(jìn)行了核算：處理量為1.0×105m3/d的普通二級(jí)污水處理廠產(chǎn)生的污泥經(jīng)深度脫水—焚燒、深度脫水—填埋工藝進(jìn)行有效的處理處置，每日COD可減排5.52 t；經(jīng)深度脫水—焚燒工藝處理處置，每日CO2可減少排放26.06 t；經(jīng)深度脫水—填埋工藝處理處置，CO2每日減排達(dá)5.61t［10］。

2　工程實(shí)例

2.1上海老港填埋場污泥固化項(xiàng)目

自2007年開始，上海老港填埋場一二三期開始承擔(dān)上海城區(qū)市政脫水污泥的處置任務(wù)，技術(shù)路線采用“固化預(yù)處理+養(yǎng)護(hù)+衛(wèi)生填埋”。污泥固化示范工程設(shè)計(jì)處理量1 000 t/d，采用M1固化劑［11］。短駁車輛將含水率80%的脫水污泥卸入儲(chǔ)坑后，由雙無軸螺旋輸送機(jī)計(jì)量送入滾筒攪拌機(jī)中，固化劑由螺旋輸送機(jī)送入雙無軸螺旋輸送機(jī)內(nèi)與污泥進(jìn)行混合，以保證攪拌機(jī)中的固化反應(yīng)均勻。反應(yīng)后物料由皮帶輸送機(jī)輸送至料倉暫存后運(yùn)往養(yǎng)護(hù)區(qū)養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間后送去填埋。

該設(shè)備系統(tǒng)自2009年6月開始運(yùn)行，主要運(yùn)行參數(shù)為：固化劑投加比例10%，養(yǎng)護(hù)時(shí)間7d。固化養(yǎng)護(hù)后，污泥含水率50%～55%，密度1.1～1.2g/cm3，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度＞50kN/m2，十字板抗剪強(qiáng)度≥25kN/m2，含水率≤60%，臭度強(qiáng)度低于三級(jí)。固化后的污泥可滿足GB/T 23485—2009城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置混合填埋用泥質(zhì)的土力學(xué)特性指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)污泥的安全衛(wèi)生填埋。

2.2上海白龍港污泥深度脫水工程

上海市污泥的主要出路是送至老港填埋場污泥庫區(qū)進(jìn)行填埋處置，然而由于老港現(xiàn)有的污泥固化預(yù)處理設(shè)施處理規(guī)模有限，而規(guī)劃中的數(shù)項(xiàng)污泥處理處置工程尚在建設(shè)之中未能如期投用，導(dǎo)致上海市污水污泥的出路成了一個(gè)重大問題。為解決未來一段時(shí)期上海市污水污泥的出路問題，上海市于2011年12月開始建設(shè)白龍港污泥深度脫水應(yīng)急工程，2012年6月開始調(diào)試［12］。該工程設(shè)計(jì)污泥處理規(guī)模為1 500 t/d（含水率約為80%），處理目標(biāo)包括白龍港污水處理廠的濃縮污泥（含水率約97%，折算為80%含水率的脫水污泥為750 t/d）和中心城區(qū)其他污水廠的脫水污泥約750 t/d（含水率80%計(jì)）。

污泥處理采用混合調(diào)理—化學(xué)調(diào)理—隔膜壓濾的處理工藝。采用商品FeCl3溶液和現(xiàn)場配制的石灰乳溶液為污泥調(diào)理藥劑，設(shè)計(jì)FeCl3投加量為干泥量的8%，CaO投加量為干泥量的20%。設(shè)置26套隔膜壓濾設(shè)備（22用4備，其中國產(chǎn)設(shè)備20套，進(jìn)口設(shè)備6套），單個(gè)批次反應(yīng)時(shí)間為2～4 h。化學(xué)調(diào)理后的污泥由污泥提升泵注入隔膜壓濾設(shè)備中，進(jìn)泥最大壓力為1.2 MPa，進(jìn)泥時(shí)間為1.5～2.0 h；停止進(jìn)泥后，通過隔膜擠壓泵對(duì)壓濾機(jī)中的隔膜加壓，壓力為1.5 MPa，壓濾時(shí)間為10～20 min；之后利用高壓空氣吹脫壓濾機(jī)中心進(jìn)泥管中的污泥及空腔內(nèi)的濾液，時(shí)間約為1 min；最后松開壓濾機(jī)濾板，排盡剩余濾液；壓濾結(jié)束后，卸除濾板內(nèi)的泥餅至卸料斗，經(jīng)螺旋輸送機(jī)輸送至污泥車外運(yùn)。

試生產(chǎn)和運(yùn)行中，實(shí)際處理規(guī)模不低于300 t/d，平均311.03 t/d，深度脫水后污泥含水率低于60%，符合GB/T 23485—2009城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理混合填埋用泥質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)（含水率≤60%）。運(yùn)行中，調(diào)理藥劑的用量與設(shè)計(jì)量相比有所增加，實(shí)際電耗低于設(shè)計(jì)能耗。

3　結(jié)論

脫水污泥的合理處置已成為國內(nèi)關(guān)注的熱點(diǎn)問題。脫水后填埋是我國污泥處置的主要路徑。然而由于脫水污泥含水率仍較高，無論單獨(dú)填埋或是混合填埋，都會(huì)帶來一系列問題，為此有必要經(jīng)適當(dāng)預(yù)處理改性后再填埋。固化/穩(wěn)定化技術(shù)是前期研究和應(yīng)用較多的技術(shù)，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，污泥深度脫水技術(shù)更受青睞。

［1］ 李磊.污泥固化處理技術(shù)及重金屬污染控制研究［D］.南京：河海大學(xué)，2006.

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Pretreatment Technology Practice of Sludge Modified Landfill

Huang Jiangang1，Li Xia1，Jia Chuan2，Song Lijie2，Chen Shanping2
（1.Shanghai Laogang Waste Utilization Co.Ltd.，Shanghai200336；2.Shanghai Institute for Design&Research on Environmental Engineering，Shanghai200232）

The technologies of sludge solidification/stabilization and advanced dewatering were analyzed and compared. The project situations of Shanghai Laogang landfill and Shanghai Bailonggang sludge advanced dewatering were introduced.It was proposed that sludge solidification/stabilization technology was widely applied in the early stage.But with the improvement ofadvanced sludge dewatering technology，it will be more popular.

sewage sludge；solidification/stabilization；advanced dewatering

X703.1

A

1005-8206（2016）04-0019-03

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAC15B05）收稿日期：2015-02-12

黃建剛（1978—），工程師，主要從事固體廢物處理及環(huán)境整治工作。