南寧市城市污水廠污泥填埋實驗研究

許謙 林思遠

【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題，以南寧市江南污水處理廠污泥填埋為實驗對象，研究污泥按“飛灰”標準進入垃圾填埋場飛灰區單獨填埋和進入垃圾填埋場與垃圾混合填埋的可能性。經過實驗研究，江南污水處理廠污泥的重金屬含量、二噁英含量均遠低于填埋要求，但由于含水率較高，其力學強度均不能滿足填埋要求。當污泥與石灰及土按照5∶1∶4的比例固化后，其抗壓強度最高可達850 kPa，遠高于填埋要求，同時本次研究還對污泥進行了最佳含水率實驗，檢測出當污泥含水率為21.4%的時候，擁有最佳抗壓強度。

【關鍵詞】污泥填埋;污泥固化;力學強度;最佳含水率

【中圖分類號】TU992.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）10-0088-03

南寧市目前擁有生活污水處理廠9座，設計污水處理能力為95.2萬m3/d，日產污泥（含水率80%）約500余t，主要處理處置方式為好氧堆肥制取營養土和水泥窯協同焚燒制取水泥。污泥營養土利用受季節因素和市場制約因素影響較大，春耕季節需要營養土產量較高，冬季偏少，而水泥窯協同焚燒制取水泥也受到水泥營銷情況的影響。隨著南寧市的不斷發展，污泥產生量不斷增加，但污泥制營養土和水泥市場又趨近于飽和，無法進一步接收污水廠的污泥。所以，開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、見效快等優點，可以很好地作為以上兩種處理處置方式的補充，但是在填埋過程中往往會遇到兩個方面的問題：一是污泥本身的性質主要是力學性質較差，不經過處理難以滿足填埋要求;二是填埋后對環境可能產生影響[1]。不同的資源化途徑對固化污泥的強度都有不同的要求。國外對作為填埋處理的無側限抗壓強度要求>50 kPa，作為建筑填土無側限抗壓強度要求>200 kPa[2]，我國的《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889—2008）要求污泥含水率需<30%（進入飛灰區），并對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到這種填埋要求，同時污泥填埋易產生惡臭和滲濾液，造成環境污染。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象，該污泥從二沉池排出經機械濃縮后，再由帶式壓濾機脫水壓成泥餅。污泥性狀見表1。

由表1可知，樣品污泥由于含水率較高，抗壓強度僅為5.7 kPa，抗剪強度僅為2.1 kPa，從含水率和力學角度上講，不符合填埋標準，但重金屬含量、揮發酚等物質含量遠低于《城鎮污水處理廠污泥處置 混合填埋用泥質》（CJ/T 249—2007）標準。值得一提的是，本次研究對污泥的二噁英含量也進行了檢測，結果為總-I-TEQ：0.49 ng/kg，遠低于《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889—2008）中的3 ng/kg的標準，符合污泥進入生活垃圾填埋場飛灰區進行單獨填埋的要求。由于含水率及強度不足，所以應添加一定的材料，改善污泥的力學性質[1]，使污泥滿足填埋的基本要求。

2 污泥的填埋實驗研究

2.1 最佳含水率分析

在填埋過程中，為了提高填土的強度，增加土的密實度，降低其透水性和壓縮性，常將填土夯實。夯實土樣是最簡單易行的土質改良方法，土樣經夯實后，土體變得密實又堅硬，對填埋很有利，所以工程上利用干密度作為夯實的質量檢驗指標。室內擊實試驗就是模擬工程現場的夯實原理，利用標準化的擊實儀和操作規程，對土料施加一定的沖擊荷載使之壓實，從而確定所需的最大定干密度和最優含水率，作為選擇填土有效強度、夯實次數等主要依據。

本研究運用擊實試驗找到污泥樣品的最佳含水率，從而確定污泥的最佳抗壓強度。這個方法是用不同的擊實功（錘重×落距×錘擊次數）分別錘擊不同含水量的污泥樣品，并測定相應的干容重，從而求得最大干容重、最佳含水率。此次實驗污泥泥樣采自江南污水處理廠，實驗結果見表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%狀態下具有最佳抗壓強度，也就說當污泥脫水至約22%的含水率時，可以形成有效的抗壓強度。

2.2 無側限抗壓強度試驗分析

污泥填埋的主要問題就是強度不足，脫水污泥通過進一步降低含水率和添加適當的固化劑，污泥的強度可以提高[4]，本次研究主要采用以黏土和石灰為固化添加劑進行污泥固化研究。

目前，相關規范中尚無關于固化污泥這類改性土的檢測方法，從所檢索的和固化污泥類似的固化淤泥檢測方法內容來看，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，養護至一定齡期后測定其強度。按照《土工試驗方法標準》（GB/T 50123—1999）關于無側限抗壓強度試驗方法的要求，對試驗的尺寸規定如下：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，每層振實后再裝入下一層。在陰涼處養護1 d后脫模，脫模后繼續養護至試驗齡期進行無側限抗壓強度試驗。

本次研究根據實驗室經驗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的比例進行混合后，標養6 d并浸水1 d檢測兩種固化配比的無側限抗壓強度，實驗結果見表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，兩組數據僅養護6 d抗壓強度就能達到>50 kPa的標準要求，但5∶4∶1的配比不但抗壓強度較6∶2∶2強，且吸水率只有6∶2∶2配比的一半，對填埋是有利的，下一步將按照污泥∶石灰∶黏土按照5∶4∶1的配比研究養護時間對無側限抗壓強度的影響。最終實驗結果如圖2所示。

由圖2可知，抗壓強度隨著養護時間增加，當養護時間到24 d的時候達到最大值850 kPa，而后有所降低，從污泥的配比實驗及養護關系時間來看，在某一區間范圍內，無側限抗壓強度與污泥在樣品比重呈反比例關系，與樣品養護時間呈正比例關系。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，而且也更易達到規范要求的抗壓強度，也就是可以較少地使用固化材料，從而達到較高的抗壓強度，這對降低污泥固化填埋成本是很有意義的，今后應在此實驗基礎上，進行大量正交試驗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定，實驗數據見表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污染控制標準GB 16889—2008第6.3條規定的浸出液污染物質量濃度限值，符合按照飛灰標準進入垃圾填埋場飛灰區的要求。

3 結論和思考

（1）在城市污水處理過程中不可避免地會產生大量污泥，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供需的影響。從長遠角度來看，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充。

（2）通過實驗研究，南寧市污泥在固化處理前，污染物濃度指標符合混合填埋要求，但是力學指標不能滿足混合填埋要求，必須添加固化劑提高力學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，其抗壓強度遠大于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新方向。

（3）經過試驗研究，在固化處理以后，污泥的各項指標均符合允“飛灰”的型式進入垃圾填埋場進行單獨填埋，但目前我國并沒有一項標準或者法規允許污泥以“飛灰”的型式進入垃圾填埋場進行單獨填埋，今后廣西應深入污泥固化研究，嘗試制定污泥單獨填埋的標準規范。

（4）本次實驗檢測出污泥最佳含水率約22%，要達到如此低的含水率在現有的技術條件下要耗費大量的能量，因此采用固化處理提高力學性能是一個行之有效的途徑。

（5）本次實驗沒有對污泥混合比進行大量正交實驗，從當次的研究來看，南寧市污泥達到相應的力學強度，所需添加固化物質的含量應比此次實驗更低，污泥比重應更高。

參 考 文 獻

[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驗研究[J].給水排水，2007，33（10）.

[2]王宇峰，李瑞紅，王小強，等.城市污水污泥固化處理實驗研究[J].應用化工，2007，33（10）.

[3]GB 16889—2008，生活垃圾填埋場污染控制標準[S].

[4]趙樂樹，戴樹佳，辜顯華.污泥填埋技術應用進展[J].中國給水排水，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，2005.

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

[7]Reimar Leschber，Ludovico Spinosa.Developments In Sludge Characterisation In Europe[Z].Wat. Sci.Tech.，1998，38（2），1-7.

[8]Jack A，Borchardt Willam J.Redman etc，Sludge And Its Ultimate Disposal[Z].Ann Arbor Science Publishers Inc/The Butterworth Group，1981.