穩(wěn)定化污泥資源化利用為路基土的可行性研究

呂宏虹 袁珊珊 宋震宇 巢軍委 楊偉 沈伯雄 王旭東

（1. 天津生態(tài)城環(huán)保有限公司，天津 300467；2. 河北工業(yè)大學，天津 300401）

1 引言

城市污泥是城市污水處理過程中產生的剩余固體廢物［1-3］，主要含有大量有機物，其次是泥沙沉積物、細絲纖維、動植物殘體以及各種微生物、病原菌、寄生蟲（或蟲卵）和絮凝體等。污泥中含有氮、磷、鉀等植物性營養(yǎng)元素，同時含有銅、鋅、鉻等重金屬元素，還有多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴、抗生素等有機污染物［4-6］。

作為污泥資源化的重要途徑，污泥建材利用是一種重要的處置方式，其中作為公路路基施工用土是比較常用的方法［7-9］。用石灰處置的污泥土可作為公路路基施工用土，還可以考慮作為坑塘填墊、工程回填土［10-12］。以天津某大型污泥填埋場污泥為研究對象，研究了污泥經重金屬穩(wěn)定化后進行強度改良，而后資源化利用為路基土的可行性。

2 材料與方法

2.1 穩(wěn)定化試驗

從填埋場選取典型原狀污泥，按照一定比例將重金屬穩(wěn)定劑加入污泥中，通過拌和及養(yǎng)護，完成穩(wěn)定化反應。對反應后的污泥進行重金屬浸出毒性檢測。污泥重金屬浸出試驗按照HJ 557—2010《固體廢物浸出毒性浸出方法 水平振蕩法》進行，重金屬浸出濃度以GB/T 14848—2017《地下水質量標準》Ⅳ類限值進行評價。

2.2 強度改良試驗

經重金屬穩(wěn)定化合格后的污泥通過添加一定比例的生石灰、素土等改良材料，改善其含水率、有機質以及力學強度等物理指標。加入改良材料后混合均勻，并完成養(yǎng)護。

改良后污泥土強度以JTG D30—2015《公路路基設計規(guī)范》有關參數(shù)要求為評價標準。

3 結果與討論

3.1 污泥重金屬初始濃度檢測結果

對原始污泥的重金屬總量及重金屬浸出濃度進行檢測，檢測結果見表1。

表1 原始污泥重金屬檢測結果

針對重金屬總量的評價，采用GB 36600—2018《土壤環(huán)境質量 建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》中第二類用地篩選值進行評價，該標準中缺省的鉻、鋅指標采用DB11/T 811—2011《場地土壤環(huán)境風險評價篩選值》中的工業(yè)/商服用地篩選值進行評價。結果表明，原始污泥的重金屬總量檢出值低于相關標準限值，作為道路用土重金屬指標的人體健康風險可接受。

針對重金屬浸出濃度的評價，按照保護地下水的原則，采用GB/T 14848—2017《地下水質量標準》Ⅳ類限值進行評價。結果表明，原始污泥的重金屬指標鎳、銅、砷指標的浸出濃度超過相應的標準限值，需要進一步做穩(wěn)定化處理。

3.2 重金屬穩(wěn)定化試驗結果

采用重金屬穩(wěn)定劑（ECO－MS－07）對污泥進行穩(wěn)定化，穩(wěn)定劑的添加量分別為0.5%，0.7%，0.9%，1.1%，1.3%，1.5%，穩(wěn)定化后污泥的重金屬浸出濃度檢測結果見表2。從表2 可以看出，隨著穩(wěn)定劑添加量的升高，各項金屬浸出濃度整體呈現(xiàn)下降的趨勢。當穩(wěn)定劑添加量為0.9%時，僅砷的浸出濃度檢出值超過標準限值，超標倍數(shù)為1.34；當穩(wěn)定劑添加量高于1.1%時，所有金屬的浸出濃度檢出值均低于各自標準限值，實現(xiàn)了重金屬穩(wěn)定化的目標。

表2 穩(wěn)定化后污泥重金屬浸出濃度檢測結果μg/L

3.3 污泥強度改良試驗結果

JTG D30—2015《公路路基設計規(guī)范》中對路堤填料壓實度的要求見表3。JTG D30—2015《公路路基設計規(guī)范》中對路 堤填料最小承載比（CBR）的要求見表4。

表3 路堤壓實度要求

表4 路堤填料最小承載比要求

以將改良后污泥作為JTG D30—2015《公路路基設計規(guī)范》二級公路及以下的下路堤為目標，通過摻雜生石灰、素土等改良材料，改善污泥含水率、有機質以及力學強度等物理指標，試驗結果見表5。

表5 改良污泥壓實度和最小承載比檢測結果

從檢測結果可以看出，隨著生石灰添加量的增加，改良污泥的最小承載比呈現(xiàn)出升高的趨勢。在3種配比條件下，改良污泥的壓實度和最小承載比指標均滿足相關標準要求。

按照JTG D30—2015《公路路基設計規(guī)范》要求，路堤填料的有機質含量應小于10%。污泥改良對有機質含量的影響見表6。隨著生石灰添加量的升高，改良污泥的有機質含量呈現(xiàn)下降的趨勢。當生石灰添加量為污泥的30%以上時，改良后污泥可滿足路堤填料的要求。

表6 改良污泥有機質含量檢測結果

由上述試驗結果可以看出，當按照污泥、素土、生石灰的摻雜比例為10∶10∶3 時，改良后污泥的壓實度、最小承載比、有機質含量指標可以滿足二級公路下路堤的相關要求，符合資源化利用的條件。

4 結論

選取天津某大型污泥填埋場污泥經重金屬穩(wěn)定化，研究其進行強度改良后資源化利用為路基土的可行性。試驗結果表明：

（1）當穩(wěn)定劑添加量高于1.1%時，所有金屬的浸出濃度檢出值均低于各自標準限值，實現(xiàn)了重金屬穩(wěn)定化的目標。

（2）當按照污泥、素土、生石灰的摻雜比例為10 ∶10 ∶3 時，改良后污泥的壓實度、最小承載比、有機質含量指標可以滿足二級公路下路堤的相關要求。

本研究驗證了該項目污泥經改良后作為路基土實現(xiàn)資源化利用的可行性，為填埋場污泥的資源化處置提供了重要依據(jù)。