许谦 林思远

【摘 要】为解决南宁市城市污水处理厂污泥处置能力不足的问题，以南宁市江南污水处理厂污泥填埋为实验对象，研究污泥按“飞灰”标准进入垃圾填埋场飞灰区单独填埋和进入垃圾填埋场与垃圾混合填埋的可能性。经过实验研究，江南污水处理厂污泥的重金属含量、二噁英含量均远低于填埋要求，但由于含水率较高，其力学强度均不能满足填埋要求。当污泥与石灰及土按照5∶1∶4的比例固化后，其抗压强度最高可达850 kPa，远高于填埋要求，同时本次研究还对污泥进行了最佳含水率实验，检测出当污泥含水率为21.4%的时候，拥有最佳抗压强度。

【关键词】污泥填埋;污泥固化;力学强度;最佳含水率

【中图分类号】TU992.3 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）10-0088-03

南宁市目前拥有生活污水处理厂9座，设计污水处理能力为95.2万m3/d，日产污泥（含水率80%）约500余t，主要处理处置方式为好氧堆肥制取营养土和水泥窑协同焚烧制取水泥。污泥营养土利用受季节因素和市场制约因素影响较大，春耕季节需要营养土产量较高，冬季偏少，而水泥窑协同焚烧制取水泥也受到水泥营销情况的影响。随着南宁市的不断发展，污泥产生量不断增加，但污泥制营养土和水泥市场又趋近于饱和，无法进一步接收污水厂的污泥。所以，开辟一条新的污泥处理处置路线，紧迫而必要。污泥填埋处理具有投资少、容量大、见效快等优点，可以很好地作为以上两种处理处置方式的补充，但是在填埋过程中往往会遇到两个方面的问题：一是污泥本身的性质主要是力学性质较差，不经过处理难以满足填埋要求;二是填埋后对环境可能产生影响[1]。不同的资源化途径对固化污泥的强度都有不同的要求。国外对作为填埋处理的无侧限抗压强度要求>50 kPa，作为建筑填土无侧限抗压强度要求>200 kPa[2]，我国的《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）要求污泥含水率需<30%（进入飞灰区），并对浸出液重金属含量做出了要求[3]，一般污水处理厂脱水污泥和压滤污泥均很难达到这种填埋要求，同时污泥填埋易产生恶臭和渗滤液，造成环境污染。因此，污泥填埋前必须选择合适的工艺处理。

1 污泥特性分析

选取南宁市具有代表性的江南污水处理厂污泥作为研究对象，该污泥从二沉池排出经机械浓缩后，再由带式压滤机脱水压成泥饼。污泥性状见表1。

由表1可知，样品污泥由于含水率较高，抗压强度仅为5.7 kPa，抗剪强度仅为2.1 kPa，从含水率和力学角度上讲，不符合填埋标准，但重金属含量、挥发酚等物质含量远低于《城镇污水处理厂污泥处置 混合填埋用泥质》（CJ/T 249—2007）标准。值得一提的是，本次研究对污泥的二噁英含量也進行了检测，结果为总-I-TEQ：0.49 ng/kg，远低于《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）中的3 ng/kg的标准，符合污泥进入生活垃圾填埋场飞灰区进行单独填埋的要求。由于含水率及强度不足，所以应添加一定的材料，改善污泥的力学性质[1]，使污泥满足填埋的基本要求。

2 污泥的填埋实验研究

2.1 最佳含水率分析

在填埋过程中，为了提高填土的强度，增加土的密实度，降低其透水性和压缩性，常将填土夯实。夯实土样是最简单易行的土质改良方法，土样经夯实后，土体变得密实又坚硬，对填埋很有利，所以工程上利用干密度作为夯实的质量检验指标。室内击实试验就是模拟工程现场的夯实原理，利用标准化的击实仪和操作规程，对土料施加一定的冲击荷载使之压实，从而确定所需的最大定干密度和最优含水率，作为选择填土有效强度、夯实次数等主要依据。

本研究运用击实试验找到污泥样品的最佳含水率，从而确定污泥的最佳抗压强度。这个方法是用不同的击实功（锤重×落距×锤击次数）分别锤击不同含水量的污泥样品，并测定相应的干容重，从而求得最大干容重、最佳含水率。此次实验污泥泥样采自江南污水处理厂，实验结果见表2。

从图1可以知，污泥样品最大干密度为1.25 g/cm3，最佳含水率为21.7%，即污泥在最佳含水率约21.7%状态下具有最佳抗压强度，也就说当污泥脱水至约22%的含水率时，可以形成有效的抗压强度。

2.2 无侧限抗压强度试验分析

污泥填埋的主要问题就是强度不足，脱水污泥通过进一步降低含水率和添加适当的固化剂，污泥的强度可以提高[4]，本次研究主要采用以黏土和石灰为固化添加剂进行污泥固化研究。

目前，相关规范中尚无关于固化污泥这类改性土的检测方法，从所检索的和固化污泥类似的固化淤泥检测方法内容来看，所采用的制样方法为将固化后的污泥填筑于模具中，分层压实，养护至一定龄期后测定其强度。按照《土工试验方法标准》（GB/T 50123—1999）关于无侧限抗压强度试验方法的要求，对试验的尺寸规定如下：样品直径宜为35～50 mm，高度与直径之比宜采用2.0～2.5，分3层装入制样模具，每层振实后再装入下一层。在阴凉处养护1 d后脱模，脱模后继续养护至试验龄期进行无侧限抗压强度试验。

本次研究根据实验室经验及曹永华的研究成果[5]选定固化配比，分别为将污泥∶石灰∶黏土为5∶1∶4和6∶2∶2的比例进行混合后，标养6 d并浸水1 d检测两种固化配比的无侧限抗压强度，实验结果见表3。

由表4不难看出，污泥∶石灰∶黏土按照5∶4∶1的配比较6∶2∶2的配比固化效果更好，两组数据仅养护6 d抗压强度就能达到>50 kPa的标准要求，但5∶4∶1的配比不但抗压强度较6∶2∶2强，且吸水率只有6∶2∶2配比的一半，对填埋是有利的，下一步将按照污泥∶石灰∶黏土按照5∶4∶1的配比研究养护时间对无侧限抗压强度的影响。最终实验结果如图2所示。

由图2可知，抗压强度随着养护时间增加，当养护时间到24 d的时候达到最大值850 kPa，而后有所降低，从污泥的配比实验及养护关系时间来看，在某一区间范围内，无侧限抗压强度与污泥在样品比重呈反比例关系，与样品养护时间呈正比例关系。但与曹永华的研究成果[5]所不同的是，在南宁市本地的污水厂污泥与土及石灰混合，污泥的占比可以更高，而且也更易达到规范要求的抗压强度，也就是可以较少地使用固化材料，从而達到较高的抗压强度，这对降低污泥固化填埋成本是很有意义的，今后应在此实验基础上，进行大量正交试验后确定最佳混合比例。

2.3 污泥浸出液重金属含量

污泥固化后的浸出液主要采用原子吸收分光光度法、消解后原子荧光光谱法测定，实验数据见表5。

由表5可知，污泥固化后的浸出液含量均可满足生活垃圾填埋场污染控制标准GB 16889—2008第6.3条规定的浸出液污染物质量浓度限值，符合按照飞灰标准进入垃圾填埋场飞灰区的要求。

3 结论和思考

（1）在城市污水处理过程中不可避免地会产生大量污泥，南宁市污泥处理处置主要以土地利用及建材利用为主，两种方式均受到市场供需的影响。从长远角度来看，污泥的处理处置不是采用一种或两种方式就能完全解决的，而应多形式、多渠道地解决，污泥的固化填埋虽然可能不是污泥减量化和资源化的最好处置方法，但是却可以为南宁市污泥处理处置提供了很好的补充。

（2）通过实验研究，南宁市污泥在固化处理前，污染物浓度指标符合混合填埋要求，但是力学指标不能满足混合填埋要求，必须添加固化剂提高力学性能才能满足填埋要求，本次研究在以一定比例添加黏土和石灰后，其抗压强度远大于50 kPa的要求，甚至可以满足建筑填土的要求，是南宁市污泥处置的一个新方向。

（3）经过试验研究，在固化处理以后，污泥的各项指标均符合允“飞灰”的型式进入垃圾填埋场进行单独填埋，但目前我国并没有一项标准或者法规允许污泥以“飞灰”的型式进入垃圾填埋场进行单独填埋，今后广西应深入污泥固化研究，尝试制定污泥单独填埋的标准规范。

（4）本次实验检测出污泥最佳含水率约22%，要达到如此低的含水率在现有的技术条件下要耗费大量的能量，因此采用固化处理提高力学性能是一个行之有效的途径。

（5）本次实验没有对污泥混合比进行大量正交实验，从当次的研究来看，南宁市污泥达到相应的力学强度，所需添加固化物质的含量应比此次实验更低，污泥比重应更高。

参 考 文 献

[1]马建立，赵由才，张华，等.城市污水处理厂不同性状污泥填埋工艺的实验研究[J].给水排水，2007，33（10）.

[2]王宇峰，李瑞红，王小强，等.城市污水污泥固化处理实验研究[J].应用化工，2007，33（10）.

[3]GB 16889—2008，生活垃圾填埋场污染控制标准[S].

[4]赵乐树，戴树佳，辜显华.污泥填埋技术应用进展[J].中国给水排水，2004，20（4）.

[5]曹永华.市政污泥的固化填埋处理研究[D].天津：天津大学，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.