程冠军，程钰

（山东海逸生态环境保护有限公司，济南 250000）

1 引言

污泥是污水处理过程中无法避免的副产品，由于城市化和经济发展的需要，近年来，我国废水排放和处理量一直在增加。在“十三五”规划中，将进一步推广废水处理市场，以提高废水处理效率。作为废水的衍生物，近年来污泥的产量也在增加，据估计，大约 1×104t 污水产生 5×104～8×104t 污泥，预测我国每年产生3 000×104～4 000×104t（含水率80%左右）的污泥。同时，随着我国公路建设项目的迅猛发展，道路材料正在消耗许多不可再生的自然资源。工程建设中填方路基需要消耗大量的填筑材料，开发并利用污泥作为新型道路填充材料，并将其大规模应用于公路工程建设中，也为生活污泥减量化消耗与利用提供一个有效途径【1】。

本文主要对生活污泥填筑路基可行性进行初步研究，加入一定比例的黄土和水泥基改性固化剂对其改性处理，通过室内试验和现场试验路，对改性污泥作为公路填筑路基的工程特性进行了研究。

2 污泥改性处理研究

2.1 击实试验

依据JTG E40—2007《公路土工试验规程》【2】污泥采用重型击实方法，首先对样品1 和样品2 进行烘干、粉碎，按照四分法至少准备5 个试样，分别加入不同水分（按2%～3%含水率递增），拌匀后闷料1 夜备用。击实完毕后，以干密度为纵坐标，含水率为横坐标，绘制干密度与含水率的关系曲线，如图1、图2 所示，样品1 最佳含水率38.7%，最大干密度1.25g/cm3；样品2 最佳含水率14%，最大干密度1.84g/cm3。

图1 样品1 击实曲线

图2 样品2 击实曲线

2.2 无侧限抗压强度试验

根据JTG E40—2007《公路土工试验规程》的试验步骤和要求，试验试样采用3.91mm×80mm 试模，根据击实试验数据，将烘干污泥按照高于最佳含水率（2%～3%）闷料，1 昼夜备用，然后按照最大干密度、最佳含水率在96%压实度的情况下计算加料量，改性固化剂掺量4%～10%，采用静压法将湿料压入成型，稳压1～2min，将试模中的试件脱出。将制好的试件放入密封袋中，放养护箱内养护。待养护龄期达到3d、7d 时进行无侧限抗压强度试验，样品2 试验数据如表1 所示。

表1 不同掺量CPS-12 无侧限抗压强度试验数据

样品1 污泥无法制件，由于污泥有机质含量过高，密度小，不易压实，需对其进行物理改良，通过添加其他材料改变填料级配来改善物理性质及强度特性，根据试验结果，纯污泥无法满足路基填筑的施工与性能要求。为了提高其路用性能，研究采用掺加30%的黄土，以及添加水泥基复合改性固化材料CPS-12，表明CPS-12 可以大幅度提高污泥的强度，整体水稳定性好。选取6%～10%为最佳掺量。

2.3 改性污泥固化稳定机理

污泥初始含水量为80%左右，若用于填筑路基，必须采取措施降低污泥含水量，将一定比例的黄土加入污泥当中，既降低了污泥的含水率，又改善了其物理性质及强度特性。掺入一定量的固化剂，经拌匀、压实处理，既可达到需要的路用性能指标，又大幅度地降低了污泥的污染性，使其达到环境要求。该改性固化剂是以水泥为基本材料，添加粉煤灰等激发剂形成的复合高分子材料，该产品对温度变化稳定，具有固定金属离子的作用，能阻止金属离子对产品的消极作用，是一种具有多种特殊性能的表面活性剂。在常温、常压和弱碱性环境中，该高分子聚合物复合材料能够在很短的时间内达到很好的吸附效果，大大地降低了90%的Cr2+、Hg2+重金属离子的浸出量。张鸿龄【3】等通过添加不同比例的粉煤灰钝化污泥，研究表明，粉煤灰对于污泥中的Cd、Pb、Cr、Mn、Fe具有钝化作用，对Cd 和Fe 钝化效果最为明显【4】。

污泥固化强度形成的因素包括2 方面，即由污泥聚合物颗粒之间的内摩阻力和黏聚力，通过机械压实成型，颗粒间水膜与相邻颗粒之间的分子引力所形成的“原始黏聚力”。随着时间的推移，混凝土内的固液相互之间发生一系列物理、物理化学和化学作用，并生成一系列具有胶结作用的物质，使混合料中颗粒与颗粒之间的连接加固，形成“固化黏聚力”。

高分子改性材料能够有效还原高价重金属离子，通过物理和化学吸附作用使污泥中的危害物质形成稳定结构，从而达到有效抑制危害物质浸出的效果。

3 污泥填筑路基工程应用研究

在室内试验的基础上，依托滨州某污水处理厂堆场试验路工程，对改性污泥填筑路基进行现场取样检测无侧限抗压强度是否满足路用要求，对成型路基进行压实度，对其路用性能进行分析评价。

试验场规模为10m×8m 长方形，分2 层施工，每层25cm。固化剂掺量底基层6%，上层为9%。

3.1 试验段施工

对原地表应采用振动压路机压实处理。压实后的地基经检测应达到本规定的地基压实标准后，才可以进行污泥路基施工，检测不合格时应补压直到合格为止。

3.1.1 整平

对运送至填方路段内的污泥采用推土机摊铺并整平，或采用推土机配合平地机整平。摊铺平整后可采用填料前后定点测量高程控制松铺厚度，每层松铺厚度宜采用前期试验段确定。

3.1.2 掺加改性固化材料

随时跟踪检测已填土体含水率，一般比最佳含水率稍高2%～3%时，可掺加改性材料。宜采用方格法或其他合适的布料方式，撒布污泥改性材料，并严格控制改性剂的掺加剂量。

3.1.3 路拌机拌和

改性材料撒布完成后，应采用拌和机组合的拌和方式进行拌和。拌和保证无夹层，拌和宽度每道重合30cm，拌和过程中随时检查拌和深度及搭接宽度，随时检查固化材料与污泥是否均匀，土体颗粒是否满足设计及规范要求，不满足要求的应进行第2 次拌和，第2 次拌和仍不能满足要求需进行第3次拌和。

3.1.4 稳压

污泥压实应遵循先轻后重原则，宜先用履带式机具或轻型压实机械稳压，稳压时按照一般土方路基的压实工艺，从路基边缘向内侧逐轮碾压，碾压时轮迹重叠宽度不小于1/2 单轮宽度，单侧轮迹布满1 个作业面为1 遍，稳压2 遍。

3.1.5 终压

终压压实工艺与稳压相同，轮迹重叠宽度不小于1/2 单轮宽度，终压2 遍。

3.1.6 检测

改性固化污泥路基压实完成后应及时进行压实度检测，压实度检测优先采用环刀法。压实度应达到本规程规定的标准，若达不到要求时应及时进行补压，直到合格方可进行下一道工序的作业。

3.1.7 养护

经检验达到质量要求的改性固化污泥路基，应采用覆盖养护，整个养护期间应保持表面潮湿。

3.2 压实度检测

路基压实度是指土或其他筑路材料压实后的干密度与标准最大干密度之比【5】。路基压实度是路基施工的关键指标之一，在施工完成后对其压实度采用环刀法进行检测。具体压实度结果见表2。

表2 压实度计算表

据表2 分析可知，压实度满足规范要求。

3.3 现场取料无侧限抗压强度试验

在拌和完成之后，对污泥混合料进行现场取料制件，待到养护龄期检测其无侧限抗压强度。具体结果如表3。

3.4 现场钻芯取样无侧限抗压强度试验

在施工完成27d 之后，对改性污泥路基进行现场取芯，检测其无侧限抗压强度。具体结果见表4。

表3 现场取料无侧限抗压强度试验数据

表4 现场取芯无侧限抗压强度

由表4 可知芯样强度平均值为2.0MPa，符合规范【6】要求。

4 结语

通过室内试验和现场试验路的研究可以得出以下结论：

1）生活污泥中除含有无机固体颗粒外，还包含大量的水分、重金属、有机质、氮和磷等植物营养元素以及少量的有毒有害物质，不可直接用于路基填筑，必须对其进行改性处理。

2）污泥经水泥基固化剂改性处理可以利用到公路工程建设中，其强度完全满足路用要求。

3）污泥路基施工采用路拌工艺，施工工序较多，其中，原材料质量与最佳含水率的控制、分层填筑厚度、拌和均匀性、压实、养护等是工艺控制的关键环节。

4）水泥基固化剂可以大幅度提高污泥的强度，整体水稳定，能够有效还原高价重金属离子，通过物理和化学吸附作用使污泥中的危害物质形成稳定结构，降低对环境的危害。同时还可以抑制污泥臭气的产生。

污泥要实现其大规模的工程利用，还需要大量的室内及现场分析评价，对污泥的工程特性及环境影响进行全面的分析研究。