污水处理厂生活污泥填筑路基可行性研究
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摘 要：为加强城市污水处理厂生活污泥的资源化利用，研究生活污泥填筑路基的可行性，通过全面调查生活污泥材料特性、应用现状以及现有污泥应用相关规范，结合道路路基相关技术要求，论证了城市污水处理厂生活污泥用于填筑路基的可行性，并提出三种城市污水处理厂生活污泥脱水固化填筑路基方案，为污泥填筑路基的发展提供参考。
关键词：道路工程；生活污泥；脱水技术；填筑路基
中图分类号：U416 文献标志码：B
Study on Feasibility of Using Sewage Sludge from Sewage Treatment Plant as Subgrade Fill
XUE Yingshen1， FAN Qiaojuan2， WANG Chaohui2
（1. Shaanxi Deshanglong Road & Bridge Engineering Co. Ltd.， Xian 710064， Shaanxi， China；
2. School of Highway， Changan University， Xian 710064， Shaanxi， China）
Abstract： In order to strengthen the resource utilization of sewage sludge in the city"s sewage treatment plant， the material characteristics， application status and the standards of sewage sludge were comprehensively surveyed. With the technical requirement of subgrade of highway in consideration， the feasibility of using sewage sludge from sewage treatment plant as subgrade fill was demonstrated and three schemes of filling the subgrade with sewage sludge solidification were put forward.
Key words： road engineering； sewage sludge； dehydration technology； subgrade fill
0 引 言
目前中国每年产生污泥的量约为3×107 t，且随着工业化进程步伐不断加快，污泥产生量将逐年上升，预测2015年湿污泥（含水率80%）年产生量将达到3359×107 t。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，处理不当会造成二次污染[13]。因此，如何实现生活污泥的无害化、资源化已成为研究的重点。国内处治污泥主要以农用、填埋和焚烧为主，但由于生活污泥独特的性质，这些方式存在环境污染大、处理成本过高及易引起填埋场工程灾害等问题[45]。随着生活污泥数量增大和应用要求的提高，寻求一种更为合理的污泥处治技术具有重要现实意义。
本文对城市污水处理厂生活污泥填筑路基的可行性进行研究，在全面调查生活污泥材料特性、处理应用现状以及现有污泥应用规范的基础上，结合道路路基相关技术要求，提出三种生活污泥脱水固化填筑路基方案，为加强生活污泥资源化利用提供参考。
1 生活污泥材料特性及规范调查分析
1.1 生活污泥特性调查
为研究生活污泥特性，对全国部分地区污泥基本物理性质指标进行调查分析，调查结果如表1、2所示。
由表1、2可知以下几点。
（1） 污泥含水量高，均在80%左右，用于填筑路基前必须进行脱水和固化处理。
（2） 污泥pH值接近中性，由于存在有机质，污泥偏弱碱性。有机质含量与污泥pH值存在一定关系，当有机质含量增加时，污泥的pH值降低，酸性增强。
（3） 不同污水处理厂的污泥中有机质含量不同，约在22%～80%之间。中国道路规范要求路基填土550 ℃有机质烧失量小于5%，因此生活污泥用于填筑路基存在有机质含量过高的问题。
（4） 不同污水处理厂污泥重金属含量差异较大，在固化过程中应严格控制金属含量，达到相应安全标准。
1.2 生活污泥处治规范调查分析
中国对城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质、园林绿化用泥质、农用泥质、混合填埋用泥质和制砖用泥质都做出了明确规定[610]，污泥基本指标应满足表3要求。
由表3可知以下几点。
（1） 不同规范对重金属含量的要求限值不同。污泥用于园林绿化和土地改良时除硼以外其他重金属含量要求限值基本一致，园林绿化时土壤中硼含量要求限值小于150；土地改良时酸性土壤中硼含量要求限值小于100，碱性土壤中硼含量要求限值小于150。
（2） 污泥用于填埋比用于制砖多了挥发酚、总氰化物和矿物油三个控制项目，填埋用污泥中要求挥发酚含量小于40、总氰化物含量小于10、矿物油含量小于3 000。污泥制砖时要求汞含量不得高于5，铅含量不得高于300；填埋用污泥要求汞含量不得高于25，铅含量不得高于1 000；其他重金属含量要求限值保持一致。
（3） 污泥农用时，A级污泥污染物浓度限值要求严于B级污泥，且A级污泥和B级污泥重金属含量要求限值均小于其他规范要求，并增加对苯并芘的要求限值。
（4） 现有规范主要对城镇污水处理厂污泥处置制砖、园林绿化、土地改良、填埋和农用泥质中污染物含量作了相关规定，缺乏固化污泥应用于填筑路基时污染物浓度控制标准。
2 生活污泥固化研究现状及问题
目前，国内固化污泥用于路基填土的研究较少，针对固化生活污泥用于修筑路基的研究更是鲜有报道，且存在以下问题。
（1） 有关固化污泥体长期性能的研究较少，污泥中大量有机体的存在使得污泥固化后的长期性能存在不确定性，缺乏针对固化污泥强度发展特性、渗透特性和重金属的长期浸出性等方面的研究。
（2） 道路领域采用最佳含水量下材料的抗压强度作为试验标准，而目前研究主要针对固定含水量条件下固化污泥的无侧限抗压强度，与固化污泥填筑路基要求并不一致。
（3） 将固化污泥用于填筑路基的研究主要采用抗压强度作为评价指标，对其抗压回弹模量、耐水性、抗冻融性、收缩性能和劈裂强度等性能未做研究，缺乏系统的评价指标。
（4） 针对不同性质污泥的降水处治技术与分级标准、污泥固化剂选择标准、污泥固化填筑道路性能控制标准未见相关报道，缺乏统一的道路用污泥固化填筑施工指导标准。
3 生活污泥脱水技术
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。目前适用于污泥脱水的技术主要有固化剂脱水、污泥干燥机、井点降水等处治措施。
3.1 固化剂脱水
固化剂加入生活污泥后，固化剂中的活性成分和污泥中的水、部分化学物质发生水发反应，显现出胶体特性。污泥中细小的土颗粒胶结在一起形成较大的团粒，这些团粒自身强大的表面能使土颗粒进一步的结合并构成具有一定强度的稳定结构，从而既降低污泥中的水含量，又可将污泥中的有害物质固定在固化形成的胶体中，做到对污泥的高效、安全处理。
污泥固化剂可以在较短时间内降低污泥含水量，且固化后的污泥防水性很好，目前市场上常用的污泥固化剂如表4所示。
表4 常用污泥固化剂
污泥中加入固化剂，可破坏污泥中微生物细胞结构，促使细胞内水的释放，并通过一系列物理化学反应，降低污泥的持水性，加速污泥脱水的进程。固化剂应用特点如下。
（1） 固化剂固化时间较短，可以使含水率80%左右的污泥在短期内（2～3 d）凝固脱水至50%左右，含水量要降低至30%左右需再翻晒10 d左右。
（2） 添加量少（12%～15%），对污泥pH值改变较小，同时可以抑制臭气的产生，杀灭污泥中有害病原菌体。
（3） 固化剂作为一种绿色的污泥调理剂，不会对污泥造成二次污染，并能改进污泥的性能，促进污泥的稳定化。
（4） 固化过程简单，无需建造厂房设施，随机性强，易于生产和施工。
3.2 生活污泥干燥脱水技术
污泥干燥机是针对污泥干燥特性研发生产的一种间接加热低速搅拌型干燥机，具有独特的料板结构形式和自清理装置。污泥由给料机送入干燥机导料板，随着干燥筒筒体的转动进入干燥机，形成料帘，高温气流穿过料帘使污泥蒸发部分水分。在污泥散落过程中，桨叶不断旋转改变污泥的受热面，污泥在与桨叶和桶壁接触的过程中水分逐渐的蒸发，同时污泥干燥机的自清理装置可连续清扫扬料板内外壁上粘附的污泥，使污泥得到进一步干燥，干燥形成的低水分松散物料由出料口排出。干燥污泥工艺如图1所示。
图1 干燥机干燥污泥工艺
3.3 井点降水技术
采用轻型井点降水技术，短时间内降水率能达到10%以上，降水效果显著。但井点降水工艺复杂，在降水过程中应加强对井点系统的维护和检查，保证不间断抽水，确保滤网不被堵塞，发现问题及时解决[11]。井点降水处治污泥的具体工艺如图2所示。
图2 轻型井点降水系统的施工工艺流程
4 生活污泥固化填筑路基方案
生活污泥用于路基填土的处治措施，按照初期脱水方式的不同，分为三种处治方案，脱水后的生活污泥采用水泥进行固化处理，处治方案组合如表5所示。
表5 污泥用于路基填土处治方案
方案初期脱水技术后期固化处治方案组合
一固化剂脱水固化剂固化固化剂脱水+水泥固化
二干燥机脱水固化剂固化干燥机脱水+水泥固化
三井点降水固化剂固化井点降水+水泥固化
下面对3种方案综合分析。
（1） 从脱水固化效果来看，三种组合方案均可在短时间内降低污泥含水量，达到填筑路基用土标准。针对初期脱水技术，方案一经污泥固化剂脱水后的污泥防水性好；方案二污泥干燥机脱水可根据实际需要调整干燥后的污泥含水量；方案三井点降水技术可在短时间内实现较高降水率，降水效果显著。
（2） 从节能环保方面来看，三种方案都不会造成二次污染，均能达到环保要求。针对初期脱水技术，方案一中固化剂脱水可抑制污泥产生臭气，杀灭污泥中有害病原菌体，改进污泥性能，促进污泥稳定化；方案二污泥干燥机的热源可选用导热油，降低能耗；方案三井点降水技术中抽水设备需连续不断的工作，耗费大量电能。
（3） 从工程应用来看，方案一固化剂脱水固化过程简单，无需建设厂房设施，易于生产；方案二干燥机脱水固化污泥需额外添加热源，而且生产能力较低，若大规模固化污泥需投入多台设备；方案三井点降水工艺复杂，使用中需加强检查和维修，使用后需拆除井点管。
三种方案都能达到良好的污泥固化效果，在实际应用中可根据不同情况选择相适应的方案。
5 结 语
（1） 生活污泥中除了含有污水处理之后留下的无机固体颗粒，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，不可直接用于填筑路基，必须进行脱水固化处理。
（2） 中国对固化污泥长期性能的研究较少，缺乏用于填筑路基的固化污泥的系统评价指标和施工指导标准，应加强生活污泥用于道路建设的研究。
（3） 生活污泥通过固化剂、污泥干燥机、井点降水技术进行脱水处理后，其含水量大幅度降低，且固化剂能有效的控制污泥中重金属的渗漏，具有良好的环境安全性。
（4） 生活污泥用于路基填土的处治措施，根据初期脱水方式不同提出污泥固化剂脱水+固化剂固化、干燥机干燥+固化剂固化和井点降水+固化剂固化三种处治方案。
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[责任编辑：杜敏浩]