（岩土工程专业论文）市政污泥的固化填埋处理研究.pdf

中文摘要 从环境岩土工程的角度，将市政污泥作为一种特殊的土，采用试验研究、 理论分析和数值模拟的方法，进行了污泥的固化填埋研究，内容如下： 对当前国内外市政污泥的处置方法进行了比较研究，总结了各种处置方 法的优缺点，提出污泥填埋是比较适合中国国情的处置途径。针对当前污泥 填埋存在的技术难题，提出用固化材料将污泥进行固化后，进行单独填埋。 固化试验表明，石灰、粉质粘土和粉煤灰的加入，提高了污泥的强度， 经过一定时间的养护，固化污泥完全可以应用于填埋处理。就污泥这种高含 水量的特殊土而言，固化材料的加入还提高了污泥的渗透性，这对降低污泥 含水量是非常有利的。通过对体积安定性观察，发现石灰的加入对于提高试 样的体积安定性有利。通过正交试验，发现在本研究中，质量相同的粉质粘 土的固化效果优于粉煤灰，原因可能是粉煤灰的活性在污泥这种特殊的环境 下没有被激发出来。经过大量的试验对比，确定了一个较优的污泥固化方案： m ( 石灰) ：m ( 土) ：m ( 污泥) = l ：4 ：5 。 微观结构的研究表明，固化材料的加入提高了污泥密实度。固化污泥密 实度的提高，除了含水量降低的原因外，石灰中的c a ( o h ) 2 与土粒表面或粉 煤灰中或污泥无机成分中少量的活性氧化硅和氧化铝发生水化反应是主要原 因。应用分形几何理论研究也表明，分形维数随着固化材料的加入而增大， 随着时间的推移而增大，这是因为水化反应使得污泥的微观结构更加复杂。 分形维数的变化趋势与强度的变化趋势是一致的，而试验数据也正好表明强 度和分形维数之问存在较强的正相关性。 渗滤液研究表明，添加石灰的填埋柱的渗透性最大，渗滤液的产生量最 大，p h 值最高，渗滤液的c o d 值远高于其它污泥填埋柱。石灰对污泥中重 金属离子稳定性的影响是双面的，一方面使固化污泥中的c u 离子趋于不稳 定；另一方面，对污泥中的z n 离子具有固化作用。而粉煤灰和粉质粘土对 渗滤液的影响则相对较小。 就渗滤液对地下水可能造成的污染进行了研究。首先给出了地下水运动 控制方程和污染物运移控制方程；然后，采用有限差分法，建立了污染物在 地下水中运移的数学模型；应用所建立的数学模型，对填埋场由于渗滤液的 渗漏对地下水造成的污染进行了数值模拟。数值模拟结果表明，在天然状态 下，污染晕呈椭圆形，污染晕范围在水平和竖直两个方向都随着时间的推移 而扩大；在下游设有取水场时，污染晕会向着取水场方向发生显著的扩展。 关键词：污泥；污泥固化；单独填埋：微观结构；渗滤液；污染；数值模拟 a b s t r a c t t h ep r e s e n te n v i r o n m e n t a lr e g u l a t i o n si nc h i n ar e q u i r es l u d g e ah n do f w a s t ef r o mw a s t e w a t e rp l a n t ，t ob ed i s p o s e di ne n v i r o n m e n t a l l ys o u n dn l a l l r l e r t od e v e l o pa ne f f e c t i v ea n de c o n o m i cm e t h o df o rs l u d g em o n o f i l l ，s t u d i e s i n c l u d el a b o r a t o r yt e s t s ，t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o n sw e r e c o n d u c t e di nt h em e t h o do f g e o t e c h n i c a la n dg e o e n v i r o n m e n te n g i n e e r i n g d i f f e r e n tk i n d so fs l u d g ed i s p o s a lm e t h o da tp r e s e n tw e r ec o m p a r e df i r s t l y t h e nb o t ha d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h e s em e t h o d sw e r es u m m a r i z e d i n t h e s em e t h o d s 1 a n d f i l lw a sc o n s i d e r e dt ob em o r es u i t a b l ef o rc h i n a i no r d e rt o s o l v et h et e c h n i c a lp r o b l e m si nl a n d f i l lo fs l u d g e ，am e t h o d ，i nw h i c ht h es l u d g e w i l lb ed i s p o s e db ym o n o f i l la f t e rb e i n gs o l i d i f i e d w a sp u tf o r w a r di nt h i sp a p e r l a b o r a t o r yt e s t sw e r ec o n d u c t e dt od e t e r m i n et h ef e a s i b i l i t yo fs o l i d i f y i n g s l u d g eu s i n gf l ya s h ，l i m e ，a n ds i l t yc l a ya tv a r i e dm i x i n gr a t i o s v a r i a b l eh e a d p e r m e a b i l i t yt e s t ，t o r s i o n a lv a n es h e a rt e s t e r a n dp o c k e tp e n e t r o m e t e rw e r e u t i l i z e dt os t u d ye n g i n e e r i n gp r o p e r t i e so fs o l i d i f i e ds l u d g e s i g n i f i c a n ti n c r e a s e s i ns l u d g es t r e n g t ha n dp e r m e a b i l i t yw a sa c h i e v e dt om a t c hs u i t a b i l i t yf o r m o n o f i l l i tw a sr e v e a l e dt h a tt h es t r e n g t ho fs o l i d i f i e ds l u d g ei n c r e a s e dw i t ht h e c u r i n gp e r i o da n dt h ed e c r e m e n to fm o i s t u r ec o n t e n t t h ea d d i n go fl i m ec a n i m p r o v et h ev o l u m es t a b i l i t ya n dp e r m e a b i l i t yo fs o l i d i f i e ds l u d g e b a s e do n o r t h o g o n a le x p e r i m e n t , t h es o l i d i f y i n ge f f e c t i v e n e s so fs i l t yc l a yw a sf o u n dt ob e m o r en o t a b l et h a nf l ya s h t h i sc a l lb er e s u l t e df r o mt h es p e c i a le n v i r o n m e n to f s l u d g ei nw h i c ht h ea c t i v i t i e so ff l ya s hw a s n o te x c i t e d b a s e do nt h e s et e s t s ，a s u i t a b l es o l i d i f y i n gm e t h o dw a sp u tf o r w a r d ：m ( 1 i m e ) ：m ( s i l t yc l a y ) ：m ( s l u d g e ) = l ：4 ：5 f r e e z e - d r y i n gt e c h n o l o g ya n ds c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e ( s e m ) w e r e u t i l i z e dt os t u d yt h em i c r o s t r u c t u r eo fs o l i d i f i e ds l u d g e i tw a sf o u n dd e n s i t yo f s l u d g ew a si m p r o v e da f t e rs o l i d i f i c a t i o n t h eh y d r a t i o ne f f e c to fs o l i d i l y i n g m a t e r i a l sa n ds l u d g ec a nb et h er e a s o no fi m p r o v e m e n ti n s t r e n g t ha n d c o m p l i c a t i o ni nm i c r o s t r u c t u r e a p p l y i n gt h e o r yo ff r a c t a lg e o m e t r y , q u a n t i t a t i v e a n a l y s i sw a sc a r r i e do u to nt h es e mi m a g e s f r a c t a ld i m e n s i o ni n c r e a s e dw i t h t h ea d d i n go fs o l i d i f y i n gm a t e r i a la n dc u r i n gt i m e t h ea n a l y s i sa l s or e v e a l e da c o n s i d e r a b l ep o s i t i v ec o r r e l a t i o nb e t w e e nf r a c t a ld i m e n s i o na n ds t r e n g t h e x t r a c t i o nt e s t sw e r ec o n d u c t e dt o s t u d yt h e l e a c h a t ep r o p e r t i e s t h e c o l u m nf i l lw i t hl i m ea n ds l u d g ep e r f o r m st h eh i g h e s tp e r m e a b i l i t y , t h el a r g e s t l i m o u n to fl e a c h a t e ，t h eh i g h e s tp ha n dt h eh i g h e s tc o db e c a u s eo ft h ea d d i n go f l i m e l i m ep e r f o r m e dad o u b l ei n f l u e n c eo nh e a v ym e t a l si ns l u d g e i tc a l lc a u s e t h ei n s t a b i l i t yo fc o p p e ri o ni ns l u d g eb u tm a k et h ez i n ci o nm o r es t a b l e n e i n f l u e n c eo fs i l t yc l a ya n df l ya s hw a sn o ts i g n i f i c a n t n 嵋p o t e n t i a lp o l l u t i o no fl a n d f i l ls i t e sl e a c h a t et og r o u n d w a t e rw a ss t u d i e d b yn u m e r i c a ls i m u l a t i o n b a s i ct h e o r ya n dg o v e r n i n ge q u a t i o n so fg r o u n d w a t e r f l o wa n dc o n t a m i n a n tt r a n s p o r tw e r ef i r s t l yi n t r o d u c e d t h e nu s i n gf i n i t e d i f f e r e n c em e t h o d - an u m e r i c a lm o d e lo fc o n t a m i n a n tt r a n s p o r ti ng r o u n d w a t e r w a sd e v e l o p e d w i t ht h i sm o d e l n u m e r i c a ls t u d i e sw e r ec a r r i e do u to nt h e c o n t a m i n a n tt r a n s p o r ti ng r o u n d w a t e ro w n i n gt ot h el e a ko fl e a c h a t ef r o m l a n d f i l ls i t e i tw a sr e v e a l e dt h a ti nn a t u r a ls t a t e ，t h ep o l l u t i o nz o n ew a se l l i p s e a n dt h i sz o n ed e v e l o p e dw i t ht i m eb o t hi nh o r i z o n t a la n dv e r t i c a ld i m e n s i o n w h e ng r o u n d w a t e rw a se x p l o i t e d ，t h ep o l l u t i o nz o n ec a nb es i g n i f i c a n t l y e x p a n p e d k e y w o r d s ：s l u d g e ，s l u d g es o l i d i f i c a t i o n ，m o n o f i l l ，m i c r o s t m c t u r e ，l e a c h a t e ， c o n t a m i n a t i o n , n u m e r i c a ls i r n u l a t i o n i l l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和 取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫鲞盘堂或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：嚷玉终签字日期：知口f 年1 1 月j 弓日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨盗盘鲎有关保留、使用学位论文的 规定。特授权鑫鲞盘兰可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅 和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 该玉玫 】 签字日期：2 一。口皇年1 1 月i 多日 ，导师繇m 1 4 t 亿 签字日期：加。岁年1 1 月j 弓日 第一章概述 第一章概述 1 1 市政污泥的定义、来源与分类 1 1 1 市政污泥的定义 污泥是水处理过程中形成的以有机物为主要成分的泥状物质。其有机物 含量高，容易腐化发臭，颗粒较细，密度较小，含水率高且不易脱水，是呈 胶状结构的亲水性物质1 1 1 根据其来源，可以划分为： 一市政污泥( c i v i ls l u d g e ，也叫排水水泥s e w a g es l u d g e ) ，主要指来自污 水厂的污泥，这是数量最大的一类污泥。此外，自来水厂的污泥也来自市政 设施，可以归入这一类。 一管网污泥，来自排水收集系统的污泥。 一河湖淤泥，来自江 河、湖泊的淤泥。 一工业污泥，来自各种工业生产所产生的固体与水、油、化学污染、 有机质的混合物。 在非特指环境下，污泥一般指市政污泥。 1 1 2 市政污泥的来源 市政污泥是污水处理后的副产品，是一种由有机残片、无机颗粒、胶体 等组成的极其复杂的非均质体。污泥量通常占污水量的o 3 - - 0 5 ( 质量) ， 如果属于深度处理，污泥量会增加o 5 1 倍，污水处理的效率提高必然导致 污泥量的增加，根据掌握的资料，目前我国城市污水处理厂每年排放干泥3 0 x1 0 4 吨，而且以每年大约1 0 的速度增长。 1 1 2 市政污泥的分类 市政污泥可以分为以下几类： ( 1 ) 、初沉污泥。含水率在9 8 9 9 2 左右，呈流动状态，生物性质不稳 定。 ( 2 ) 、剩余污泥。 ( 3 ) 、浓缩后的污泥。含水率在9 7 左右，呈流动状态。 ( 4 ) 、消化污泥。含水率为9 6 左右，呈流动状态，生物性质相对稳定 第一章概述 ( 5 ) 脱水污泥。含水率为7 0 - 8 0 ，不能流动但很潮湿，呈泥饼状。 ( 6 ) 于化后的污泥。含水率可以降低到1 0 左右，呈粉末状或者颗粒 状。 ( 7 ) 焚烧后的污泥。污泥经过焚烧处理后成为灰渣，基本不含水分。 本研究所指的污泥是污水处理厂经过常规脱水后的污泥。 1 2 污泥处置方法 目前常用的几种污泥处置方案的基本情况如下： 1 2 1 污泥农用 污泥直接回用于农田或者经过堆肥后回用农田不但可以为植物生长提 供氮磷钾等营养元素，而且可以提供植物生长必需的一些微量元素，如c a 、 m g 、z n 、c u 、f e 等，施用于农田可以改良土壤结构，在世界各国都有实践。 污泥农用的特点为： ( 1 ) 可大量处置污泥，原则上只要污泥达到国家有关标准就可用于农 田。 ( 2 ) 污泥参与农田的物质循环过程，污泥中的n 、p 、k 、有机质及微 量元素是良好的农用肥料，对农作物有增产作用。 ( 3 ) 污泥中有机质、腐殖质可改善土壤结构，是良好的土壤改良剂。 ( 4 ) 污泥农业利用使生产费用降低。 但是污泥农用必须注意以下几个方面的问题： ( 1 ) 严格控制污水厂污泥的有毒、有害物质及病原微生物，应达到国 家标准。 ( 2 ) 应该特别注意污泥中重金属的含量，根据其土壤背景值等情况， 严格按照计算得到的污泥施用量进行施用。 ( 3 ) 一般来说某块农田使用污泥数量有一定限度，当达到这一限度时， 污泥的农用就应停止一段时间后再继续进行。 ( 4 ) 农业利用应在安全施用量之下控制使用，同时整个利用区应该建 立严密的使用、管理、监测和监控体系，使污泥的农用更加安全有效，促进 农业的可持续发展。 污泥脱水后堆肥农用是目前国内一些污水处理厂正在进行研究和开发 的课题，例如杭州市市政设施管理处与杭州市四堡污水处理厂早在9 0 年代初 就着手这方面的研究。 2 第一章概述 1 2 2 污泥干燥 污泥干燥是通过对污泥进行加热，除去其水分得到粉粒体的工艺过程。 由于污泥是高含水、中高粘度的物料，所以需采用防粘、破碎强度大、蒸发 强度大的干燥方式来进行，从目前国内外已采用的污泥干燥设备形式来看， 一般有如下几种设备形式：回转圆筒式干燥器、流化床式干燥器、带式干燥 器、搅拌式干燥器、闪蒸干燥机等。他们与不同的干燥热源相配套，适用于 不同性质的污泥处理。近年来，国外一些公司对上述产品进行了一系列的改 进，以提高其热效率，降低运行成本。例如，对回转圆筒式干燥器已加工成 多层往返结构形式，提高了干燥时间，减少了干燥机的结构尺寸，并且采用 了多种前期预处理工艺，使得其处理的污泥范围大大提高。 污泥干燥后可大大减少污泥体积，例如8 吨8 0 含水率的污泥干燥成 1 2 的干粉后仅1 吨左右，重量降低了7 倍，降低了运输成本，减少了占地 空间。污泥干燥后的干粉产品，经过污泥成分分析表明大部分污泥中含有丰 富的有机质和氮、磷、钾元素，是土地利用良好的资源化原料。因此，污泥 干燥化处理是污泥处置的有效方法之一。 污泥干燥是污泥最终处置和再利用过程中不可缺少的重要环节，通过污 泥干燥过程可快速实现无害化、减量化，经过烘干处置后的污泥其含水率可 减少至5 0 一2 0 ，可用于制作复合肥、建筑材料、工程回填土等。 1 2 3 污泥焚烧 污泥中含有一定的热值，表1 2 是城市污泥和其它燃料热值的对比。 污水污泥的发热量相当煤炭的3 6 4 ，属低值燃料。污泥的焚烧必须首先进 行干化或半干化，在引燃时添加少量辅助燃料，其后可以达到自燃。采用先 进的热交换系统，可以依靠污泥焚烧所产生的热能进行千化，其热量可以满 足大部分甚至全部干化的需要。未经干化或半干化处理的污泥焚烧由于过多 的水份将难以点燃，其热量平衡为负数，即必须添加燃料才能维持焚烧。 焚烧处置主要分为两大类：一类是将脱水污泥直接送焚烧炉焚烧，另一 类是将脱水污泥先干化再焚烧。污泥焚烧要求污泥有较高的热值，因此污泥 一般不进行消化处理。第一类直接焚烧工艺可焚烧7 5 * 0 - - - 8 0 含水率的污泥， 为了保证污泥的稳定燃烧，并对污泥含水率的波动具有一定的适应性，一般 都需掺入辅助燃料( 煤或油) 。普通的焚烧方法必须掺入大量的辅助燃料来稳 定燃烧，且燃烧效率和热效率低。近年来，国外发展生产了污泥专用循环流 化床焚烧炉，通过尽可能多地回收燃烧烟气中的热量，把辅助燃料的添加量 减至最低。该种焚烧炉具有燃烧效率高、燃料适应性广、燃料预处理系统简 第一章概述 单等一系列优点，并且燃烧后灰渣易于实现综合利用。 表l l ：城市污水处理厂污泥与其它燃科发热量对比表 燃料种类 发热量与百分比 发热量( k j k g )百分比( ) 煤炭3 3 0 0 01 0 0 焦炭 3 1 5 0 09 5 5 褐煤2 4 0 0 07 2 7 木材 1 9 0 0 05 7 6 泥煤1 8 0 0 05 4 5 城市污水厂初沉污泥 1 0 7 1 5 1 8 9 2 03 2 5 5 5 1 二沉活性污泥 1 3 2 9 5 - 1 5 2 1 54 0 3 - 4 6 1 混合污泥1 2 0 0 5 1 6 9 5 73 6 4 5 1 4 污泥焚烧的优点在于其产物为无菌无臭的无机残渣，实现了无菌化和减 量化，一般人口稠密的沿海及岛屿国家( 如日本和新加坡) 比较注重污泥焚 烧技术的研究和开发，早在1 9 8 4 年，新加坡的技术人员就发现取自新加坡各 个污水厂的污泥在5 5 0 燃烧时是自燃的；加拿大的技术人员也发现经过适 当预处理的污泥在焚烧过程中完全达到了热能的自持。1 9 9 5 年日本有近5 0 的污泥采用焚烧方法处置【2 l 。 在所有的污泥处置途径中，焚烧方法产生的剩余物最少，而且无异味。 其缺点是高成本和可能产生的污染( 废气、噪声、震动、热和辐射) 。焚烧的 成本一般是其它处置途径的2 - - 4 倍 因此，焚烧主要在以下两种情况中应用： ( 1 ) 由于污泥的性质或量大不能农用时。 ( 2 ) 现有的填埋体积不足时。 污泥焚烧作为最彻底的处理方法，在国外，特别是西欧和日本已得到广 泛的应用，在国内由于其一次性投资和处理成本大、焚烧烟气需进一步处理 等问题而一直未得到应用。 1 2 4 污泥投弃 沿海地区可考虑把生污泥、消化污泥、脱水泥饼或焚烧灰投海。污泥投 海，在国外有成功的经验也有造成严重污染的教训。根据英国的经验，污泥 4 第一章概述 ( 包括生污泥、消化污泥) 投海区应离海岸1 0 k m 以外，深2 5 m ，潮流水量 为污泥量的5 0 0 - 1 0 0 0 倍。投海污泥最好是经过消化处理的污泥。投海的方 法可用管道输送或船运，前者比较经济。 投海处置污泥曾被英国、日本等沿海国家较多采用，但由于不可预见因 素影响以及全球一体化观念的增强，己受到越来越强烈的反对。英国从1 9 9 8 年开始已明令禁止污泥投海处置，日本污泥投海处置量也在逐年减少。 1 2 5 污泥工业化利用 污泥工业化利用途径包括以下几个方面： ( 1 ) 干污泥颗粒：发电厂燃料掺合料，污泥干馏提取焦油焦碳、燃料 油和燃气等。 ( 2 ) 污泥焚烧灰：水泥添加剂，污泥砖、污泥陶粒等建筑材料。由于 焚烧灰的化学成分与制砖粘土的化学成分比较接近，因而利用污泥灰部分取 代粘土和水泥等，按照质量分数比焚烧灰：粘土：硅砂= 1 0 0 ：5 0 ：1 8 制成 建筑材料，其抗压性能基本上保持不变，但是由于费用高，加上缺乏长期跟 踪监测数据，人们对产品的安全性产生怀疑，仅在日本、新加坡等国有少量 投产，主要用于建筑通道、人行道一类的构筑物【2 】。 ( 3 ) 污泥细菌蛋白：制造蛋白塑料，胶合生化纤维板等。 ( 4 ) 污泥气：燃料，动力燃料，制造四氯化碳、有机玻璃树脂、甲醛 等化工产品。 目前，限于通过污泥生产的产品的出路没有解决好，因此，污泥工业化 利用的比例比较低，暂时还不可能成为污泥处置的一条主要途径，但是随着 科学技术的不断发展，人们对再生产品认识的改变，污泥工业化利用的比例 将增加【3 1 。 1 2 6 污泥填埋 污泥填埋处置的基本方式是城市污泥经过简单灭菌处理，直接倾倒于低 地或谷地制造人工平原。它的好处之一是污泥无毒无害化，处理成本低，不 需要高度脱水( 或自然千化) ，二是既解决了污泥出路问题，又可以增加城市 建设用地。 污泥的卫生填埋始于6 0 年代，是在传统填埋的基础上从保护环境角度 出发，经过科学选址和必要的场地防护处理，具有严格的管理制度和科学的 操作方法。污泥消化后经脱水再进行填埋是目前国内许多大型污水处理厂中 常采取的方式，经过消化后的污泥有机物含量减少，性能稳定，总体积减少， 第一章概述 脱水后作填埋处置是一种比较经济的处理方式。到目前为止，已发展成为一 项比较成熟的污泥处置技术，其优点是投资少、容量大、见效快。 2 0 世纪9 0 年代以来，随着污泥农用标准日趋严格，欧盟许多国家如法 国、意大利、丹麦等因污泥农用比例不断缩减，污泥填埋有增加的趋势，其 中，法国污泥填埋量高达污泥总产量的8 0 ；据日本1 9 9 4 年的资料统计， 日本通过陆地和海洋填埋的污泥量为1 4 4 1 0 6 t a ，占总发生量的6 2 7 ； 而美国1 9 9 2 年采用填埋方法处置的污泥也达到了总发生量的3 5 ，但由于 填埋技术对污泥的土力学性质要求较高，同时，随着污泥量日益增多，大面 积选址日益困难，一些国家如美国、英国、日本等污泥填埋的比例有所缩减。 对于广大发展中国家来讲，尤其是污水处理率比较低的国家，在未来一 段时期，填埋仍然是垃圾和污泥处置不可避免的途径。对于不能资源化而必 须从使用循环中排除的废物，填埋是目前唯一的最终处置途径。 。 然而，城市污泥卫生填埋也存在许多问题，如填坑中含有各种有毒有害 物，经雨水的浸蚀和渗漏作用污染地下水环境，这对以地下水为生活水源的 地区来说是不安全的卫生问题。此外，适宜污泥填埋的场所因城市污泥大量 的产出而显得越来越有限。据一份关于污水污泥情况调查报告预测，到2 0 0 5 年，欧盟国家的污泥卫生填埋场所仅能容纳污泥总产量的1 7 。 污泥作卫生填埋处置时，除了要考虑城市周围是否有适合填埋的低地或 谷地之外，理应考虑到环境卫生问题。建设污泥卫生填埋场如同生活垃圾卫 生填埋场一样，场址需选择在地基渗漏系数低且地下水位不高的区域，填坑 铺设防渗性能好的材料，卫生填埋场还应配设渗滤液收集装置及净化设旄。 1 3 国外污泥处置概况 为避免污泥对环境的二次污染，各国政府对污泥的最终处置问题十分重 视，发达国家由于工业化的进程早，受这个问题困扰的时间较长，并根据本 国国情制定出了具体的污泥处置方案，污泥的最终出路不外是部分或全部资 源化利用或以某种形式回到环境中去，目前，发达国家处置污泥的主要方法 有：( 1 ) 回用于农业耕地，包括牧场和可耕地；( 2 ) 回用于农业土地，包括 森林、花园和社交场地( 操场、高尔夫球场、公园和空地) ；( 3 ) 污泥填埋， 包括与城市垃圾混合填埋和单独填埋；( 4 ) 海洋处置( 欧盟已于1 9 9 8 年立法 禁止该种处置措施) ；( 5 ) 一些小范围的污泥利用方法，包括污泥制砖、污泥 制生化纤维板、污泥制陶粒等：( 6 ) 污泥焚烧。 一些主要发达国家污泥产生量及处置方法见表l 一1 。 6 第一章概述 表1 2 欧共体各国1 9 9 2 年的污泥产生量和处置方法川 国家 农业( )填埋( ) 焚烧( )海洋( ) 其它方式 比利时 2 95 51 5oi 丹麦 5 42 02 402 法国6 0 2 02 00o 德国 2 75 41 4o5 希腊 1 09 0000 爱尔兰 1 24 503 58 意大利3 35 5 2 5 k n m 2 ，有时为了达到这一强度，必须投加石灰进行后续处理1 1 2 】，这种 处理增加了污泥处置的成本，为此，有的国家设置了专用的污泥填埋场，根 据污泥的含水率及力学特性等因素进行专门填埋。 污泥填埋前，必须经过脱水工序，如果是普通脱水工艺，脱水后污泥含 水率在8 0 左右，必须加入填充剂才能达到污泥填埋所需要的力学指标，增 多了填埋场所需要的面积；如果采用高干度脱水填埋工艺，脱水后污泥含水 率在6 5 左右，一般可以直接填埋【1 0 l 。 不同的污泥对填埋的适宜性是不一样的，它取决于污泥的物理化学性质 及对环境产生的影响，各种污泥对填埋的适宜性见表2 一l 。 由表可以看出，不论是单独填埋还是混合填埋，填埋前最好要经过脱水、 石灰调理或者其它措施。 第二章污泥填埋技术进展 表2 1 污泥填埋的适宜性一览表i 6 l 单独填埋混合填埋 污泥类型适宜 原因 适宜 性性 原因 未稳定的浓缩初沉污泥、废活性污泥 与初沉污泥的混合污泥，废活性污泥 不 气味，操作 不 气味，操作 絮凝浓缩的初沉污泥和废活性污泥， 不 气味，操作 不 气味，操作 不加药剂的废活性污泥 化学絮凝浓缩的活性污泥不操作不气味，操作 勉强 热调理的初沉或者剩余污泥不 气味，操作气味，操作 可以 初沉污泥或者初沉剩余污泥的混合勉强 污泥+ 厌氧消化+ 浓缩 不 操作操作 可以 初沉污泥或初沉剩余污泥的混合污勉强 泥+ 好氧消化十浓缩 不 操作操作 可以 初沉污泥或初沉剩余污泥的混合污 不 操作 勉强 泥+ 石灰稳定+ 浓缩可以 操作 未稳定初沉污泥+ 石灰调理+ 真空过 可可 滤脱水 消化污泥+ 脱水+ 石灰稳定可可 2 2 污泥单独填埋的技术难点 当污水处理厂距离垃圾填埋场比较远，或者垃圾填埋场不愿意接受污泥 时，污泥必须单独填埋，单独填埋使填埋场更加专业化，但是污泥单独填埋 中也存在着一些技术难题，主要土力学性质( 一般用抗剪强度表示) 很差不 适于填埋。 大多数废水污泥既不是牛顿流体，也不是塑性流体一般认为是半塑性流 体，污泥的流变性质、触变性质对于污泥填埋设备的选择、填埋体的压实程 度、填埋体的稳定都是非常重要的。一般地，当s s 1 0 0 0 0 m g l 或者干固体 含量 3 0 k p a 由表3 2 可以看出，城市污水处理厂的污泥投加电解质脱水后，含固率 一般在2 0 3 0 之间，其强度一般在1 0k p a 左右；根据有些研究，投加聚合 物电解质经带式压滤机货殖离心脱水机脱水后，含固率3 5 的污泥其抗剪强 度一般不会超过2 0 k p a ，含固率2 5 的污泥其抗剪强度不会超过6 k p a ，含固 率2 0 的污泥其抗剪强度在5 l 【p a 左右，因此，脱水后的污泥一般不能满足 填埋要求的最低强度，还必须通过增加添加剂、降低含水率或者其它方式提 高抗剪强度来满足填埋对强度的最低要求。 脱水后的污泥如果不用添加剂直接填埋，就不能大面积用机械操作连续 填埋，也不能保证填埋体的稳定性，结合国内外为数不多的有关文献，从价 廉易得、尽量减少污泥填埋场对周围环境的影响，尽量延长填埋场寿命三个 角度出发，提出粉质粘土、石灰、电厂粉煤灰三种固化材料，通过进一步研 究确定合适的固化材料。 1 7 第三章污泥固化方案试验研究 3 2 试验设计 3 2 1 试验设备与方法 试验方法参照规范【2 5 l 进行。 1 实验设备 主要仪器有：微型十字板；无侧限抗压强度触探仪；南5 5 渗透仪；托 盘天平( 精度1 0 克) ；电子天平( 精度0 0 0 1 克) ；电动搅拌机；电热鼓风 干燥箱；细筛，孔径为2 、1 、0 5 、o 2 5 、0 1 m m ：1 m 一8 5 型土壤密度计。 其他使用到的仪器有秒表，温度计等。 2 分析项目及其方法 表3 - 3 ：分析项目及其方法表 序号项目方法 1 含水量烘干法( 稳定7 5 1 2 ) 2容重环刀法 3 渗透系数变水头法 4 抗剪强度微型十字板 5 无侧限抗压强度无侧限抗压强度触探仪 6 颗粒分析实验筛分法和密度计法 7界限含水量圆锥仪、滚搓法 3 强度测量方法 对于污泥强度的测量，由于其性质的特殊性，目前尚未有标准的测量方 法。根据掌握的国内外有关资料，参照土工实验中对软粘土强度的测量方法。 对于本次试验，采用微型十字板( 图3 1 ) 测量其十字板强度；无侧限抗压 强度触探仪( 图3 2 ) 测量无侧限抗压强度。国家标准土工试验方法 ( g b t 5 0 1 2 3 1 9 9 9 ) 中已有无侧限抗压强度的标准试验方法，十字板抗剪强 度目前尚无标注试验方法。 十字板剪切是岩土力学中采用的抗剪强度原位测试方法之一，它通过十 字板投在土中的扭转，带动板间土体使之与周围土体之间发生剪切，直至破 坏，测出相应的最大扭矩，通过扭矩计算剪切面上