污泥生態(tài)治理研究

金亞偉1  金亞軍1  林偉岸 2 占鑫杰 2  劉宇3鄧紅3

（1.江蘇鑫泰巖土科技有限公司，江蘇 214200；

2.浙江大學(xué),杭州310000 3.成都咨詢工程公司 成都610000）

摘要：本文針對(duì)城市發(fā)展帶來的污泥，利用增壓式真空預(yù)壓OVPS工藝，對(duì)污泥進(jìn)行壓縮減量、提高強(qiáng)度處理，并通過種植金皇竹、蘆葦?shù)壬鷳B(tài)植物，快速使污泥改性，達(dá)到污泥治理減量化、無害化、生態(tài)化，徹底恢復(fù)工程區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：污泥治理；增壓式真空預(yù)壓OVPS工藝

The Research on the Sludge’s Ecological Management

Li Xiang1, Jin Yawei2, Jin Yajun2

(1. Shanghai Donghua Construction Management Co., Ltd., Shanghai 200231;

2. Jiangsu Xintai Geotextile Material Co., Ltd., Jiangsu 214200)

Keywords: sludge management; pressurizing vacuum preloading OVPS process

0 引言

我國是一個(gè)淡水資源嚴(yán)重匱乏的國家，近年來隨著城市人口的持續(xù)增長和工業(yè)化進(jìn)程的加快，城市工業(yè)廢水與生活污水排放產(chǎn)生的污泥日益增大。污泥通常含有大量有機(jī)物或腐植物，以及豐富的氮、磷、鉀和微量元素，可經(jīng)過處理對(duì)其加以有效利用。同時(shí)，未處理的污泥中也含有重金屬、病原菌、寄生蟲以及某些難分解的無機(jī)毒物，若隨意排放或處理不當(dāng)，會(huì)對(duì)水和大氣環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。焚燒、固化填埋是目前處理污泥最簡(jiǎn)捷的方法，成本高、見效快，但是我國人多地少，可供焚燒、填埋的場(chǎng)地非常有限，而且焚燒、填埋并不能完全解決其對(duì)土壤和空氣的污染。因此，尋求一個(gè)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的污泥處理方案對(duì)環(huán)境保護(hù)至關(guān)重要。

1 污泥治理方法簡(jiǎn)述

處理污泥的核心問題其實(shí)就是讓污泥脫水固結(jié)，脫水越徹底越好。筆者所在團(tuán)隊(duì)根據(jù)土壤排水固結(jié)原理對(duì)污泥地基進(jìn)行了多種脫水試驗(yàn)，研究發(fā)明了一套增壓式真空預(yù)壓OVPS工藝用于污泥的脫水處理。該工藝的工作原理是利用塑料排水板作為污泥豎向排水通道，覆蓋密封膜閉氣，由真空管將所有塑料排水板頭串聯(lián)起來集結(jié)到總管，再總管穿過密封膜連接真空泵，形成一個(gè)密閉的真空壓力裝置，見圖1。這個(gè)裝置利用抽真空預(yù)壓和增壓技術(shù)使污泥在短時(shí)間內(nèi)快速排水固結(jié)，可使膜下污泥含水率降至70%以下、體積減少50%左右、強(qiáng)度迅速提高。最后撤離真空壓力后通過填土種植草坪、金皇竹、蘆葦?shù)戎参铮�吸收有害物質(zhì)，改變污泥性質(zhì)，恢復(fù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)。

圖1 增壓式真空預(yù)壓處理工藝圖

與焚燒、固化填埋等處理方式相比，利用增壓式真空預(yù)壓處理污泥不僅不影響環(huán)境，而且使場(chǎng)地可以恢復(fù)生態(tài)環(huán)境或用于工程建設(shè)，大幅降低了污泥的綜合治理成本，實(shí)現(xiàn)了減量化、無害化、生態(tài)化治理污泥，開創(chuàng)了國內(nèi)真空預(yù)壓處理污泥的先例。

2 增壓真空預(yù)壓OVPS工藝污泥處理現(xiàn)場(chǎng)小試試驗(yàn)

增壓式真空預(yù)壓OVPS工藝的核心技術(shù)為：直通式抽真空技術(shù)(免墊層)、防淤堵技術(shù)以及增壓技術(shù)，通過真空施壓和加氣增加對(duì)污泥進(jìn)行原位脫水處理，使污泥在真空壓力作用下迅速排水固結(jié)。該工藝采用化學(xué)、物理和生態(tài)相結(jié)合的方法，利用活性酶破細(xì)胞壁，利用增壓真空預(yù)壓排出自由水和結(jié)合水，最后種稙金皇竹以吸收有機(jī)質(zhì)和重金屬，改良污泥性質(zhì)。 

2.1 直通式抽真空技術(shù)

傳統(tǒng)的真空預(yù)壓工藝是靠砂墊層使排水板與真空管連通來傳遞真空壓力，增壓式真空預(yù)壓OVPS工藝是利用手型接頭將真空管與排水板直接相聯(lián)，見圖2，使真空壓力直達(dá)土體內(nèi)部，減少真空壓力沿途衰減，從而省去砂墊層，降低施工成本。

2.2 防淤堵技術(shù)

傳統(tǒng)排水板為擠出成型的塑料支架梁結(jié)構(gòu)芯板，芯板外部包復(fù)化纖無紡布，其整體性差、側(cè)壓變形大，通水量效果受淤泥粒徑影響大。防淤堵排水板為模壓成型的塑料連續(xù)梁結(jié)構(gòu)芯板，具有整體性好、抗拉強(qiáng)度高、通水效果好的特點(diǎn)，其芯板外濾膜通過特殊工藝制成，并且可根據(jù)淤泥的中值粒徑調(diào)整孔徑的大小，達(dá)到最佳泥水分離的目的。值得注意的是，傳統(tǒng)排水板濾膜孔徑都是一樣的，應(yīng)用在不同粒徑的淤泥中產(chǎn)生涂抹和井阻效應(yīng)后，會(huì)出現(xiàn)不同程度的淤堵現(xiàn)象，嚴(yán)重影響通水效果。

2.3 增壓技術(shù)

在軟基中增設(shè)特殊微孔增壓管，在真空預(yù)壓的同時(shí)，通過增壓系統(tǒng)對(duì)軟土進(jìn)行水平向增壓，迫使土體中的水分子定向流動(dòng)，使得上層土體對(duì)下層土體形成堆載作用，相當(dāng)于真空聯(lián)合堆載預(yù)壓的效果，加速土體固結(jié)。

 

圖2 手型接頭、防淤堵排水板和增壓管

試驗(yàn)時(shí)間于2012年8月15日進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)池尺寸為6m×4m×3.5m，體積84m3，污泥試樣取自大污泥池，容積約79 m3，平均含水率為92.7%。采用上述工藝技術(shù)，經(jīng)過增壓式真空預(yù)壓處理后60天，測(cè)得試驗(yàn)池污泥容積縮減一半，泥面沉降量1.87m，平均含水率降為59.7%， Cu值為6～12kPa，承載強(qiáng)度達(dá)到15～30kPa，為種植金皇竹創(chuàng)造了良好的條件，試驗(yàn)池污泥處理前后對(duì)比見圖3。

 

圖3 實(shí)驗(yàn)池污泥處置前后對(duì)比圖

   

3 應(yīng)用實(shí)例

在某市固體廢棄物衛(wèi)生處置場(chǎng)污泥養(yǎng)護(hù)坑中，污泥總量4.9萬立方，深度5～6m，含水率為87.72%。利用增壓式真空預(yù)壓OVPS工藝對(duì)該養(yǎng)護(hù)坑中污泥進(jìn)行脫水處理110天，污泥的含水率大幅度降低，污泥強(qiáng)度明顯提高，污水下滲污染地下水和土壤的趨勢(shì)得到有效遏止，見圖4。

圖4 排水排通過手型接頭直接與真空管聯(lián)接

    待污泥中含水率降至60%以下后，此時(shí)污泥的平均固結(jié)度可以達(dá)到90%左右，污泥的強(qiáng)度為15kPa，見圖5，污泥脫水效果和強(qiáng)度提高非常明顯。

圖5 污泥含水率降低及固化

撤除真空預(yù)壓裝置，對(duì)污泥庫進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)：用素土覆蓋污泥庫，厚度50～100cm，鋪設(shè)好濾水管道，種植草坪、金皇竹，見圖6，以有效消除污泥惡臭，恢復(fù)場(chǎng)地生態(tài)環(huán)境。在污泥恢復(fù)生態(tài)治理中，金皇竹、蘆葦起到了至關(guān)重要的作用，研究表明：金皇竹（污泥專用）、蘆葦能在24小時(shí)內(nèi)將8mg酚代謝分解為CO2和水。此外，這兩種植物對(duì)重金屬也有較強(qiáng)的去除作用，試驗(yàn)證明，在試驗(yàn)池污泥地里栽種金皇竹和蘆葦形成濕地11天后，水溶液中的鉛去除率為34.76%，鎘為52.63%，銅為27.10%，汞為58.3%，鉻為72%。

與傳統(tǒng)的真空預(yù)壓工藝比，處理同樣體積的污泥，強(qiáng)度可以提高50%以上，時(shí)間縮短25%以上，成本可降低30%以上，而且可以大面積改善土性，維護(hù)土地資源的可再生利用，具有多、快、好、省等優(yōu)點(diǎn)。

 

圖6 覆土種植草坪和金皇竹

研究結(jié)果還表明：在城市污水治理方面，蘆葦濕地系統(tǒng)對(duì)NH4－N的凈化率為80.1%，對(duì)TP的凈化率為74.9%，對(duì)BOD5的凈化率為90.5%；在采油污水治理方面，蘆葦濕地系統(tǒng)對(duì)石油類凈化率為74.8%，對(duì)揮發(fā)酚的凈化率為96.5%；在化肥污水治理方面，蘆葦濕地系統(tǒng)對(duì)NH4－N的凈化率為98.83%，對(duì)COD的凈化率為58.1%；在造紙污水治理方面，蘆葦濕地系統(tǒng)對(duì)COD的凈化率為71.53%，對(duì)BOD5的凈化率為74.66%，對(duì)揮發(fā)酚的凈化率為70.59%�？梢姡�基于金皇竹和蘆葦?shù)娜嗽鞚竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)在改良污泥方面具有廣闊的應(yīng)用前景，可以保證污泥生態(tài)治理的無害化、資源化、生態(tài)化。

4 結(jié)論

增壓式真空預(yù)壓OVPS工藝創(chuàng)造性地將化學(xué)方法、真空預(yù)壓方法（物理方法）、生態(tài)植被方法等有機(jī)地結(jié)合，并用于填埋場(chǎng)的污泥處理，通過直接聯(lián)通（免砂墊層）、防淤堵（采用特制塑料排水板）、淺深層增壓、真空脫水等核心專利技術(shù)，將污泥壓縮排水固結(jié)并提高強(qiáng)度，后期通過種植金皇竹或蘆葦，使污泥快速改性、場(chǎng)地徹底恢復(fù)生態(tài)。與焚燒、固化劑等處理方式相比，不僅不會(huì)對(duì)影響造成負(fù)面環(huán)境，還大幅降低了污泥治理成本，改善了污泥土地的生態(tài)環(huán)境。

此外，污泥土地直接利用被認(rèn)為是最有發(fā)展?jié)摿Φ闹卫矸绞街�一。該方法投資省、

能耗低、運(yùn)行費(fèi)用低、且污泥的有機(jī)部分可轉(zhuǎn)化為土壤改良劑，可減少污泥對(duì)環(huán)境的的負(fù)面影響。其中林地和市政綠化用地因不易造成食物鏈的污染而成為污泥土直接利用的有效方式，種植金皇竹及蘆葦則既改善生態(tài)環(huán)境，又可使污泥改性，最終還可轉(zhuǎn)換為生物能，是污泥處理技術(shù)的重要革新。

參考文獻(xiàn)：

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