俞梅

（上海傲江生態(tài)環(huán)境科技有限公司，上海200120）

我國(guó)當(dāng)前的污泥安全無(wú)害化處置率尚不足30%，國(guó)家對(duì)污泥處置必要性并沒(méi)有特別重視，和水處理和大氣處理相比，污泥處置得到的國(guó)家支持力度太小，以至于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)污泥的企業(yè)亂排亂倒，造成污泥堆積的現(xiàn)象，具有一定的危害性。從全球可持續(xù)發(fā)展的角度來(lái)講，我們正面臨著資源緊缺、能源價(jià)格上漲、土壤有機(jī)質(zhì)流失以及碳排放量高的現(xiàn)狀，未來(lái)從污泥中索要資源和能源亦是大勢(shì)所趨。

一般垃圾填埋場(chǎng)污泥含水率高達(dá)80%以上，整個(gè)垃圾填埋場(chǎng)的環(huán)境并不適宜清挖擾動(dòng)，清挖難度較大，因此選擇現(xiàn)在選擇原位固化處理技術(shù)較多；污泥長(zhǎng)時(shí)間堆放容易細(xì)菌滋生，散發(fā)出惡臭味，若是在下風(fēng)口，將嚴(yán)重的影響下風(fēng)口周邊的居住環(huán)境；垃圾填埋場(chǎng)中的污泥會(huì)經(jīng)過(guò)經(jīng)水浸泡、溶解，產(chǎn)生滲濾液，若不做好倒排和阻隔工作，滲濾液將污染周邊的地下水體和地表水；另外填埋場(chǎng)中污泥絕大部分含有重金屬，如果不進(jìn)行處置，污泥中的重金屬將會(huì)遷移至周邊土壤，造成周邊土壤污染。

1 試驗(yàn)說(shuō)明

本試驗(yàn)中污泥是某垃圾填埋場(chǎng)的污泥，由于垃圾填埋場(chǎng)污泥是包含水、泥沙、纖維、動(dòng)植物殘?bào)w及各種絮體、膠體、有機(jī)質(zhì)、微生物、病菌、蟲卵、重金屬及各種無(wú)機(jī)鹽等的復(fù)雜多相體系，體現(xiàn)在巖土工程的物理力學(xué)特性是：顆粒極細(xì)、飽和、流動(dòng)狀、有機(jī)質(zhì)含量高和長(zhǎng)時(shí)間難以固結(jié)，強(qiáng)度指標(biāo)基本為零。一般垃圾填埋場(chǎng)再利用的要求為污泥含水率需≤60%，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度（kpa）≥50。為了明確該垃圾填埋場(chǎng)污泥固化后抗壓強(qiáng)度和含水率的變化，本文中將取該垃圾填埋場(chǎng)污泥做小試試驗(yàn)，首先添加不同比例水泥、生石灰，粉煤灰確認(rèn)含水率和抗壓強(qiáng)度的變化，先選出添加不同比例水泥，生石灰后含水率較低的實(shí)驗(yàn)組，且考慮到藥劑添加適宜的情況下，選出合適的3組試驗(yàn)，這3 組試驗(yàn)檢測(cè)抗壓強(qiáng)度，其中抗壓強(qiáng)度較大的試驗(yàn)組，在添加固化劑比例不超過(guò)30%的前提下，選出最優(yōu)的固化藥劑添加比例，降低工程成本。

2 試驗(yàn)材料和設(shè)備

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料包括污泥和固化劑，污泥是某垃圾填埋場(chǎng)污泥，污泥顏色呈灰黑，惡臭味較大，污泥含水率為75%。固化劑成分包括水泥，生石灰，粉煤灰，通過(guò)添加不同比例調(diào)配而成。本試驗(yàn)中材料的組成比例如下：

其中水泥是普通硅酸鹽水泥，主要成分組成是SiO2含量22.27%，Al2O3含量4.75%，F(xiàn)e2O3含量3.91%，CaO 含量64.39%，MgO 含量1.62%；生石灰主要組分CaO 含量93.28%，Al2O3含量0.35%，MgO 含量1.24%；粉煤灰主要組分SiO2含量45.43%，CaO 含量5.76%，Al2O3含量27.43%，MgO 含量2.57%，F(xiàn)e2O3含量4.65%。

2.2 試驗(yàn)儀器

試樣制備儀器：長(zhǎng)寬15cm，高度15cm 的正方體磨具；

含水率：玻璃皿，烘箱，電子天平；

抗壓強(qiáng)度：無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的儀器設(shè)備。

3 試驗(yàn)步驟

3.1 考慮到這三種固化劑成本及使用效果，首先做添加水泥和石灰正交試驗(yàn)，水泥添加比例設(shè)計(jì)為0，5%，10%，15%，20%，石灰添加比例設(shè)計(jì)為0，2%，4%，6%，8%，根據(jù)不同的藥劑配比，放進(jìn)烘箱在105℃的溫度下烘4h，檢測(cè)出含水率。

3.2 選出含水率低于60%的3 組試驗(yàn)，再與粉煤灰做正交試驗(yàn)，添加比例設(shè)計(jì)為0，3%，5%，7%，10%。養(yǎng)護(hù)7d 后送往試驗(yàn)室做無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 含水率試驗(yàn)結(jié)果分析

選出含水率低于60%的3 組試驗(yàn)：H-10，H-16，H-21 含水率分別為41.37%，47.38%，51.13%。H-10 試驗(yàn)組水泥10%，生石灰8%；H-16 試驗(yàn)組水泥15%，生石灰4%；H-21 試驗(yàn)組水泥20%，生石灰2%。

上述試驗(yàn)中污泥的含水率隨著石灰得添加，含水率降低。是因?yàn)槲勰嘀械乃种饕ㄗ杂伤?，吸著水和?xì)胞結(jié)合水。自由水：存在與固體顆粒孔隙中的水分，一般在混合攪拌過(guò)程中被固化材料吸收結(jié)合，在壓縮、擠壓情況下會(huì)析出。吸著水：在固體顆粒表面以水膜的形式存在，難以擠壓壓縮出來(lái)。細(xì)胞結(jié)合水：在固體顆粒的團(tuán)粒中或者細(xì)胞膜中結(jié)合的水分，在強(qiáng)烈擾動(dòng)下會(huì)析出成為自由水。為了減去污泥中的自由水，一般是添加生石灰，生石灰中的氧化鈣成分與污泥中的水分發(fā)生水化反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱，可以使使污泥內(nèi)部溫度可升高，促進(jìn)污泥中自由水的蒸發(fā)速度的同時(shí)，還使得污泥中微生物細(xì)胞中的水蒸汽壓力不斷增加，直至破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，釋放吸著水。但并不是生石灰加的越多越好，還要考慮到污泥固化成本以及污泥固化的抗壓強(qiáng)度。因此選出含水率降到60%以下，且藥劑水泥和石灰藥劑一起添加比例為20%左右的3 組試驗(yàn)，進(jìn)一步確定最佳的粉煤灰的投加量。

4.2 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

以上3 組試驗(yàn)與粉煤灰做正交試驗(yàn)，探究每組粉煤灰添加量0，3%，5%，7%，10%后污泥的抗壓強(qiáng)度的變化。由下圖可以看出，抗壓強(qiáng)度隨著粉煤灰的投加而增大，H-21 組不加粉煤灰，抗壓強(qiáng)度已經(jīng)大于50kpa，而H-16 組合H-10 組粉煤灰投加量分別大于5%和10%的時(shí)候，抗壓強(qiáng)度才開(kāi)始大于50kpa。根據(jù)水泥，生石灰和粉煤灰的市場(chǎng)價(jià)，H-10 組所有添加量組單價(jià)都低于其他組，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)際成本考慮，選擇最低的藥劑成本且由能符合工程要求的藥劑添加比例，可選擇H-10 組中粉煤灰添加量為7%時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到60kpa，且藥劑單價(jià)為80 元/噸泥。最終的最優(yōu)的固化藥劑添加比例為水泥添加10%，生石灰添加8%，粉煤灰添加7%。該藥劑添加比例可運(yùn)用在垃圾填埋場(chǎng)的污泥的固化處理中，能以最低處理成本固化污泥。

圖1

5 污泥固化機(jī)理分析

固化藥劑成分主要有生石灰，水泥和粉煤灰，生石灰和污泥中的水分發(fā)生水化反應(yīng)，結(jié)合水分并產(chǎn)生熱量致使污泥中的水分蒸發(fā)，可降低污泥中一部分自由水，其中鈣離子可以和土顆粒反應(yīng)形成結(jié)晶產(chǎn)生硬化；石灰與土中的碳酸和空氣中的二氧化碳發(fā)生反應(yīng)生成固化碳酸鈣，而這些碳酸鈣不會(huì)溶于水，能夠增強(qiáng)污泥的強(qiáng)度。水泥是一種無(wú)機(jī)膠凝材料，會(huì)與污泥中的水發(fā)生水化反應(yīng)，使污泥有了一定的硬度，并且將污泥中的重金屬包裹住形成膠粒，降低重金屬的遷移性和活性，達(dá)到一個(gè)比較穩(wěn)定的狀態(tài)。粉煤灰固化機(jī)理與水泥固化機(jī)理相似，都是發(fā)生水化發(fā)應(yīng)，然后膠結(jié)土顆粒。若使用單一組分固化劑處理污泥，殺菌，降水，以及提高抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度這四種結(jié)果并不能同時(shí)達(dá)到。因此將用這三種藥劑復(fù)配成固化劑，可以達(dá)到各種處置目的，使消納污泥場(chǎng)地能再次被利用。

6 結(jié)論

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)得出，該垃圾填埋場(chǎng)物污泥固化所需的最優(yōu)的固化藥劑添加比例為水泥添加10%，生石灰添加8%，粉煤灰添加7%，污泥固化后的抗壓強(qiáng)度能達(dá)到60kap，含水率為41.37%。該藥劑添加比例能以最低處理成本固化污泥，最終所用固化藥劑單價(jià)為80 元/噸泥。該垃圾填埋場(chǎng)的污泥原位固化處理合格后，可再次被利用，進(jìn)行覆蓋綠植做觀賞場(chǎng)地，或者做二次垃圾的消納場(chǎng)地，降低垃圾填埋場(chǎng)污泥對(duì)水體，大氣以及周邊環(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn)。