老港污泥暂存库区渗沥液性质研究

2013-08-18张美兰罗佳杰陈玉怡

环境卫生工程 2013年6期

张美兰，罗佳杰，陈玉怡

（上海老港废弃物处置有限公司，上海 201302）

老港固体废弃物综合利用基地现有污泥暂存库区70 多个，到目前为止共储存未养护固化污泥40 多万t，处置工艺为：将含水率80%的原生污泥添加固化剂后直接填埋至基地特建的污泥暂存库区。笔者通过实验室模拟和现场采样监测方式，研究未养护固化污泥渗沥液性质随填埋时间的变化规律，为老港基地库存污泥的安全性评价和稳定化时间及资源化利用的可行性的确定提供基础依据。

1 试验方案

针对老港污泥处置现状，通过监测实验室模拟和老港暂存库区填埋的污泥渗沥液性质随填埋时间的变化规律，建立各参数与填埋时间的定量关系。

1.1 实验室模拟未养护固化污泥填埋试验

实验室1 t 模拟装置示意见图1。装置底部铺设有10 cm 厚的碎石作为渗沥液导排层，并在底部设置渗沥液取样口。填埋初期以7 d 为1个采样周期，定期进行污泥采样、监测。采样监测周期在填埋后期由于污泥降解趋于稳定时，延长至0.5个月或1个月。

实验室试验期为2011 年12 月13 日至2012年11 月24 日，共343 天。

1.2 暂存库区污泥采样监测

图1 实验室模拟1 t 未养护固化污泥填埋装置示意

暂存库区污泥固化填埋属于应急填埋，未建设渗沥液导排及沼气收集等配套设施，表面采用HDPE 膜进行覆盖。通过现场采样，监测污泥的各物化性质。

1.3 固化养护污泥实验室小试和现场中试监测

采用经固化养护含水率降至60%左右的污泥为实验对象，开展实验室小试和现场中试。

1.4 样品监测内容

污泥渗沥液的主要监测参数有氨氮（NH3-N）、总氮（TN）、COD、TOC、pH 等。

2 结果与讨论

2.1 渗沥液NH3-N 和TN 随填埋时间的变化规律

如图2 所示，直接填埋污泥的实验室模拟研究表明，随着填埋时间的增加，渗沥液的NH3-N和TN 浓度呈现不断增加的趋势。NH3-N 在填埋初期为886.62 mg/L，填埋343 d 后上升至3 862.67 mg/L；TN 在填埋初期为2 570 mg/L，填埋298 d 后上升至6 200 mg/L。

图2 实验室模拟装置中渗沥液NH3-N 和TN 浓度随填埋时间的变化

与之对比，前期的研究成果表明，随着填埋时间的增加，固化养护填埋污泥的渗沥液NH3-N也呈现不断增加的趋势。如图3 所示，在实验室小试中污泥填埋400 d 以上时，NH3-N 和TN 浓度分别达到1 500 mg/L 和2 000 mg/L 以上。而中试污泥NH3-N 和TN 浓度较低，是因为渗沥液流入集水池后到取样分析之间的时间较长，渗沥液暴露在空气中，氧化和生物转化作用明显。另外，雨水的稀释也是很重要的原因。

图3 固化养护填埋污泥渗沥液NH3-N 和TN 随填埋时间变化

由此可知，污泥填埋过程中，渗沥液的NH3-N、TN 均呈现波动上升趋势，且两者变化趋势基本一致。这表明随着填埋时间的增加，污泥中的含氮有机物，如蛋白质和氨基酸等，逐步被分解转化成氨氮，即有机氮的无机化或矿化。随着有机氮不断地被厌氧微生物矿化，渗沥液中的氨氮也逐渐增加，但在厌氧条件下，氨氮不能继续转化，所以会出现不断积累的现象，直到有机氮全部矿化成氨氮。另外，由于氨氮是总氮的主要组成部分，TN 有85%～90%以氨氮形式存在，故TN的变化趋势与氨氮基本保持一致。固化养护污泥填埋现场作业设置的污水收集系统有利于污泥渗沥液中污染物的降解，有利于渗沥液进一步处理处置。

2.2 渗沥液COD 和TOC 随填埋时间的变化规律

如图4 所示，直接填埋污泥的实验室模拟研究表明，随着填埋时间的增加，渗沥液的COD 和TOC 呈现先增加后降低的趋势。COD 在填埋初期为29 183 mg/L，填埋200 d 时，上升至61 200 mg/L，填埋343 d 后又下降至45 472 mg/L；TOC填埋初期为8 664 mg/L，填埋300 d 时为19 190 mg/L。

图4 实验室模拟装置中渗沥液COD 和TOC 随填埋时间的变化

与之对比，前期的研究成果表明，随着填埋时间的增加，固化养护填埋污泥小试实验的COD和TOC 也呈现先升高后下降的趋势。如图5 所示，在小试中污泥填埋200～300 d，COD 和TOC出现明显下降。而中试污泥COD 和TOC 较低，原因同NH3-N 和TN 变化。

由此可知，污泥填埋过程中，渗沥液中COD 和TOC 呈现先升后降的趋势。直接填埋污泥渗沥液的COD 和TOC 下降时间较固化养护填埋污泥的COD 和TOC 下降时间要迟。根据已有研究成果，可预测在填埋450～500 d时，直接填埋污泥渗沥液的COD 和TOC 会有明显下降。

2.3 渗沥液pH 随填埋时间的变化规律

如图6 所示，直接填埋污泥的实验室模拟研究表明，随着填埋时间的增加，渗沥液的pH 呈现先降低后增加的波动变化。渗沥液的pH 在填埋初期为9.83，填埋92 d 时，下降至8.13，填埋343 d 时，又上升至9.54。

图5 固化养护填埋污泥渗沥液COD、TOC 随填埋时间的变化

图6 实验室模拟装置中渗沥液pH 随填埋时间的变化

与之对比，前期的研究成果表明，随着填埋时间的增加，固化养护填埋污泥渗沥液的pH 呈现先下降后增加的波动变化趋势，如图7 所示，小试实验中，在填埋250 d 左右，pH 降至最低点7.1 左右，随后迅速上升，至300 d 左右，上升至9.0 左右。而中试污泥的pH 在填埋130 d 左右开始呈现较为平稳状态，保持在7.5 左右。

由此可知，填埋污泥渗沥液的pH 随着填埋时间的增加，呈现先下降后增加的波动变化趋势。这是由于污泥填埋初期的水解酸化阶段，产生大量的有机酸，从而使渗沥液的pH 降低。同时，有机氮化产生氨，使pH 升高。在填埋中后期，污泥渗沥液中有机酸的分解速度远大于生成速度，导致pH 上升。固化养护污泥现场填埋作业有利于加速污泥pH 的稳定。