污泥改性填埋预处理技术实践*

黄建刚，李　夏，贾　川，宋立杰，陈善平

（1.上海老港固废综合开发有限公司，上海　200336；2.上海市环境工程设计科学研究院有限公司，上海　200232）

污泥改性填埋预处理技术实践*

黄建刚1，李夏1，贾川2，宋立杰2，陈善平2

（1.上海老港固废综合开发有限公司，上海200336；2.上海市环境工程设计科学研究院有限公司，上海200232）

分析比较了污泥固化/稳定化技术和深度脱水技术。介绍了上海老港填埋场项目、上海白龙港污泥深度脱水工程的状况，得出了固化/稳定化技术是前期应用较多的技术，但随着技术的进步，污泥深度脱水技术更受青睐。

污水污泥；固化/稳定化；深度脱水

GB/T23485—2009城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质要求，污泥用于混合填埋时，含水率不得超过60%，混合比例不超过8%。然而，常规的带式压滤、离心脱水等技术只能将污泥的含水率降至80%左右，无法满足混合填埋的入场要求，为此有必要开发合适的预处理技术，使得脱水污泥满足填埋场的入场标准。

1　污泥改性预处理技术

1.1固化/稳定化技术

污泥填埋预处理实质上是通过改性技术改善污泥的高含水率、高黏度、易流变性、高持水性和低渗透系数等特性的工艺过程，固化/稳定化技术是早期应用较多的污泥预处理方法。固化技术起源于20世纪50年代对放射性废物的处理，其主要机理是通过一系列物理化学反应将有毒有害物质固化在网链（晶格）中。固化/稳定化过程可以明显改善污泥的力学性能和物化性能，有效提高污泥高位热值，使其可进行填埋、焚烧或转化为可再生利用材料等。

固化/稳定化技术的关键是研发高效的污泥固化药剂。目前已开展了较多的固化脱水剂研究。美国EPA比较推行以水泥作为固化材料对污泥进行固化［1］。研究［2］指出，将石灰、粉煤灰或水泥与污泥混合后，会生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，水化产物填充到污泥的间隙中，使固化体强度得以提高。对Pb、Cr的稳定化作用是通过表面反应和调解pH控制的，其中Pb的稳定化是通过CaO实现的，而飞灰的加入则能够有效促进Cr6+的稳定化效果。

S.Valls等［3］研究了波特兰水泥的固化效果，通过水合作用，形成了坚硬而稳定的固化产品。2种标号水泥的固化产物结构相同，但反应速度和水合物的浓度不同。同时发现CaCl2和Ca（OH）2可以有效促进波特兰水泥的水化反应过程，当两者的添加量分别为3%和2%时，污泥的固化效果最好，加快污泥的固化进程，有效地缩短了其固化稳化时间。

马建立等［4］采用氯氧镁稳定剂对污水厂污泥进行稳定化结果表明，氯氧镁中的MgCl2具有高吸水性，对污泥的吸水效率可以达到1.55 mL/g，同时氯氧镁稳定剂在污泥中发生水化反应，还能结合部分水分，有效降低污泥的含水率；固化污泥在第10天的抗压强度最大可以达到85.14 kg/cm2，此时的最佳MOC/污泥和MgO/MgCl2分别为3/100和3/1；另外，污泥中的 Si2+、Al3+、Cu2+等离子在Mg2+和OH-激发下形成了Mg2Si2Al凝胶体系，有利于重金属离子的稳定化，稳定化污泥中Cu、Zn、Cd、Cr、As的含量均低于浸出标准值。

郑修军等［5］研究了硅酸盐固化材料、碱性固化材料和黏土系辅助材料共同组合时对固化污泥强度的影响，结果表明，常用的各种系列污泥固化材料中硅酸盐固化材料和碱性固化材料对固化污泥强度的形成起主要作用，而碱性固化材料更有助于固化污泥早期强度的形成，硅酸盐固化材料的作用到后期会明显地表现出来，黏土系辅助材料在添加后主要起系数和构建无机骨架的作用。

张美兰［6］在老港生活垃圾卫生填埋场对不同公司提供的固化药剂开展了为期5 d的现场应用试验。试验所采用的原生污泥含水率72%，固化养护后，前3 d污泥含水率直线下降，第4天趋于稳定。第1天污泥固化搅拌后，含水率可降至50%～60%，4 d养护后，可降至28%～42%。但由于固化药剂均呈不同程度的碱性，固化养护过程中有明显的氨气释放。

同济大学赵由才带领的技术团队开发了一种新型的镁系凝胶固化剂（M1固化剂），以镁盐、氯酸盐、磷酸盐、二元醇等为主要原料，并加入促凝剂和防水剂而成。添加量为污泥量的5%～8%，可在短期内（1～2 d）使污泥凝固，达到填埋要求。配合特制的耐压弹性板框压滤机，脱水后污泥含水率可降至50%以下。

周海燕等［7］试验了M1固化剂在老港填埋场的实际应用效果，并考察了污泥煤燃料焚烧灰渣作为替代固化剂的可能性。研究表明，M1固化剂在10%的投加量下，可使污泥含水率在养护7 d后降至22.1%。污泥煤燃料焚烧灰渣作为固化剂，也能明显改善污泥的脱水性能，投加比例为4.76%～16.7%时，经过3 d和6 d的养护后，含水率分别降至46.53%～41.08%和34.29%～23.92%，完全可以代替M1固化剂使用。固化污泥的含水率越低，用作固化剂时的投加量越小。

1.2深度脱水技术

深度脱水是指脱水后污泥含水率达到55%～65%，特殊条件下污泥含水率还可以更低。污泥经深度脱水后，可在水泥窑、热电厂或垃圾焚烧炉协同焚烧，也可进一步干化焚烧，也可直接进行填埋。深度脱水工艺的效果主要取决于污泥调理药剂和板框压滤设备2个关键因素。污泥调理的原理主要是对污泥颗粒表面有机物进行作用，或者对污泥的细胞结构进行破坏，降低污泥的含水率。调理方法主要有化学调理、物理调理和热工调理等3种，化学调理因其来源广泛、成本低廉从而得到了广泛的应用。污泥经调理后，在板框压滤机内实现脱水。板框压滤设备一般由机架、滤板、滤布、液压系统和控制系统等5个部分组成，其中的核心部件滤板在结构上经历了板框式、厢式、可变滤室隔膜压榨式3个阶段的发展，目前业界公认的最新材料则采用增强聚丙烯。

2009年4月，国内厂商的高压隔膜压滤设备在厦门多个污水厂批量应用，效果理想。污泥经重力浓缩、FeCl3和CaO调质、高压隔膜厢式压滤机深度脱水处理后，泥饼含水率＜60%，自然放置7 d后，含水率可进一步降至45%左右；泥饼基本无臭味，粪大肠菌群数为零［8］。自此，污泥深度脱水技术在国内得到了迅速发展，杭州［9］、上海、南京等地纷纷上马相应工程项目，成为各地应对污泥围城、解决污泥出路问题的重要举措。

有学者对污泥深度脱水过程的COD减排量、CO2减排量进行了核算：处理量为1.0×105m3/d的普通二级污水处理厂产生的污泥经深度脱水—焚烧、深度脱水—填埋工艺进行有效的处理处置，每日COD可减排5.52 t；经深度脱水—焚烧工艺处理处置，每日CO2可减少排放26.06 t；经深度脱水—填埋工艺处理处置，CO2每日减排达5.61t［10］。

2　工程实例

2.1上海老港填埋场污泥固化项目

自2007年开始，上海老港填埋场一二三期开始承担上海城区市政脱水污泥的处置任务，技术路线采用“固化预处理+养护+卫生填埋”。污泥固化示范工程设计处理量1 000 t/d，采用M1固化剂［11］。短驳车辆将含水率80%的脱水污泥卸入储坑后，由双无轴螺旋输送机计量送入滚筒搅拌机中，固化剂由螺旋输送机送入双无轴螺旋输送机内与污泥进行混合，以保证搅拌机中的固化反应均匀。反应后物料由皮带输送机输送至料仓暂存后运往养护区养护。养护一定时间后送去填埋。

该设备系统自2009年6月开始运行，主要运行参数为：固化剂投加比例10%，养护时间7d。固化养护后，污泥含水率50%～55%，密度1.1～1.2g/cm3，无侧限抗压强度＞50kN/m2，十字板抗剪强度≥25kN/m2，含水率≤60%，臭度强度低于三级。固化后的污泥可满足GB/T 23485—2009城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质的土力学特性指标，实现污泥的安全卫生填埋。

2.2上海白龙港污泥深度脱水工程

上海市污泥的主要出路是送至老港填埋场污泥库区进行填埋处置，然而由于老港现有的污泥固化预处理设施处理规模有限，而规划中的数项污泥处理处置工程尚在建设之中未能如期投用，导致上海市污水污泥的出路成了一个重大问题。为解决未来一段时期上海市污水污泥的出路问题，上海市于2011年12月开始建设白龙港污泥深度脱水应急工程，2012年6月开始调试［12］。该工程设计污泥处理规模为1 500 t/d（含水率约为80%），处理目标包括白龙港污水处理厂的浓缩污泥（含水率约97%，折算为80%含水率的脱水污泥为750 t/d）和中心城区其他污水厂的脱水污泥约750 t/d（含水率80%计）。

污泥处理采用混合调理—化学调理—隔膜压滤的处理工艺。采用商品FeCl3溶液和现场配制的石灰乳溶液为污泥调理药剂，设计FeCl3投加量为干泥量的8%，CaO投加量为干泥量的20%。设置26套隔膜压滤设备（22用4备，其中国产设备20套，进口设备6套），单个批次反应时间为2～4 h。化学调理后的污泥由污泥提升泵注入隔膜压滤设备中，进泥最大压力为1.2 MPa，进泥时间为1.5～2.0 h；停止进泥后，通过隔膜挤压泵对压滤机中的隔膜加压，压力为1.5 MPa，压滤时间为10～20 min；之后利用高压空气吹脱压滤机中心进泥管中的污泥及空腔内的滤液，时间约为1 min；最后松开压滤机滤板，排尽剩余滤液；压滤结束后，卸除滤板内的泥饼至卸料斗，经螺旋输送机输送至污泥车外运。

试生产和运行中，实际处理规模不低于300 t/d，平均311.03 t/d，深度脱水后污泥含水率低于60%，符合GB/T 23485—2009城镇污水处理厂污泥处理混合填埋用泥质的标准（含水率≤60%）。运行中，调理药剂的用量与设计量相比有所增加，实际电耗低于设计能耗。

3　结论

脱水污泥的合理处置已成为国内关注的热点问题。脱水后填埋是我国污泥处置的主要路径。然而由于脱水污泥含水率仍较高，无论单独填埋或是混合填埋，都会带来一系列问题，为此有必要经适当预处理改性后再填埋。固化/稳定化技术是前期研究和应用较多的技术，但随着技术的进步，污泥深度脱水技术更受青睐。

［1］ 李磊.污泥固化处理技术及重金属污染控制研究［D］.南京：河海大学，2006.

［2］ Dermatas D，Meng X.Utilization of fly ash for stabilization/solidification of heavy metal contaminated soils［J］.Eng Geol，2003，70（3/4）：377-394.

［3］ VallsS，VàzquezE.Stabilisation and solidification of sewage sludges withPortlandcemen［tJ］.CemConcrRes，2000，30（10）：1671-1678.

［4］ 马建立，赵由才，王莉，等.镁质碱式盐对污泥力学性能的影响［J］.同济大学学报：自然科学版，2010，38（2）：268-272.

［5］ 郑修军，朱伟，李磊，等.污泥固化材料优选试验研究［J］.岩土力学，2008，29（Z1）：571-574.

［6］ 张美兰.多种污泥固化剂固化效果的研究分析［J］.环境卫生工程，2012，20（1）：26-28.

［7］ 周海燕，李欣，钱春军.镁盐固化污泥及污泥焚烧灰渣作为原生污泥新型固化剂应用工艺研究［J］.环境卫生工程，2011，19（3）：48-49，52.

［8］ 谢小青，黄珍艺，戴兰华，等.厦门城市污泥深度脱水处理及资源化利用研究［J］.中国给水排水，2010，26（5）：138-140.

［9］ 陈柏校，张辰，王国华，等.污泥深度脱水工艺在杭州七格污水处理厂的应用［J］.中国给水排水，2011，27（8）：83-85.

［10］ 刘鹏，朱乃若，熊唯，等.污泥深度脱水处理与处置工艺的COD及碳减排分析［J］.环境卫生工程，2012，20（1）：9-12.

［11］ 钱春军.城市污泥固化处理工程技术研发与应用［J］.环境卫生工程，2010，18（6）：55-57，61.

［12］ 张辰，王建华，徐月江，等.上海市白龙港污泥深度脱水应急工程设计与运行［J］.给水排水，2013，39（6）：42-46.

Pretreatment Technology Practice of Sludge Modified Landfill

Huang Jiangang1，Li Xia1，Jia Chuan2，Song Lijie2，Chen Shanping2
（1.Shanghai Laogang Waste Utilization Co.Ltd.，Shanghai200336；2.Shanghai Institute for Design&Research on Environmental Engineering，Shanghai200232）

The technologies of sludge solidification/stabilization and advanced dewatering were analyzed and compared. The project situations of Shanghai Laogang landfill and Shanghai Bailonggang sludge advanced dewatering were introduced.It was proposed that sludge solidification/stabilization technology was widely applied in the early stage.But with the improvement ofadvanced sludge dewatering technology，it will be more popular.

sewage sludge；solidification/stabilization；advanced dewatering

X703.1

A

1005-8206（2016）04-0019-03

国家科技支撑计划项目（2012BAC15B05）收稿日期：2015-02-12

黄建刚（1978—），工程师，主要从事固体废物处理及环境整治工作。