隨著(zhu)城市生活(huo)污(wu)(wu)(wu)水處(chu)理(li)技術的(de)(de)日趨成熟，我國年產干污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)量約為(wei)(wei)(wei)500萬t，且呈不斷上升(sheng)趨勢(shi)。污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)的(de)(de)處(chu)理(li)和處(chu)置刻不容緩(huan)，如處(chu)理(li)不當，會造成二(er)次污(wu)(wu)(wu)染。為(wei)(wei)(wei)解決(jue)這一(yi)問題，實現污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)“減量化(hua)、無害化(hua)、穩定(ding)化(hua)、資源化(hua)”的(de)(de)目標(biao)，研(yan)究(jiu)者提(ti)出(chu)將(jiang)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)作(zuo)為(wei)(wei)(wei)垃(la)圾填(tian)(tian)埋(mai)(mai)場(chang)(chang)(chang)覆(fu)蓋物的(de)(de)設想，并對(dui)其進(jin)行(xing)綜合(he)(he)利用。其中，MALMSTEAD等(deng)利用小型試(shi)驗(yan)填(tian)(tian)埋(mai)(mai)場(chang)(chang)(chang)研(yan)究(jiu)一(yi)種高有機(ji)質土(tu)——造紙廠污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)作(zuo)覆(fu)蓋材(cai)(cai)料的(de)(de)可行(xing)性，但該試(shi)驗(yan)只(zhi)是在小范圍(wei)進(jin)行(xing)，對(dui)環境(jing)影響因素分(fen)析較少；KIM等(deng)利用轉爐(lu)爐(lu)渣(zha)對(dui)城市污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)進(jin)行(xing)改(gai)性，研(yan)究(jiu)了污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)作(zuo)為(wei)(wei)(wei)垃(la)圾填(tian)(tian)埋(mai)(mai)場(chang)(chang)(chang)覆(fu)蓋材(cai)(cai)料的(de)(de)可能性；楊石飛等(deng)用自來水廠脫水污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)與石灰混(hun)合(he)(he)進(jin)行(xing)試(shi)驗(yan)，結(jie)果表明污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)經過改(gai)性后(hou)有望達到作(zuo)垃(la)圾填(tian)(tian)埋(mai)(mai)場(chang)(chang)(chang)覆(fu)蓋材(cai)(cai)料的(de)(de)各項指標(biao)。借鑒國內外成功的(de)(de)經驗(yan)，研(yan)究(jiu)了城市污(wu)(wu)(wu)水處(chu)理(li)廠改(gai)性污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)作(zuo)為(wei)(wei)(wei)填(tian)(tian)埋(mai)(mai)場(chang)(chang)(chang)覆(fu)蓋物的(de)(de)技術可行(xing)性和具體的(de)(de)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)改(gai)性方法(fa)。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料

消化污(wu)泥取自重(zhong)慶市唐家橋污(wu)水處理廠；石灰為化學純；爐渣取自重(zhong)慶市同興垃圾焚燒廠，其含水率約(yue)為15%。

1.2 實驗方法

模擬降(jiang)雨(yu)(yu)(yu)實驗中(zhong)滲透系數的(de)測(ce)定方法：取樣品(pin)5kg放入(ru)樣桶(tong)(截(jie)面(mian)積(ji)855cm2，高(gao)(gao)度60 cm，桶(tong)底透水)中(zhong)，壓(ya)實密度為(wei)1 kg/L，即(ji)壓(ya)實到(dao)距桶(tong)底5.8cm的(de)高(gao)(gao)度，簡易模擬降(jiang)雨(yu)(yu)(yu)裝(zhuang)置(zhi)，降(jiang)雨(yu)(yu)(yu)強度控(kong)制在(zai)80mm/h(參(can)照重慶市氣象(xiang)局提供的(de)重慶市歷史上的(de)降(jiang)雨(yu)(yu)(yu)強度)，降(jiang)雨(yu)(yu)(yu)量取 5 L，降(jiang)雨(yu)(yu)(yu)歷時為(wei)44 min，然后通(tong)過式(1)計(ji)算滲透系數。

滲(shen)透(tou)系(xi)數(shu)( cm/s) =總滲(shen)透(tou)量(mL)/（桶截面積×滲(shen)透(tou)時間(s)） (1)

其(qi)他指標的測(ce)定儀器或方法見表(biao)1。

表1　各指標的測定儀器或方法

1.3 參照標準

根據生活垃圾填埋污染控制標準規定，生活垃圾填埋場的防滲層的滲透系數應小于10-7cm/s。因此，污泥作為覆蓋材料時的滲透系數應小于或接近該值；污泥作為垃圾填埋場覆蓋材料使用后，為了使污水水質不超過污水處理廠的設計工作負荷，其浸出液的污染因子濃度應與垃圾滲濾液的相當。故模擬降雨實驗浸出液的COD、氨氮以及pH等應在垃圾填埋場滲濾液中各指標的濃度范圍之內(見表2)。

表2　垃圾填埋場滲濾液污染指標質量濃度

2 實驗結果與討論

2.1　消化(hua)污泥本底指標的測定

按(an)照(zhao)1.2節中的實驗方法(fa)，進行多(duo)組(zu)平(ping)行實驗，得出(chu)消化污(wu)泥本(ben)底的含(han)水率為77.0%，揮發性固(gu)體質量分數(shu)為37.6%。

2.2不(bu)同含水率消(xiao)化污(wu)泥(ni)各指標的(de)測定(ding)

依據1.2節中的實驗方法，先將消化污泥預處理(烘干)到不同含水率，測定不同含水率消化污泥在模擬降雨實驗中的滲透系數、COD、氨氮和pH，根據所得數據作含水率與各指標間的關系圖(見圖1)。

從(cong)(cong)圖1可(ke)看出(chu)，消化(hua)污(wu)泥的含(han)(han)水(shui)(shui)(shui)率(lv)從(cong)(cong)20%增加(jia)到(dao)(dao)60%，滲(shen)透(tou)系(xi)(xi)數下(xia)(xia)(xia)降(jiang)(jiang)約(yue)(yue)32%，其(qi)中含(han)(han)水(shui)(shui)(shui)率(lv)從(cong)(cong)20%增加(jia)到(dao)(dao)40%，滲(shen)透(tou)系(xi)(xi)數只下(xia)(xia)(xia)降(jiang)(jiang)了(le)3%左右，下(xia)(xia)(xia)降(jiang)(jiang)速率(lv)較慢；含(han)(han)水(shui)(shui)(shui)率(lv)從(cong)(cong)40%上升到(dao)(dao)60%時(shi)，滲(shen)透(tou)系(xi)(xi)數下(xia)(xia)(xia)降(jiang)(jiang)約(yue)(yue)29%，其(qi)下(xia)(xia)(xia)降(jiang)(jiang)速率(lv)較快。COD下(xia)(xia)(xia)降(jiang)(jiang)83%，其(qi)中含(han)(han)水(shui)(shui)(shui)率(lv)從(cong)(cong)20%增加(jia)到(dao)(dao)50%時(shi)，COD下(xia)(xia)(xia)降(jiang)(jiang)約(yue)(yue)79%；而含(han)(han)水(shui)(shui)(shui)率(lv)從(cong)(cong)50%上升到(dao)(dao)60%時(shi)，COD下(xia)(xia)(xia)降(jiang)(jiang)只有(you)4%左右。氨(an)氮(dan)(dan)(dan)下(xia)(xia)(xia)降(jiang)(jiang)約(yue)(yue)77%，其(qi)中含(han)(han)水(shui)(shui)(shui)率(lv)從(cong)(cong)20%增加(jia)到(dao)(dao)40%，氨(an)氮(dan)(dan)(dan)下(xia)(xia)(xia)降(jiang)(jiang)13%；而含(han)(han)水(shui)(shui)(shui)率(lv)從(cong)(cong)40%上升到(dao)(dao) 60%時(shi)，氨(an)氮(dan)(dan)(dan)下(xia)(xia)(xia)降(jiang)(jiang)64%。pH基本維持在(zai)7左右。

污(wu)泥(ni)含水(shui)(shui)率(lv)較(jiao)低(di)時(shi)，形成堅(jian)硬的(de)顆粒難以(yi)壓實，顆粒之(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)間縫隙(xi)大(da)(da)和(he)孔(kong)較(jiao)多，雨(yu)水(shui)(shui)很快(kuai)就能滲(shen)出(chu)(chu)，并(bing)且許多有(you)機物顆粒能夠隨著水(shui)(shui)通過(guo)縫隙(xi)帶出(chu)(chu)，致使滲(shen)透(tou)系(xi)數較(jiao)大(da)(da)，同(tong)時(shi)浸出(chu)(chu)液(ye)的(de)COD、氨氮含量較(jiao)高(gao)(gao)。隨著含水(shui)(shui)率(lv)的(de)升高(gao)(gao)，污(wu)泥(ni)顆粒的(de)表面張力減小(xiao)，同(tong)樣(yang)壓力下其壓實度(du)(du)提高(gao)(gao)，污(wu)泥(ni)間縫隙(xi)小(xiao)和(he)孔(kong)較(jiao)少，滲(shen)透(tou)系(xi)數隨之(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)減小(xiao)，除pH之(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)外(wai)的(de)各(ge)指標隨之(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)降(jiang)低(di)。由于壓實度(du)(du)提高(gao)(gao)，雨(yu)水(shui)(shui)能夠帶出(chu)(chu)的(de)有(you)機物顆粒銳減，COD降(jiang)幅(fu)較(jiao)大(da)(da)，當污(wu)泥(ni)含水(shui)(shui)率(lv)為(wei)50%時(shi)，COD主要來(lai)自于浸出(chu)(chu)的(de)可溶有(you)機物，再增大(da)(da)含水(shui)(shui)率(lv)COD變(bian)化(hua)較(jiao)小(xiao)；滲(shen)透(tou)系(xi)數、氨氮的(de)變(bian)化(hua)與污(wu)泥(ni)含水(shui)(shui)率(lv)之(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)間存在一個臨界點 (即含水(shui)(shui)率(lv)為(wei)40%)，當污(wu)泥(ni)含水(shui)(shui)率(lv)到達40%時(shi)，再增大(da)(da)含水(shui)(shui)率(lv)，滲(shen)透(tou)系(xi)數和(he)氨氮的(de)變(bian)化(hua)幅(fu)度(du)(du)增大(da)(da)。對于較(jiao)高(gao)(gao)含水(shui)(shui)率(lv)時(shi)，污(wu)泥(ni)層比(bi)較(jiao)緊密，雨(yu)水(shui)(shui)浸出(chu)(chu)的(de)污(wu)染(ran)物較(jiao)少，故各(ge)種(zhong)污(wu)染(ran)物負荷較(jiao)低(di)。消化(hua)污(wu)泥(ni)出(chu)(chu)廠時(shi)基(ji)本為(wei)中性，在預處理和(he)實驗(yan)過(guo)程中未添加酸(suan)或堿，浸出(chu)(chu)液(ye)的(de)pH基(ji)本不變(bian)。

2.3　消化污(wu)泥改性后模擬降雨(yu)實驗各指(zhi)標的測(ce)定(ding)

由于較高(gao)含水率(lv)時(shi)滲透系數較小且(qie)污染負荷較低(di)(di)，改性(xing)(xing)達標的(de)可(ke)能性(xing)(xing)比低(di)(di)含水率(lv)時(shi)大(da)，故(gu)分(fen)別選擇(ze)50%和60%含水率(lv)的(de)消化污泥，改性(xing)(xing)后做模擬降雨實驗。石灰可(ke)與污泥中(zhong)(zhong)的(de)水分(fen)反(fan)應(ying)，然(ran)后吸收空氣中(zhong)(zhong)的(de)CO2，最(zui)后變成(cheng)堅硬(ying)的(de)碳酸鈣；爐渣顆粒堅硬(ying)，可(ke)作(zuo)為凝結中(zhong)(zhong)心，且(qie)來源廣泛、成(cheng)本低(di)(di)。因此(ci)，選石灰和爐渣作(zuo)為改性(xing)(xing)材料。

2.3.1 用石灰改性后消(xiao)化(hua)污泥的模擬(ni)降雨(yu)實驗(yan)結果

分別用含水率為50%和60%的消化污泥與石灰以2∶1(質量比，下同)、3∶1、4∶1混合，然后再做模擬降雨實驗，測定各指標，根據實驗數據作出消化污泥和石灰質量比與各指標間的關系圖(見圖2)。

從圖2可以看出，含水率為50%的消化污泥與石灰混合，當質量比從2∶1上升到4∶1時，模擬降雨浸出液的滲透系數從6.8×10-4cm/s左右降低到 4.8×10^-4 cm/s左右，COD從2.5×10⁴mg/L降到2.2×10⁴mg/L，氨氮從4.2×10²mg/L上升到1.2×10³mg /L，pH維持在11左右。含水率為60%的消化污泥與石灰混合，當質量比從2∶1上升到4∶1時，模擬降雨浸出液的滲透系數從1.1×10-5cm/s 左右降到1.0×10^-5 cm/s左右，COD從約1.4×10⁴mg/L升到約1.5×10⁴mg/L，氨氮從約5.7×10²mg/L上升到 1.1×10³mg/L，pH維(wei)持在11左右。

將含(han)水(shui)率(lv)為50%和60%的(de)(de)(de)消化污泥以相同(tong)質量(liang)比與(yu)石灰混合改(gai)性后(hou)(hou)的(de)(de)(de)實(shi)驗結(jie)果對比發現(xian)，后(hou)(hou)者(zhe)(zhe)(zhe)模(mo)擬降雨的(de)(de)(de)滲透(tou)系(xi)數(shu)、浸出(chu)液的(de)(de)(de)COD小得(de)多，氨(an)氮(dan)(dan)含(han)量(liang)稍(shao)大(da)，而(er)兩者(zhe)(zhe)(zhe)的(de)(de)(de)pH差不多。這是由于(yu)前(qian)者(zhe)(zhe)(zhe)較后(hou)(hou)者(zhe)(zhe)(zhe)易(yi)形成顆(ke)粒，模(mo)擬雨水(shui)沿顆(ke)粒縫隙(xi)下流，帶出(chu)的(de)(de)(de)有(you)機物量(liang)較大(da)，從而(er)使(shi)其滲透(tou)系(xi)數(shu)、COD要比后(hou)(hou)者(zhe)(zhe)(zhe)大(da)。氨(an)氮(dan)(dan)主(zhu)要來源于(yu)銨(an)鹽的(de)(de)(de)溶出(chu)，滲透(tou)系(xi)數(shu)越(yue)小，雨水(shui)在污泥中(zhong)停留的(de)(de)(de)時間越(yue)長，銨(an)鹽越(yue)容易(yi)溶出(chu)，故后(hou)(hou)者(zhe)(zhe)(zhe)的(de)(de)(de)氨(an)氮(dan)(dan)較高。

相同含水率的(de)消化污(wu)泥(ni)與石(shi)灰以(yi)不同的(de)質(zhi)量(liang)比混合，當石(shi)灰所占比例越(yue)(yue)(yue)大(da)(da)(即質(zhi)量(liang)比越(yue)(yue)(yue)小)時(shi)，越(yue)(yue)(yue)能與消化污(wu)泥(ni)中(zhong)(zhong)的(de)水分反應，從而使(shi)整個污(wu)泥(ni)層變(bian)得疏松多孔(kong)，致使(shi)滲透系數越(yue)(yue)(yue)大(da)(da)；同時(shi)，消化污(wu)泥(ni)中(zhong)(zhong)的(de)銨(an)鹽(yan)與強堿發(fa)生反應，導(dao)致氨氣逸出(chu)，石(shi)灰比例越(yue)(yue)(yue)大(da)(da)接觸越(yue)(yue)(yue)充分、銨(an)鹽(yan)消耗量(liang)越(yue)(yue)(yue)大(da)(da)，則(ze)浸出(chu)液中(zhong)(zhong)的(de)氨氮就越(yue)(yue)(yue)低。這(zhe)3種質(zhi)量(liang)比中(zhong)(zhong)的(de)石(shi)灰含量(liang)都比較高，其在(zai)水中(zhong)(zhong)的(de)溶解度基本達到飽和(he)。

2.3.2用(yong)爐渣改性后(hou)消化污(wu)泥的模擬降(jiang)雨實驗結果

分別用含水率為50%和60%的消化污泥與爐渣以2∶1(質量比，下同)、3∶1、4∶1混合，然后做模擬降雨實驗，測定各指標，根據實驗數據作出消化污泥和爐渣質量比與各指標間的關系圖(見圖3)。

從圖3可以看出，含水率為50%的消化污泥與爐渣混合，當質量比從2∶1上升到4∶1時，模擬降雨浸出液的滲透系數從1.5×10-3cm/s左右降到 1.4×10^-3 cm/s左右，COD從8.1×10³mg/L升到1.2×10⁴mg/L，氨氮從7.4×10²mg/L上升到1.1×10³mg /L，pH維持在6.5左右。含水率為60%的消化污泥與爐渣混合，當質量比從2∶1上升到4∶1時，模擬降雨浸出液的滲透系數從5.4×10^-6 cm /s左右升到5.6×10^-6 cm/s左右，COD從6.9×10³mg/L升到7.3×10³mg/L，氨氮從5.2×10²mg/L上升到 1.1×10³mg/L，pH維持在7.0左右。

將(jiang)含水率為50%和60%的消化污(wu)泥以(yi)相(xiang)同質量(liang)比(bi)與爐(lu)渣(zha)混合改性后的實驗結果對比(bi)發現，后者模擬降雨的滲透系數(shu)比(bi)前者小(xiao)很多，約為前者的1/300，浸出(chu)液的COD、氨(an)氮(dan)也比(bi)前者低，而兩(liang)者的pH相(xiang)差不(bu)大。

含(han)水(shui)(shui)率為(wei)60%的(de)消化污泥(ni)(ni)與爐渣(zha)混(hun)合后(hou)(hou)，模擬降雨(yu)實驗的(de)滲透(tou)系數達到10-6數量級，主要是(shi)由于污泥(ni)(ni)含(han)水(shui)(shui)率較高而(er)易壓實，混(hun)合物間的(de)縫(feng)隙小(xiao)，參入(ru)的(de)爐渣(zha)在混(hun)合后(hou)(hou)作為(wei)凝結中(zhong)心，有(you)利于增大混(hun)合物的(de)剪切性(xing)；模擬雨(yu)水(shui)(shui)所(suo)能帶出(chu)的(de)有(you)機物、銨鹽濃度低(di)，而(er)使COD、氨氮隨著爐渣(zha)所(suo)占比例的(de)增加而(er)減小(xiao)；污泥(ni)(ni)本底就是(shi)中(zhong)性(xing)，爐渣(zha)并不改變其酸(suan)堿(jian)性(xing)，所(suo)以浸出(chu)液(ye)的(de)pH維(wei)持中(zhong)性(xing)。

3 結論

由實驗結果可(ke)(ke)知，含(han)水率(lv)為(wei)(wei)60%的(de)消化污泥與爐渣以2∶1混合時，滲(shen)(shen)透系數達到10-6數量級(ji)，已(yi)經接近(jin)垃圾(ji)(ji)填(tian)埋場(chang)防滲(shen)(shen)層對(dui)滲(shen)(shen)透系數的(de)要求，且各(ge)種污染物負(fu)荷較小，如(ru)再稍微增大壓實力度，各(ge)項指標(biao)能達到污泥作(zuo)為(wei)(wei)垃圾(ji)(ji)填(tian)埋場(chang)覆蓋(gai)材(cai)(cai)料的(de)要求。因此(ci)，可(ke)(ke)選用爐渣作(zuo)為(wei)(wei)改性材(cai)(cai)料。但重(zhong)慶主城區處(chu)(chu)于酸雨(yu)區，雨(yu)水pH為(wei)(wei)4.11，垃圾(ji)(ji)填(tian)埋場(chang)滲(shen)(shen)濾(lv)液的(de)pH接近(jin)該(gai)值，故需向1 L滲(shen)(shen)濾(lv)液中投(tou)加少量堿(如(ru)石灰約3.7 mg)，既降低其(qi)氨氮濃度又將(jiang)pH調(diao)到6.0，便于后續處(chu)(chu)理(li)。爐渣來自(zi)垃圾(ji)(ji)焚燒廠，可(ke)(ke)實現(xian)固體廢棄物的(de)綜合利(li)用，且基本不造成額外的(de)費(fei)用，經濟可(ke)(ke)行性較好。

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