隨著城市生活污(wu)水(shui)處(chu)(chu)理(li)技術的(de)(de)(de)(de)(de)日(ri)趨成(cheng)(cheng)熟，我(wo)國年產干污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)量(liang)約為(wei)500萬(wan)t，且呈不(bu)斷(duan)上(shang)升趨勢。污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)處(chu)(chu)理(li)和處(chu)(chu)置刻(ke)不(bu)容緩，如處(chu)(chu)理(li)不(bu)當，會造(zao)成(cheng)(cheng)二(er)次污(wu)染(ran)。為(wei)解(jie)決(jue)這一問題，實(shi)現污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)“減量(liang)化、無害化、穩定化、資源化”的(de)(de)(de)(de)(de)目標，研(yan)究(jiu)者提出將污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)作(zuo)為(wei)垃(la)圾填埋(mai)場覆(fu)(fu)(fu)蓋(gai)物的(de)(de)(de)(de)(de)設想，并對其進行(xing)(xing)綜合利(li)用(yong)(yong)。其中，MALMSTEAD等(deng)利(li)用(yong)(yong)小型試(shi)(shi)驗(yan)填埋(mai)場研(yan)究(jiu)一種高有(you)機質土——造(zao)紙廠(chang)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)作(zuo)覆(fu)(fu)(fu)蓋(gai)材料的(de)(de)(de)(de)(de)可行(xing)(xing)性(xing)(xing)，但該試(shi)(shi)驗(yan)只是在小范(fan)圍進行(xing)(xing)，對環(huan)境(jing)影響因素(su)分析(xi)較少；KIM等(deng)利(li)用(yong)(yong)轉爐爐渣(zha)對城市污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)進行(xing)(xing)改(gai)性(xing)(xing)，研(yan)究(jiu)了(le)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)作(zuo)為(wei)垃(la)圾填埋(mai)場覆(fu)(fu)(fu)蓋(gai)材料的(de)(de)(de)(de)(de)可能(neng)性(xing)(xing)；楊石飛(fei)等(deng)用(yong)(yong)自來水(shui)廠(chang)脫水(shui)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)與石灰混(hun)合進行(xing)(xing)試(shi)(shi)驗(yan)，結果表明(ming)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)經過改(gai)性(xing)(xing)后有(you)望達到作(zuo)垃(la)圾填埋(mai)場覆(fu)(fu)(fu)蓋(gai)材料的(de)(de)(de)(de)(de)各項(xiang)指標。借(jie)鑒國內外成(cheng)(cheng)功的(de)(de)(de)(de)(de)經驗(yan)，研(yan)究(jiu)了(le)城市污(wu)水(shui)處(chu)(chu)理(li)廠(chang)改(gai)性(xing)(xing)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)作(zuo)為(wei)填埋(mai)場覆(fu)(fu)(fu)蓋(gai)物的(de)(de)(de)(de)(de)技術可行(xing)(xing)性(xing)(xing)和具(ju)體的(de)(de)(de)(de)(de)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)改(gai)性(xing)(xing)方法。

1 實驗材料與方法

1.1實驗材料

消化(hua)污(wu)(wu)泥取自重慶市(shi)唐家橋污(wu)(wu)水處理廠；石(shi)灰為化(hua)學純；爐渣取自重慶市(shi)同興垃圾焚燒廠，其含水率約為15%。

1.2實驗方法

模擬(ni)降雨(yu)實驗中滲透(tou)系數的測定(ding)方法(fa)：取(qu)樣品5kg放入樣桶(tong)（截面積855cm2，高度(du)60cm，桶(tong)底(di)透(tou)水）中，壓實密度(du)為1kg/L，即壓實到距桶(tong)底(di)5.8cm的高度(du)，簡易模擬(ni)降雨(yu)裝(zhuang)置，降雨(yu)強(qiang)度(du)控制在80mm/h（參(can)照重慶市氣象(xiang)局(ju)提供的重慶市歷史上(shang)的降雨(yu)強(qiang)度(du)），降雨(yu)量取(qu)5L，降雨(yu)歷時為44min，然后(hou)通過式（1）計算滲透(tou)系數。

其他(ta)指(zhi)標的測定儀器或(huo)方法(fa)見(jian)表1。

表(biao)1 各指標的(de)測定(ding)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(wu)泥作(zuo)為覆蓋材(cai)料時(shi)的(de)滲透系(xi)數(shu)應(ying)小(xiao)于或接近該值；污(wu)泥作(zuo)為垃(la)圾填(tian)埋(mai)場覆蓋材(cai)料使用后(hou)，為了使污(wu)水(shui)(shui)水(shui)(shui)質不超過污(wu)水(shui)(shui)處理廠的(de)設(she)計工(gong)作(zuo)負(fu)荷，其浸(jin)出液(ye)(ye)的(de)污(wu)染因子濃度應(ying)與垃(la)圾滲濾液(ye)(ye)的(de)相當。故(gu)模擬降雨實驗浸(jin)出液(ye)(ye)的(de)COD、氨氮以及(ji)pH等應(ying)在(zai)垃(la)圾填(tian)埋(mai)場滲濾液(ye)(ye)中(zhong)各指標(biao)的(de)濃度范(fan)圍之(zhi)內(nei)（見表2）。

表(biao)2 垃(la)圾填埋場滲濾(lv)液(ye)污染指標質量(liang)濃度

2 實驗結果與討論

2.1消化(hua)污泥本底指(zhi)標的(de)測定

按照1.2節中的(de)實驗(yan)方(fang)法，進行(xing)多組平行(xing)實驗(yan)，得出消化污泥本底(di)的(de)含水率為77.0%，揮發性固體質量(liang)分數為37.6%。

2.2不同含水(shui)率消化污泥(ni)各(ge)指標的測定

依據1.2節中(zhong)的實(shi)驗方法，先(xian)將(jiang)消化污(wu)泥預(yu)處理(li)（烘干）到不同(tong)含水(shui)率(lv)(lv)(lv)，測定不同(tong)含水(shui)率(lv)(lv)(lv)消化污(wu)泥在(zai)模(mo)擬降雨實(shi)驗中(zhong)的滲(shen)透系數(shu)、COD、氨氮和pH，根據所得數(shu)據作含水(shui)率(lv)(lv)(lv)與各(ge)指標間的關系圖（見圖1）。

圖1 消化(hua)污泥含(han)水率與各指標之間的關系

從(cong)圖1可看出，消化污泥的含(han)水(shui)率從(cong)20%增加(jia)到(dao)60%，滲(shen)(shen)透(tou)(tou)系(xi)數(shu)(shu)下(xia)降(jiang)(jiang)約(yue)32%，其(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)含(han)水(shui)率從(cong)20%增加(jia)到(dao)40%，滲(shen)(shen)透(tou)(tou)系(xi)數(shu)(shu)只下(xia)降(jiang)(jiang)了3%左(zuo)右，下(xia)降(jiang)(jiang)速(su)率較(jiao)慢；含(han)水(shui)率從(cong)40%上(shang)升到(dao)60%時(shi)，滲(shen)(shen)透(tou)(tou)系(xi)數(shu)(shu)下(xia)降(jiang)(jiang)約(yue)29%，其(qi)下(xia)降(jiang)(jiang)速(su)率較(jiao)快。COD下(xia)降(jiang)(jiang)83%，其(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)含(han)水(shui)率從(cong)20%增加(jia)到(dao)50%時(shi)COD下(xia)降(jiang)(jiang)約(yue)79%；而(er)含(han)水(shui)率從(cong)50%上(shang)升到(dao)60%時(shi)，COD下(xia)降(jiang)(jiang)只有(you)4%左(zuo)右。氨(an)(an)氮下(xia)降(jiang)(jiang)約(yue)77%，其(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)含(han)水(shui)率從(cong)20%增加(jia)到(dao)40%，氨(an)(an)氮下(xia)降(jiang)(jiang)13%；而(er)含(han)水(shui)率從(cong)40%上(shang)升到(dao)60%時(shi)，氨(an)(an)氮下(xia)降(jiang)(jiang)64%。pH基本維(wei)持在7左(zuo)右。

污(wu)(wu)(wu)泥含(han)(han)(han)水(shui)(shui)(shui)(shui)率(lv)較(jiao)(jiao)低時，形(xing)成堅(jian)硬的(de)(de)顆(ke)粒(li)(li)難以壓(ya)(ya)實(shi)(shi)，顆(ke)粒(li)(li)之(zhi)(zhi)(zhi)間(jian)(jian)縫隙(xi)(xi)大(da)和(he)(he)孔較(jiao)(jiao)多，雨(yu)水(shui)(shui)(shui)(shui)很快就能(neng)(neng)滲(shen)(shen)出(chu)，并(bing)且許(xu)多有機(ji)物(wu)(wu)顆(ke)粒(li)(li)能(neng)(neng)夠隨(sui)著(zhu)水(shui)(shui)(shui)(shui)通(tong)過縫隙(xi)(xi)帶出(chu)，致(zhi)使滲(shen)(shen)透系(xi)數(shu)(shu)較(jiao)(jiao)大(da)，同(tong)時浸(jin)出(chu)液的(de)(de)COD、氨(an)氮(dan)含(han)(han)(han)量較(jiao)(jiao)高(gao)。隨(sui)著(zhu)含(han)(han)(han)水(shui)(shui)(shui)(shui)率(lv)的(de)(de)升高(gao)，污(wu)(wu)(wu)泥顆(ke)粒(li)(li)的(de)(de)表面張力減(jian)小(xiao)，同(tong)樣壓(ya)(ya)力下其(qi)壓(ya)(ya)實(shi)(shi)度提高(gao)，污(wu)(wu)(wu)泥間(jian)(jian)縫隙(xi)(xi)小(xiao)和(he)(he)孔較(jiao)(jiao)少，滲(shen)(shen)透系(xi)數(shu)(shu)隨(sui)之(zhi)(zhi)(zhi)減(jian)小(xiao)，除pH之(zhi)(zhi)(zhi)外(wai)的(de)(de)各(ge)指標隨(sui)之(zhi)(zhi)(zhi)降低。由于壓(ya)(ya)實(shi)(shi)度提高(gao)，雨(yu)水(shui)(shui)(shui)(shui)能(neng)(neng)夠帶出(chu)的(de)(de)有機(ji)物(wu)(wu)顆(ke)粒(li)(li)銳減(jian)，COD降幅較(jiao)(jiao)大(da)，當(dang)污(wu)(wu)(wu)泥含(han)(han)(han)水(shui)(shui)(shui)(shui)率(lv)為(wei)50%時，COD主要來自(zi)于浸(jin)出(chu)的(de)(de)可(ke)溶有機(ji)物(wu)(wu)，再增大(da)含(han)(han)(han)水(shui)(shui)(shui)(shui)率(lv)COD變化(hua)(hua)較(jiao)(jiao)小(xiao)；滲(shen)(shen)透系(xi)數(shu)(shu)、氨(an)氮(dan)的(de)(de)變化(hua)(hua)與(yu)污(wu)(wu)(wu)泥含(han)(han)(han)水(shui)(shui)(shui)(shui)率(lv)之(zhi)(zhi)(zhi)間(jian)(jian)存在(zai)一個臨界點（即(ji)含(han)(han)(han)水(shui)(shui)(shui)(shui)率(lv)為(wei)40%），當(dang)污(wu)(wu)(wu)泥含(han)(han)(han)水(shui)(shui)(shui)(shui)率(lv)到達40%時，再增大(da)含(han)(han)(han)水(shui)(shui)(shui)(shui)率(lv)，滲(shen)(shen)透系(xi)數(shu)(shu)和(he)(he)氨(an)氮(dan)的(de)(de)變化(hua)(hua)幅度增大(da)。對于較(jiao)(jiao)高(gao)含(han)(han)(han)水(shui)(shui)(shui)(shui)率(lv)時，污(wu)(wu)(wu)泥層比較(jiao)(jiao)緊密，雨(yu)水(shui)(shui)(shui)(shui)浸(jin)出(chu)的(de)(de)污(wu)(wu)(wu)染物(wu)(wu)較(jiao)(jiao)少，故各(ge)種(zhong)污(wu)(wu)(wu)染物(wu)(wu)負荷較(jiao)(jiao)低。消(xiao)化(hua)(hua)污(wu)(wu)(wu)泥出(chu)廠(chang)時基本(ben)為(wei)中性，在(zai)預處理和(he)(he)實(shi)(shi)驗(yan)過程中未添加酸或堿，浸(jin)出(chu)液的(de)(de)pH基本(ben)不變。

2.3消化污泥改性后(hou)模擬(ni)降(jiang)雨實驗各(ge)指(zhi)標的測定

由于較(jiao)高含(han)水(shui)率時滲(shen)透系數較(jiao)小且污(wu)染負荷較(jiao)低，改性(xing)(xing)達標的(de)可(ke)能性(xing)(xing)比低含(han)水(shui)率時大，故(gu)分別選(xuan)擇50%和60%含(han)水(shui)率的(de)消(xiao)化(hua)污(wu)泥(ni)，改性(xing)(xing)后(hou)做(zuo)模擬降雨實驗。石灰(hui)可(ke)與污(wu)泥(ni)中(zhong)的(de)水(shui)分反應，然(ran)后(hou)吸收(shou)空氣中(zhong)的(de)CO2，最后(hou)變成(cheng)堅硬(ying)的(de)碳(tan)酸鈣；爐渣顆粒堅硬(ying)，可(ke)作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)凝結中(zhong)心(xin)，且來源(yuan)廣泛、成(cheng)本(ben)低。因(yin)此，選(xuan)石灰(hui)和爐渣作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)改性(xing)(xing)材料。

2.3.1用石灰(hui)改性后消化污泥的(de)模擬降雨實驗結果

分別用含(han)水率為50%和(he)60%的消(xiao)化污(wu)泥與(yu)石灰以2:1（質量比，下同）、3:1、4:1混合(he)，然后再做(zuo)模擬降雨(yu)實(shi)驗，測定各指(zhi)(zhi)標(biao)(biao)，根據實(shi)驗數(shu)據作出消(xiao)化污(wu)泥和(he)石灰質量比與(yu)各指(zhi)(zhi)標(biao)(biao)間的關(guan)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^-4cm/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^-5cm/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維持在11左右。

圖2 消化污泥和石灰(hui)的質(zhi)工(gong)比與(yu)各(ge)指標(biao)之間的關系(xi)

將含水率(lv)為(wei)50%和(he)60%的(de)(de)消化污(wu)泥(ni)以相同質量比與(yu)石灰(hui)混(hun)合(he)改性后(hou)(hou)的(de)(de)實驗結果對(dui)比發現(xian)，后(hou)(hou)者(zhe)模(mo)(mo)擬(ni)降雨的(de)(de)滲透(tou)系數、浸出(chu)(chu)液的(de)(de)COD小得多，氨氮(dan)(dan)含量稍大(da)，而兩者(zhe)的(de)(de)pH差(cha)不多。這(zhe)是由于前者(zhe)較后(hou)(hou)者(zhe)易形成顆粒，模(mo)(mo)擬(ni)雨水沿顆粒縫(feng)隙下流，帶出(chu)(chu)的(de)(de)有機物量較大(da)，從而使其滲透(tou)系數、COD要(yao)比后(hou)(hou)者(zhe)大(da)。氨氮(dan)(dan)主要(yao)來源于錢鹽的(de)(de)溶出(chu)(chu)，滲透(tou)系數越(yue)小，雨水在污(wu)泥(ni)中停留的(de)(de)時間越(yue)長(chang)，銨鹽越(yue)容易溶出(chu)(chu)，故后(hou)(hou)者(zhe)的(de)(de)氨氮(dan)(dan)較高。

相同(tong)含水率的(de)(de)消(xiao)化污(wu)泥(ni)與石(shi)灰(hui)(hui)以不(bu)同(tong)的(de)(de)質(zhi)(zhi)量(liang)比(bi)混合，當(dang)石(shi)灰(hui)(hui)所占(zhan)比(bi)例越(yue)大(da)（即質(zhi)(zhi)量(liang)比(bi)越(yue)小）時，越(yue)能與消(xiao)化污(wu)泥(ni)中(zhong)的(de)(de)水分反應，從而(er)使整個(ge)污(wu)泥(ni)層變(bian)得疏松多孔，致使滲透系數越(yue)大(da)；同(tong)時，消(xiao)化污(wu)泥(ni)中(zhong)的(de)(de)銨(an)鹽與強堿發生反應，導致氨氣逸出，石(shi)灰(hui)(hui)比(bi)例越(yue)大(da)接觸越(yue)充分、錢鹽消(xiao)耗量(liang)越(yue)大(da)，則浸(jin)出液中(zhong)的(de)(de)氨氮就越(yue)低。這3種質(zhi)(zhi)量(liang)比(bi)中(zhong)的(de)(de)石(shi)灰(hui)(hui)含量(liang)都(dou)比(bi)較高(gao)，其在(zai)水中(zhong)的(de)(de)溶(rong)解度(du)基本達到飽和。

2.3.2用(yong)爐渣(zha)改性后消化(hua)污泥的(de)模擬(ni)降雨實(shi)驗結(jie)果

分別用(yong)含水(shui)率(lv)為(wei)50%和(he)60%的消化污泥(ni)與爐渣(zha)以2:1（質(zhi)量(liang)比，下(xia)同）、3:1、4:1混合，然后做模擬降雨實(shi)驗，測定各(ge)指(zhi)標，根據實(shi)驗數據作(zuo)出(chu)消化污泥(ni)和(he)爐渣(zha)質(zhi)量(liang)比與各(ge)指(zhi)標間的關系圖（見(jian)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^-3 cm/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(chi)在7.0左(zuo)右。

將(jiang)含水率為50%和60%的(de)消化污(wu)泥以相(xiang)同(tong)質量比與爐渣混合改(gai)性(xing)后的(de)實(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)對比發現(xian)，后者(zhe)模擬降雨(yu)的(de)滲透(tou)系數比前(qian)者(zhe)小很多，約為前(qian)者(zhe)的(de)1/300，浸出液的(de)COD、氨(an)氮也比前(qian)者(zhe)低，而兩(liang)者(zhe)的(de)pH相(xiang)差不大。

含(han)水率為60%的(de)消(xiao)化污泥(ni)與(yu)爐(lu)(lu)渣(zha)(zha)混(hun)(hun)合(he)后，模擬降雨實(shi)驗(yan)的(de)滲透系數達(da)到10-6數量級(ji)，主要(yao)是(shi)由于(yu)污泥(ni)含(han)水率較高(gao)而易壓實(shi)，混(hun)(hun)合(he)物間的(de)縫隙小，摻入的(de)爐(lu)(lu)渣(zha)(zha)在混(hun)(hun)合(he)后作為凝結中(zhong)心，有利于(yu)增(zeng)大混(hun)(hun)合(he)物的(de)剪切性(xing)；模擬雨水所能(neng)帶出(chu)的(de)有機物、銨鹽濃度低(di)，而使COD、氨氮隨著爐(lu)(lu)渣(zha)(zha)所占(zhan)比例的(de)增(zeng)加(jia)而減(jian)小；污泥(ni)本(ben)底(di)就(jiu)是(shi)中(zhong)性(xing)，爐(lu)(lu)渣(zha)(zha)并不改變其酸(suan)堿性(xing)，所以浸出(chu)液的(de)pH維持中(zhong)性(xing)。

3 結論

由(you)實(shi)驗結果可知，含(han)水(shui)率為60%的(de)(de)(de)消(xiao)化污泥(ni)(ni)與爐渣以2:1混合(he)時，滲透系數達(da)到10-6數量(liang)級，已(yi)經接近垃(la)圾(ji)(ji)填(tian)埋(mai)場(chang)防滲層(ceng)對滲透系數的(de)(de)(de)要求，且各種污染物負荷較(jiao)(jiao)小(xiao)，如再(zai)稍微增大壓實(shi)力度，各項指標能(neng)達(da)到污泥(ni)(ni)作為垃(la)圾(ji)(ji)填(tian)埋(mai)場(chang)覆(fu)蓋材(cai)料的(de)(de)(de)要求。因(yin)此，可選用爐渣作為改性材(cai)料。但重慶主城(cheng)區處于(yu)酸雨(yu)(yu)區，雨(yu)(yu)水(shui)pH為4.11，垃(la)圾(ji)(ji)填(tian)埋(mai)場(chang)滲濾(lv)液(ye)的(de)(de)(de)pH接近該值(zhi)，故(gu)需向1L滲濾(lv)液(ye)中投加少量(liang)堿（如石灰約3.7mg），既降低其氨氮濃度又將pH調(diao)到6.0，便于(yu)后續處理。爐渣來自垃(la)圾(ji)(ji)焚燒廠，可實(shi)現固體(ti)廢棄物的(de)(de)(de)綜合(he)利用，且基本不造(zao)成額外的(de)(de)(de)費(fei)用，經濟可行(xing)性較(jiao)(jiao)好。

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