污水污泥填埋处置技术初探

污水污泥填埋处置技术初探摘要：针对城市污水厂的污泥出路问题，结合上海市污水污泥处理处置的现状，提出了填埋目前甚至将来一段时间仍然是一种主要的污泥处置手段。同时基于上海市污水污泥的物理性质和土力学性质，依据国家现行有关标准，参考发达国家相关法规，探讨了污水污泥填埋处置的技术要求及污染物控制标准。关键词：污水污泥填埋技术要求污染物控制标准DiscussiononTechniquesforSewageSludgeLandfillAbstract:Inthispaper,aimingattheproblemofsewagesludge,itisproposedthatlandfillisoneoftheprimarysludgedisposalmethodsinChinaatpresentoreveninthefuture,linkingtothepresentsituationofsludgetreatmentanddisposalinShanghai.Atthesametime,basedonthephysicalpropertiesandgeotechnicalpropertiesofsewagesludgeinShanghai,technicalrequirementsandpollutantcontrolstandardsofsewagesludgelandfillarediscussed,accordingtoexistingrelatednationalstandardsandconsultingrelevantcodesofdevelopedcountries.KeyWords:sewagesludgelandfilltechnicalrequirementspollutantcontrolstandards前言污水污泥是指污水处理过程中所产生的固态、半固态及液态的废弃物，含有大量的有机物、丰富的氮磷等营养物，但同时也含有一定的重金属以及多种致病菌和病原菌，如果不加任何处理直接排放，将会对环境造成严重的污染。根据《上海市污泥处理处置专项规划》，上海市2005年污水污泥（含水率为80％）的产量将达到3985m3/d，折合干泥为797t/d。为了改善城市水环境，上海市还新建石洞口、竹园、白龙港、新和等污水排放系统和大型污水处理厂，而随着污水处理设施的普及、处理率的提高和处理程度的深化，污泥的产生量必将有较大的增长，如何合理地处置污水厂污泥，已成为上海市制定污水处理与环境保护规划的关键要素之一。上海市污水污泥处置现状污泥经适当浓缩后运至市郊或邻近省份农村作化肥，是上海市城市污水处理厂普遍采用的污泥处置方法。这种处置方法存在多方面的问题：（1）污泥仅经浓缩处理的体积仍然较大，运输不方便；（2）近年来，由于郊县农民更加习惯于施用化学肥料，以及受现行施肥方法的限制，导致污泥作为农肥的出路不畅；（3）上海地区雨量充沛，一到多雨季节，由于农田对含水率较高的污泥的需求量锐减，也造成污泥外运困难，污水厂经常出现泥满为患的现状；（4）污泥未进行稳定和灭虫卵等必要的无害化处理，直接施用于农田后，污泥中的大量病原菌和寄生虫卵等有害物质转移到农田和作物上，不仅可能对土壤造成污染、影响作物生长以及人类的健康，而且也可能因蚊蝇聚集而造成环境卫生方面的危害。[1]针对这种简单的污泥处置方法所存在的问题，近年来，上海市普遍要求各污水厂污泥“先脱水、后出厂”的利用原则，降低了运输成本；同时开发出多种污泥高温好氧堆肥工艺和堆肥设备，在一定程度上提高了堆肥制品的肥效，并利用高温杀灭了污泥中的寄生虫（卵），实现了无害化处理。但由于上海市城市污水中工业废水比重较大，重金属含量较多，经处理后相当一部分重金属转移到污泥中，致使污水厂的污泥重金属含量往往偏高，部分重金属含量接近甚至超过了《农用污泥中污染物控制标准》（GB4284－88），如表1所示，这就限制了污水厂污泥的土地利用（主要是农业应用）。表1曹杨等7个污水厂污泥的重金属含量[1]（单位：mg/kg）项目CuZnPbCdCrNiHgAs曹杨*146146.71295.557042.96.0415天山*42616151161.4946.642.67.821.9闵行*119109076.51.6753.432.22.167.1北郊5221.944.69.2533.4曲阳**35037409.950.8515.7734.81.225.68吴淞**2261497.270.0973.7465.21.122.32龙华**10113700.950.191.1317.30.191.51注：*为1989～19990年分析数据据平均值，**为1998～1999年分析数据据平均值另一方面，上海市各污水厂污泥的低位热值普遍偏低（<3.6MJ/kg），不能自持燃烧，致使采用焚烧工艺处理这些污泥时往往需要外加辅助燃料，从而造成了污水污泥焚烧处置的高成本和高能耗，这种高成本是包括上海、深圳在内的国内大城市均难以承受的。因此，根据上海市的污泥处置现状，在今后相当长的时间里，填埋将仍然是一种重要的污泥处置方法。而考虑到我国的经济现状和未来的发展趋势，污泥填埋在全国范围内也将长期存在。污泥填埋的方法与技术要求当前，国内一个城市在选择污泥出路时，首先应该考虑的是卫生填埋。卫生填埋场是卫生填埋的载体，其建设周期短，投资相对较低，并且可以分段投入，管理方便，现场运行比较简单。从可持续发展的角度来看，污泥选择填埋场填埋，事实上是以一种资源的形式保存给后代，待一次资源枯竭或科学技术发展后，人们可以对填埋在卫生填埋场中的污泥资源进行开采和重新利用。当污泥中含有的重金属或其他有毒有害物质的浓度超过污泥土地利用的污染物控制标准时，则必须采用卫生填埋来作为污泥的最终处置方法。国内以往的污泥填埋往往采用脱水泥饼直接填埋的形式，但污泥泥饼的以下特性决定了它不能直接进入填埋场填埋：（1）泥饼含水率较高（75～85％），具有类似泥浆的流变特性，污泥铺设的地面不能承受填埋场作业机械，如推土机、运输车辆，对地面的压力；同时高黏度的泥饼经常使压实机打滑和陷车。（2）污泥的抗剪强度低，在不排水剪切时，污泥的内摩擦角接近于零，粘聚力一般小于20kPa，而粘聚力决定着抗剪强度的大小。在排水固结后，污泥的抗剪强度可以得到提高，但由于其透水性差，持水性强，当应力改变时，孔隙水渗出的速度相当缓慢，抗剪强度的增长也很缓慢。污泥填埋首先需要考虑的就是如何降低污泥的含水率，以提高污泥的抗剪强度，避免发生流变现象。在污泥中掺入一定比例的含水率较低的改性剂，如黏土、矿化垃圾或生活垃圾，可以大幅度降低污泥的含水率。相对而言，矿化垃圾含水率最低，也更容易获得，且符合以废制废的目的。污泥填埋可采用建设污泥专用填埋场的形式，也可将污泥与生活污泥混合后在现有的生活垃圾卫生填埋场中填埋处理。无论是建立专用填埋场填埋，还是在生活垃圾卫生填埋场中混合填埋，均要求进场污泥为含水率低于80％的污泥脱水泥饼。污泥专用填埋场填埋污泥专用填埋场填埋工艺流程图1污泥专用填埋场污泥填埋工艺流程图污泥专用填埋场建设标准为避免对填埋场周边环境造成二次污染，符合卫生填埋的标准，污泥专用填埋场应符合以下建设标准：场底地基应是具有承载能力的自然土层或经过碾压、夯实的平稳层，不应因填埋污泥而使场底变形、断裂。场底应有纵、横向坡度。纵横坡度宜在2％以上，以利于渗滤液的导流。填埋场必须具备场底防渗系统，以防止对地下水的污染。不具备自然防渗条件的填埋场必须进行人工防渗。粘土类衬里（自然防渗）的填埋场，天然粘土类衬里的渗透系数不应大于1.0×l0－7cm/s，场底及四壁衬里厚度不应小于2m；改良土衬里的防渗性能应达到粘土类防渗性能。当填埋场不具备粘土类衬里或改良土衬里防渗要求时，必须采用HDPE膜作为防渗层材料，膜的厚度宜为1.5–2.5mm，膜的上、下应铺设保护层。填埋区防渗层上应铺设渗沥液导流系统，并应对收集的渗沥液进行处理。渗沥液导流系统及处理系统应包括集液盲沟、集液池、调节池、泵房和污水处理设施等。集液池、调节池容积应与填埋工艺、渗沥液产生量相匹配。污泥填埋场所产生的气体量较大，因此必须加以控制和利用，防止填埋气体爆炸。填埋场应设气体导排设施，导排管应按地形分别设竖向、横向或横竖相连的排气道。在填埋深度较大时宜设置多层导流排气系统。有条件回收利用填埋气体的填埋场，应设置填埋气体集中收集设施，并监测填埋气体成分及量的变化。填埋场区中，甲烷气体的含量不得超过5%；建（构）筑物内，甲烷气体含量不得超过1.25%。污泥填埋场填埋污泥准入条件污泥在专用填埋场中进行填埋时，首先必须进行改性，以提高其承载力，消除其流变性和膨润持水性，避免雨季时污泥含水率急剧增加，以致无法进行填埋作业。改性的方法可通过掺入黏土、矿化垃圾等调理剂，初步建议改性后的污泥应至少满足以下准入条件：表2污泥在专用填埋场中填埋的准入条件（建议值）项目准入条件含水率有机质渗透系数＜60％＜50％＞10-4cm/ss，以确保污污泥在雨天不不会出现明显显的膨润持水水现象填埋工艺和设备配制污泥填埋应服从“三化”（即减量化、无害化、资源化）的要求，实行充分混合（与黏土或矿化污泥）、单元作业、定点倾卸、均匀摊铺、反复压实和及时覆盖。污泥的压实密度应大于1100kg/m3，每层污泥压实后，应采用粘土或人工衬层材料进行日覆盖，粘土覆盖层厚度应为20～30cm。建设污泥专用填埋场，还需要选用合适的设备，以保障其顺利运行并尽可能降低运行费用，同时与填埋工艺相一致，它主要包括四个方面：=1\*GB3①混合作业，即用于将污泥与其他改性材料的均匀混合；=2\*GB3②填埋作业，对污泥而言主要是混合、倾卸、推铺、压实；=3\*GB3③对土方工程而言，是每个单元填埋前的设施准备，包括覆盖土准备和覆盖作业，场地挖掘和土方平衡等工程；=4\*GB3④对填埋后的再利用，主要是指堆肥和有机肥制作。可用于完成这些工作的设备包括搅拌机、履带拖拉机、推土机、压实机、挖土机、破碎机和吊车抓土机等，具体设备型号可根据当地具体情况选用。封场管理污泥填埋场在达到设计使用寿命后应进行封场，封场工作应在填埋污泥上覆盖黏土或其他人工合成材料，黏土的渗透系数应小于1.0×l0-7cm/s，厚度为20～30cm，其上再覆盖20～30cm的自然土作为保护层，并均匀压实。填埋场封场后还应覆盖植被，同时在保护层上铺设一层营养土层，其厚度根据种植植物的根系深浅而确定，一般不应小于20cm，总覆土应在80cm以上。填埋场封场应充分考虑堆体的稳定性与可操作性、地表水径流、排水防渗、覆盖层渗透性和填埋气体对覆盖层的顶托力等因素，使最终覆盖层安全长效。填埋场封场坡度宜为5%。生活垃圾卫生填埋场混合填埋生活垃圾卫生填埋场混合填埋工艺流程污泥在生活垃圾卫生填埋场中与生活垃圾混合填埋既可采用先混合，后填埋的形式（如图2所示），也可采用污泥与生活垃圾分层填埋、分层推铺压实的形式（如图3所示）。图2污泥在生活垃圾填埋场混合填埋的工艺流程一图3污泥在生活垃圾填埋场混合填埋的工艺流程二生活垃圾卫生填埋场混合填埋的技术要求在不具备建设污泥专用填埋场条件的地区也可将污泥与垃圾混合后在原有的城市生活垃圾卫生填埋场填埋处理。卫生填埋场的具体建设标准可参考《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》（CJJ17-2004）。采用混合填埋形式的污泥准入条件和技术要求可参考污泥专用填埋场的相应准入条件和技术要求。污泥填埋的污染物控制标准在建设和运行污泥填埋场过程中，如果严格按照卫生填埋场的标准进行，是不可能产生二次污染的。因此，卫生填埋是一种可靠、卫生和安全的生活垃圾处理方法。但由于地质条件的限制，要找到一个各方面都合适的填埋场场址非常困难，填埋场在运行过程中总是会或多或少地对周围环境造成一定影响。因此，在污泥填埋处置中应尽量避免对污泥填埋场周边环境的大气、地下水体、地表水体等造成二次污染，但由于目前国内尚没有污泥填埋场建设运行，具体污染控制标准建议严格参考《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB16889—1997），待污泥专用填埋场实际建成后再行制定。结语从宏观的角度来看，污泥专用填埋场也是一座规模庞大的生物反应器，污泥在填埋场中填埋的过程实际上是一个多种微生物联合降解污泥（包括好氧与厌氧）的过程，在经过若干年（初步估计为5年）后污