污泥生態治理研究

金亞偉1  金亞軍1  林偉岸 2 占鑫杰 2  劉宇3鄧紅3

（1.江蘇鑫泰巖土科技有限公司，江蘇 214200；

2.浙江大學,杭州310000 3.成都咨詢工程公司 成都610000）

摘要：本文針對城市發展帶來的污泥，利用增壓式真空預壓OVPS工藝，對污泥進行壓縮減量、提高強度處理，并通過種植金皇竹、蘆葦等生態植物，快速使污泥改性，達到污泥治理減量化、無害化、生態化，徹底恢復工程區域的生態環境。

關鍵詞：污泥治理；增壓式真空預壓OVPS工藝

The Research on the Sludge’s Ecological Management

Li Xiang1, Jin Yawei2, Jin Yajun2

(1. Shanghai Donghua Construction Management Co., Ltd., Shanghai 200231;

2. Jiangsu Xintai Geotextile Material Co., Ltd., Jiangsu 214200)

Keywords: sludge management; pressurizing vacuum preloading OVPS process

0 引言

我國是一個淡水資源嚴重匱乏的國家，近年來隨著城市人口的持續增長和工業化進程的加快，城市工業廢水與生活污水排放產生的污泥日益增大。污泥通常含有大量有機物或腐植物，以及豐富的氮、磷、鉀和微量元素，可經過處理對其加以有效利用。同時，未處理的污泥中也含有重金屬、病原菌、寄生蟲以及某些難分解的無機毒物，若隨意排放或處理不當，會對水和大氣環境造成嚴重的污染。焚燒、固化填埋是目前處理污泥最簡捷的方法，成本高、見效快，但是我國人多地少，可供焚燒、填埋的場地非常有限，而且焚燒、填埋并不能完全解決其對土壤和空氣的污染。因此，尋求一個安全可靠、經濟合理的污泥處理方案對環境保護至關重要。

1 污泥治理方法簡述

處理污泥的核心問題其實就是讓污泥脫水固結，脫水越徹底越好。筆者所在團隊根據土壤排水固結原理對污泥地基進行了多種脫水試驗，研究發明了一套增壓式真空預壓OVPS工藝用于污泥的脫水處理。該工藝的工作原理是利用塑料排水板作為污泥豎向排水通道，覆蓋密封膜閉氣，由真空管將所有塑料排水板頭串聯起來集結到總管，再總管穿過密封膜連接真空泵，形成一個密閉的真空壓力裝置，見圖1。這個裝置利用抽真空預壓和增壓技術使污泥在短時間內快速排水固結，可使膜下污泥含水率降至70%以下、體積減少50%左右、強度迅速提高。最后撤離真空壓力后通過填土種植草坪、金皇竹、蘆葦等植物，吸收有害物質，改變污泥性質，恢復當地生態。

圖1 增壓式真空預壓處理工藝圖

與焚燒、固化填埋等處理方式相比，利用增壓式真空預壓處理污泥不僅不影響環境，而且使場地可以恢復生態環境或用于工程建設，大幅降低了污泥的綜合治理成本，實現了減量化、無害化、生態化治理污泥，開創了國內真空預壓處理污泥的先例。

2 增壓真空預壓OVPS工藝污泥處理現場小試試驗

增壓式真空預壓OVPS工藝的核心技術為：直通式抽真空技術(免墊層)、防淤堵技術以及增壓技術，通過真空施壓和加氣增加對污泥進行原位脫水處理，使污泥在真空壓力作用下迅速排水固結。該工藝采用化學、物理和生態相結合的方法，利用活性酶破細胞壁，利用增壓真空預壓排出自由水和結合水，最后種稙金皇竹以吸收有機質和重金屬，改良污泥性質。 

2.1 直通式抽真空技術

傳統的真空預壓工藝是靠砂墊層使排水板與真空管連通來傳遞真空壓力，增壓式真空預壓OVPS工藝是利用手型接頭將真空管與排水板直接相聯，見圖2，使真空壓力直達土體內部，減少真空壓力沿途衰減，從而省去砂墊層，降低施工成本。

2.2 防淤堵技術

傳統排水板為擠出成型的塑料支架梁結構芯板，芯板外部包復化纖無紡布，其整體性差、側壓變形大，通水量效果受淤泥粒徑影響大。防淤堵排水板為模壓成型的塑料連續梁結構芯板，具有整體性好、抗拉強度高、通水效果好的特點，其芯板外濾膜通過特殊工藝制成，并且可根據淤泥的中值粒徑調整孔徑的大小，達到最佳泥水分離的目的。值得注意的是，傳統排水板濾膜孔徑都是一樣的，應用在不同粒徑的淤泥中產生涂抹和井阻效應后，會出現不同程度的淤堵現象，嚴重影響通水效果。

2.3 增壓技術

在軟基中增設特殊微孔增壓管，在真空預壓的同時，通過增壓系統對軟土進行水平向增壓，迫使土體中的水分子定向流動，使得上層土體對下層土體形成堆載作用，相當于真空聯合堆載預壓的效果，加速土體固結。

 

圖2 手型接頭、防淤堵排水板和增壓管

試驗時間于2012年8月15日進行，實驗池尺寸為6m×4m×3.5m，體積84m3，污泥試樣取自大污泥池，容積約79 m3，平均含水率為92.7%。采用上述工藝技術，經過增壓式真空預壓處理后60天，測得試驗池污泥容積縮減一半，泥面沉降量1.87m，平均含水率降為59.7%， Cu值為6～12kPa，承載強度達到15～30kPa，為種植金皇竹創造了良好的條件，試驗池污泥處理前后對比見圖3。

 

圖3 實驗池污泥處置前后對比圖

   

3 應用實例

在某市固體廢棄物衛生處置場污泥養護坑中，污泥總量4.9萬立方，深度5～6m，含水率為87.72%。利用增壓式真空預壓OVPS工藝對該養護坑中污泥進行脫水處理110天，污泥的含水率大幅度降低，污泥強度明顯提高，污水下滲污染地下水和土壤的趨勢得到有效遏止，見圖4。

圖4 排水排通過手型接頭直接與真空管聯接

    待污泥中含水率降至60%以下后，此時污泥的平均固結度可以達到90%左右，污泥的強度為15kPa，見圖5，污泥脫水效果和強度提高非常明顯。

圖5 污泥含水率降低及固化

撤除真空預壓裝置，對污泥庫進行生態恢復：用素土覆蓋污泥庫，厚度50～100cm，鋪設好濾水管道，種植草坪、金皇竹，見圖6，以有效消除污泥惡臭，恢復場地生態環境。在污泥恢復生態治理中，金皇竹、蘆葦起到了至關重要的作用，研究表明：金皇竹（污泥專用）、蘆葦能在24小時內將8mg酚代謝分解為CO2和水。此外，這兩種植物對重金屬也有較強的去除作用，試驗證明，在試驗池污泥地里栽種金皇竹和蘆葦形成濕地11天后，水溶液中的鉛去除率為34.76%，鎘為52.63%，銅為27.10%，汞為58.3%，鉻為72%。

與傳統的真空預壓工藝比，處理同樣體積的污泥，強度可以提高50%以上，時間縮短25%以上，成本可降低30%以上，而且可以大面積改善土性，維護土地資源的可再生利用，具有多、快、好、省等優點。

 

圖6 覆土種植草坪和金皇竹

研究結果還表明：在城市污水治理方面，蘆葦濕地系統對NH4－N的凈化率為80.1%，對TP的凈化率為74.9%，對BOD5的凈化率為90.5%；在采油污水治理方面，蘆葦濕地系統對石油類凈化率為74.8%，對揮發酚的凈化率為96.5%；在化肥污水治理方面，蘆葦濕地系統對NH4－N的凈化率為98.83%，對COD的凈化率為58.1%；在造紙污水治理方面，蘆葦濕地系統對COD的凈化率為71.53%，對BOD5的凈化率為74.66%，對揮發酚的凈化率為70.59%。可見，基于金皇竹和蘆葦的人造濕地生態系統在改良污泥方面具有廣闊的應用前景，可以保證污泥生態治理的無害化、資源化、生態化。

4 結論

增壓式真空預壓OVPS工藝創造性地將化學方法、真空預壓方法（物理方法）、生態植被方法等有機地結合，并用于填埋場的污泥處理，通過直接聯通（免砂墊層）、防淤堵（采用特制塑料排水板）、淺深層增壓、真空脫水等核心專利技術，將污泥壓縮排水固結并提高強度，后期通過種植金皇竹或蘆葦，使污泥快速改性、場地徹底恢復生態。與焚燒、固化劑等處理方式相比，不僅不會對影響造成負面環境，還大幅降低了污泥治理成本，改善了污泥土地的生態環境。

此外，污泥土地直接利用被認為是最有發展潛力的治理方式之一。該方法投資省、

能耗低、運行費用低、且污泥的有機部分可轉化為土壤改良劑，可減少污泥對環境的的負面影響。其中林地和市政綠化用地因不易造成食物鏈的污染而成為污泥土直接利用的有效方式，種植金皇竹及蘆葦則既改善生態環境，又可使污泥改性，最終還可轉換為生物能，是污泥處理技術的重要革新。

參考文獻：

[1]  JTS147-2-2009《真空預壓加固軟土地基技術規程》[S]。

[2]  JTS206-1-2009《水運工程塑料排水板應用技術規程》[S]。

[3]  葉子瑞，國內外污泥處置和管理現狀，環境衛生工程，2002年6月第10卷第2期.

[4]  龐海龍，蘆葦沼澤濕地的功能與效益分析，濕地中國，2008，10。

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