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    生態(tài)污泥治理技術研究與應用

    2014-10-05 14:04:34別學清張曉松金亞偉
    江蘇水利 2014年8期
    關鍵詞:排水板蘆葦真空

    李 輝 別學清 張曉松 金亞偉

    (1.江蘇省工程勘測研究院有限責任公司,江蘇 揚州 225002;2.江蘇省水利勘測設計研究院有限公司,江蘇 揚州 225000;3.江蘇鑫泰巖土科技有限公司,江蘇 無錫 214200)

    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(xù)增長和工業(yè)化進程的加快,城市工業(yè)廢水與生活污水排放產生的污泥日益增多。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,可對其經過處理后加以有效利用。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(huán)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,成本低、見效快,但我國人多地少,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(huán)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如何讓污泥脫水固結,脫水越徹底越好。筆者所在團隊根據(jù)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(fā)明了一套增壓式真空預壓OVPS工藝用于污泥的脫水處理。本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(lián)起來集結到總管,總管再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[1]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。然后撤離真空壓力裝置,通過填土種植草坪、金皇竹、蘆葦?shù)戎参铮沼泻ξ镔|,改變污泥性質,恢復當?shù)厣鷳B(tài)。

    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會影響環(huán)境,而且可以使場地恢復生態(tài)環(huán)境或用于工程建設,大幅降低了污泥的綜合治理成本,實現(xiàn)污泥治理減量化、無害化、生態(tài)化,開創(chuàng)了國內真空預壓處理污泥的先例。

    2 增壓式真空預壓OVPS工藝污泥處理現(xiàn)場試驗

    圖1 增壓式真空預壓處理工藝圖

    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。本工藝采用化學、物理和生態(tài)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 直通技術

    傳統(tǒng)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(lián),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(tǒng)排水板[2]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(xù)梁結構芯板,具有整體性好、抗拉強度高、通水效果好的特點,其芯板外濾膜是通過特殊工藝制成的,可根據(jù)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(tǒng)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(xiàn)不同程度的淤堵現(xiàn)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(tǒng)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,相當于起到真空聯(lián)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,試驗池尺寸為6 m×4 m×3.5 m,體積84 m3,污泥試樣取自大污泥池,容積約79 m3,平均含水率為92.7%。采用增壓式真空預壓OVPS工藝技術處理60 d后,測得試驗池污泥容積縮減一半,泥面沉降量1.87 m,平均含水率降為59.7%,Cu值為6~12 kPa,承載強度達到 15~30 kPa,為種植金皇竹創(chuàng)造了良好的條件。

    3 應用實例

    某市固體廢棄物衛(wèi)生處置場污泥養(yǎng)護坑中,污泥總量4.9萬m3,深度5~6 m,含水率為87.72%。利用增壓式真空預壓OVPS工藝對該養(yǎng)護坑中污泥進行脫水處理110 d后,污泥的含水率大幅度降低,污泥強度明顯提高,使污水下滲污染地下水和土壤的趨勢得到有效遏止。

    待污泥中含水率降至60%以下時,污泥的平均固結度可以達到90%左右,污泥的承載強度為15 kPa,污泥脫水效果和承載強度提高非常明顯。

    撤除真空預壓裝置,對污泥庫實施生態(tài)恢復:用素土覆蓋污泥庫,厚度50~100 cm,鋪設好濾水管道,種植草坪、金皇竹,以有效消除污泥惡臭,恢復場地生態(tài)環(huán)境。在污泥恢復生態(tài)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 h內將8 mg酚代謝分解為CO2和水[3]。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 d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(tǒng)的真空預壓工藝比,利用增壓式真空預壓OVPS工藝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(yōu)點。

    研究結果還表明:在城市污水治理方面,蘆葦濕地系統(tǒng)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%;在化肥污水治理方面,蘆葦濕地系統(tǒng)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(tǒng)對COD的凈化率為71.53%,對BOD5的凈化率為74.66%,對揮發(fā)酚的凈化率為70.59%??梢姡诮鸹手窈吞J葦?shù)娜嗽鞚竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)在改良污泥方面具有廣闊的應用前景,可以保證污泥生態(tài)治理的無害化、資源化、生態(tài)化[4]。

    4 結論

    增壓式真空預壓OVPS工藝創(chuàng)造性地將化學方法、真空預壓方法(物理方法)、生態(tài)植被方法等有機地結合,在填埋場的污泥處理中,通過運用直接聯(lián)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(tài)。與焚燒、固化劑等處理方式相比,本工藝不僅不會對環(huán)境造成負面影響,還大幅降低了污泥治理成本,改善了污泥土地的生態(tài)環(huán)境。

    [1]《真空預壓加固軟土地基技術規(guī)程》(JTS147-2-2009)[S].

    [2]《水運工程塑料排水板應用技術規(guī)程》(JTS206-1-2009)[S].

    [3]葉子瑞.國內外污泥處置和管理現(xiàn)狀[J].環(huán)境衛(wèi)生工程,2002,10(2).

    [4]龐海龍.蘆葦沼澤濕地的功能與效益分析[J].濕地中國,2008(10).

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