穩(wěn)定化污泥資源化利用為路基土的可行性研究

呂宏虹 袁珊珊 宋震宇 巢軍委 楊偉 沈伯雄 王旭東

（1. 天津生態(tài)城環(huán)保有限公司，天津 300467；2. 河北工業(yè)大學(xué)，天津 300401）

1 引言

城市污泥是城市污水處理過程中產(chǎn)生的剩余固體廢物［1-3］，主要含有大量有機(jī)物，其次是泥沙沉積物、細(xì)絲纖維、動植物殘體以及各種微生物、病原菌、寄生蟲（或蟲卵）和絮凝體等。污泥中含有氮、磷、鉀等植物性營養(yǎng)元素，同時含有銅、鋅、鉻等重金屬元素，還有多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴、抗生素等有機(jī)污染物［4-6］。

作為污泥資源化的重要途徑，污泥建材利用是一種重要的處置方式，其中作為公路路基施工用土是比較常用的方法［7-9］。用石灰處置的污泥土可作為公路路基施工用土，還可以考慮作為坑塘填墊、工程回填土［10-12］。以天津某大型污泥填埋場污泥為研究對象，研究了污泥經(jīng)重金屬穩(wěn)定化后進(jìn)行強(qiáng)度改良，而后資源化利用為路基土的可行性。

2 材料與方法

2.1 穩(wěn)定化試驗

從填埋場選取典型原狀污泥，按照一定比例將重金屬穩(wěn)定劑加入污泥中，通過拌和及養(yǎng)護(hù)，完成穩(wěn)定化反應(yīng)。對反應(yīng)后的污泥進(jìn)行重金屬浸出毒性檢測。污泥重金屬浸出試驗按照HJ 557—2010《固體廢物浸出毒性浸出方法 水平振蕩法》進(jìn)行，重金屬浸出濃度以GB/T 14848—2017《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅳ類限值進(jìn)行評價。

2.2 強(qiáng)度改良試驗

經(jīng)重金屬穩(wěn)定化合格后的污泥通過添加一定比例的生石灰、素土等改良材料，改善其含水率、有機(jī)質(zhì)以及力學(xué)強(qiáng)度等物理指標(biāo)。加入改良材料后混合均勻，并完成養(yǎng)護(hù)。

改良后污泥土強(qiáng)度以JTG D30—2015《公路路基設(shè)計規(guī)范》有關(guān)參數(shù)要求為評價標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)果與討論

3.1 污泥重金屬初始濃度檢測結(jié)果

對原始污泥的重金屬總量及重金屬浸出濃度進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見表1。

表1 原始污泥重金屬檢測結(jié)果

針對重金屬總量的評價，采用GB 36600—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》中第二類用地篩選值進(jìn)行評價，該標(biāo)準(zhǔn)中缺省的鉻、鋅指標(biāo)采用DB11/T 811—2011《場地土壤環(huán)境風(fēng)險評價篩選值》中的工業(yè)/商服用地篩選值進(jìn)行評價。結(jié)果表明，原始污泥的重金屬總量檢出值低于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值，作為道路用土重金屬指標(biāo)的人體健康風(fēng)險可接受。

針對重金屬浸出濃度的評價，按照保護(hù)地下水的原則，采用GB/T 14848—2017《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅳ類限值進(jìn)行評價。結(jié)果表明，原始污泥的重金屬指標(biāo)鎳、銅、砷指標(biāo)的浸出濃度超過相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)限值，需要進(jìn)一步做穩(wěn)定化處理。

3.2 重金屬穩(wěn)定化試驗結(jié)果

采用重金屬穩(wěn)定劑（ECO－MS－07）對污泥進(jìn)行穩(wěn)定化，穩(wěn)定劑的添加量分別為0.5%，0.7%，0.9%，1.1%，1.3%，1.5%，穩(wěn)定化后污泥的重金屬浸出濃度檢測結(jié)果見表2。從表2 可以看出，隨著穩(wěn)定劑添加量的升高，各項金屬浸出濃度整體呈現(xiàn)下降的趨勢。當(dāng)穩(wěn)定劑添加量為0.9%時，僅砷的浸出濃度檢出值超過標(biāo)準(zhǔn)限值，超標(biāo)倍數(shù)為1.34；當(dāng)穩(wěn)定劑添加量高于1.1%時，所有金屬的浸出濃度檢出值均低于各自標(biāo)準(zhǔn)限值，實(shí)現(xiàn)了重金屬穩(wěn)定化的目標(biāo)。

表2 穩(wěn)定化后污泥重金屬浸出濃度檢測結(jié)果μg/L

3.3 污泥強(qiáng)度改良試驗結(jié)果

JTG D30—2015《公路路基設(shè)計規(guī)范》中對路堤填料壓實(shí)度的要求見表3。JTG D30—2015《公路路基設(shè)計規(guī)范》中對路 堤填料最小承載比（CBR）的要求見表4。

表3 路堤壓實(shí)度要求

表4 路堤填料最小承載比要求

以將改良后污泥作為JTG D30—2015《公路路基設(shè)計規(guī)范》二級公路及以下的下路堤為目標(biāo)，通過摻雜生石灰、素土等改良材料，改善污泥含水率、有機(jī)質(zhì)以及力學(xué)強(qiáng)度等物理指標(biāo)，試驗結(jié)果見表5。

表5 改良污泥壓實(shí)度和最小承載比檢測結(jié)果

從檢測結(jié)果可以看出，隨著生石灰添加量的增加，改良污泥的最小承載比呈現(xiàn)出升高的趨勢。在3種配比條件下，改良污泥的壓實(shí)度和最小承載比指標(biāo)均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

按照J(rèn)TG D30—2015《公路路基設(shè)計規(guī)范》要求，路堤填料的有機(jī)質(zhì)含量應(yīng)小于10%。污泥改良對有機(jī)質(zhì)含量的影響見表6。隨著生石灰添加量的升高，改良污泥的有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)下降的趨勢。當(dāng)生石灰添加量為污泥的30%以上時，改良后污泥可滿足路堤填料的要求。

表6 改良污泥有機(jī)質(zhì)含量檢測結(jié)果

由上述試驗結(jié)果可以看出，當(dāng)按照污泥、素土、生石灰的摻雜比例為10∶10∶3 時，改良后污泥的壓實(shí)度、最小承載比、有機(jī)質(zhì)含量指標(biāo)可以滿足二級公路下路堤的相關(guān)要求，符合資源化利用的條件。

4 結(jié)論

選取天津某大型污泥填埋場污泥經(jīng)重金屬穩(wěn)定化，研究其進(jìn)行強(qiáng)度改良后資源化利用為路基土的可行性。試驗結(jié)果表明：

（1）當(dāng)穩(wěn)定劑添加量高于1.1%時，所有金屬的浸出濃度檢出值均低于各自標(biāo)準(zhǔn)限值，實(shí)現(xiàn)了重金屬穩(wěn)定化的目標(biāo)。

（2）當(dāng)按照污泥、素土、生石灰的摻雜比例為10 ∶10 ∶3 時，改良后污泥的壓實(shí)度、最小承載比、有機(jī)質(zhì)含量指標(biāo)可以滿足二級公路下路堤的相關(guān)要求。

本研究驗證了該項目污泥經(jīng)改良后作為路基土實(shí)現(xiàn)資源化利用的可行性，為填埋場污泥的資源化處置提供了重要依據(jù)。