污泥生态治理研究
金亚伟1 金亚军1 林伟岸 2 占鑫杰 2 刘宇3邓红3
（1.江苏鑫泰岩土科技有限公司，江苏 214200；
2.浙江大学,杭州310000 3.成都咨询工程公司 成都610000）
摘要：本文针对城市发展带来的污泥，利用增压式真空预压OVPS工艺，对污泥进行压缩减量、提高强度处理，并通过种植金皇竹、芦苇等生态植物，快速使污泥改性，达到污泥治理减量化、无害化、生态化，彻底恢复工程区域的生态环境。
关键词：污泥治理；增压式真空预压OVPS工艺
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
我国是一个淡水资源严重匮乏的国家，近年来随着城市人口的持续增长和工业化进程的加快，城市工业废水与生活污水排放产生的污泥日益增大。污泥通常含有大量有机物或腐植物，以及丰富的氮、磷、钾和微量元素，可经过处理对其加以有效利用。同时，未处理的污泥中也含有重金属、病原菌、寄生虫以及某些难分解的无机毒物，若随意排放或处理不当，会对水和大气环境造成严重的污染。焚烧、固化填埋是目前处理污泥最简捷的方法，成本高、见效快，但是我国人多地少，可供焚烧、填埋的场地非常有限，而且焚烧、填埋并不能完全解决其对土壤和空气的污染。因此，寻求一个安全可靠、经济合理的污泥处理方案对环境保护至关重要。
1 污泥治理方法简述
处理污泥的核心问题其实就是让污泥脱水固结，脱水越彻底越好。笔者所在团队根据土壤排水固结原理对污泥地基进行了多种脱水试验，研究发明了一套增压式真空预压OVPS工艺用于污泥的脱水处理。该工艺的工作原理是利用塑料排水板作为污泥竖向排水通道，覆盖密封膜闭气，由真空管将所有塑料排水板头串联起来集结到总管，再总管穿过密封膜连接真空泵，形成一个密闭的真空压力装置，见图1。这个装置利用抽真空预压和增压技术使污泥在短时间内快速排水固结，可使膜下污泥含水率降至70%以下、体积减少50%左右、强度迅速提高。最后撤离真空压力后通过填土种植草坪、金皇竹、芦苇等植物，吸收有害物质，改变污泥性质，恢复当地生态。
图1 增压式真空预压处理工艺图
与焚烧、固化填埋等处理方式相比，利用增压式真空预压处理污泥不仅不影响环境，而且使场地可以恢复生态环境或用于工程建设，大幅降低了污泥的综合治理成本，实现了减量化、无害化、生态化治理污泥，开创了国内真空预压处理污泥的先例。
2 增压真空预压OVPS工艺污泥处理现场小试试验
增压式真空预压OVPS工艺的核心技术为：直通式抽真空技术(免垫层)、防淤堵技术以及增压技术，通过真空施压和加气增加对污泥进行原位脱水处理，使污泥在真空压力作用下迅速排水固结。该工艺采用化学、物理和生态相结合的方法，利用活性酶破细胞壁，利用增压真空预压排出自由水和结合水，最后种稙金皇竹以吸收有机质和重金属，改良污泥性质。
2.1 直通式抽真空技术
传统的真空预压工艺是靠砂垫层使排水板与真空管连通来传递真空压力，增压式真空预压OVPS工艺是利用手型接头将真空管与排水板直接相联，见图2，使真空压力直达土体内部，减少真空压力沿途衰减，从而省去砂垫层，降低施工成本。
2.2 防淤堵技术
传统排水板为挤出成型的塑料支架梁结构芯板，芯板外部包复化纤无纺布，其整体性差、侧压变形大，通水量效果受淤泥粒径影响大。防淤堵排水板为模压成型的塑料连续梁结构芯板，具有整体性好、抗拉强度高、通水效果好的特点，其芯板外滤膜通过特殊工艺制成，并且可根据淤泥的中值粒径调整孔径的大小，达到最佳泥水分离的目的。值得注意的是，传统排水板滤膜孔径都是一样的，应用在不同粒径的淤泥中产生涂抹和井阻效应后，会出现不同程度的淤堵现象，严重影响通水效果。
2.3 增压技术
在软基中增设特殊微孔增压管，在真空预压的同时，通过增压系统对软土进行水平向增压，迫使土体中的水分子定向流动，使得上层土体对下层土体形成堆载作用，相当于真空联合堆载预压的效果，加速土体固结。
图2 手型接头、防淤堵排水板和增压管
试验时间于2012年8月15日进行，实验池尺寸为6m×4m×3.5m，体积84m3，污泥试样取自大污泥池，容积约79 m3，平均含水率为92.7%。采用上述工艺技术，经过增压式真空预压处理后60天，测得试验池污泥容积缩减一半，泥面沉降量1.87m，平均含水率降为59.7%， Cu值为6～12kPa，承载强度达到15～30kPa，为种植金皇竹创造了良好的条件，试验池污泥处理前后对比见图3。
图3 实验池污泥处置前后对比图
3 应用实例
在某市固体废弃物卫生处置场污泥养护坑中，污泥总量4.9万立方，深度5～6m，含水率为87.72%。利用增压式真空预压OVPS工艺对该养护坑中污泥进行脱水处理110天，污泥的含水率大幅度降低，污泥强度明显提高，污水下渗污染地下水和土壤的趋势得到有效遏止，见图4。
图4 排水排通过手型接头直接与真空管联接
待污泥中含水率降至60%以下后，此时污泥的平均固结度可以达到90%左右，污泥的强度为15kPa，见图5，污泥脱水效果和强度提高非常明显。
图5 污泥含水率降低及固化
撤除真空预压装置，对污泥库进行生态恢复：用素土覆盖污泥库，厚度50～100cm，铺设好滤水管道，种植草坪、金皇竹，见图6，以有效消除污泥恶臭，恢复场地生态环境。在污泥恢复生态治理中，金皇竹、芦苇起到了至关重要的作用，研究表明：金皇竹（污泥专用）、芦苇能在24小时内将8mg酚代谢分解为CO2和水。此外，这两种植物对重金属也有较强的去除作用，试验证明，在试验池污泥地里栽种金皇竹和芦苇形成湿地11天后，水溶液中的铅去除率为34.76%，镉为52.63%，铜为27.10%，汞为58.3%，铬为72%。
与传统的真空预压工艺比，处理同样体积的污泥，强度可以提高50%以上，时间缩短25%以上，成本可降低30%以上，而且可以大面积改善土性，维护土地资源的可再生利用，具有多、快、好、省等优点。
图6 覆土种植草坪和金皇竹
研究结果还表明：在城市污水治理方面，芦苇湿地系统对NH4－N的净化率为80.1%，对TP的净化率为74.9%，对BOD5的净化率为90.5%；在采油污水治理方面，芦苇湿地系统对石油类净化率为74.8%，对挥发酚的净化率为96.5%；在化肥污水治理方面，芦苇湿地系统对NH4－N的净化率为98.83%，对COD的净化率为58.1%；在造纸污水治理方面，芦苇湿地系统对COD的净化率为71.53%，对BOD5的净化率为74.66%，对挥发酚的净化率为70.59%。可见，基于金皇竹和芦苇的人造湿地生态系统在改良污泥方面具有广阔的应用前景，可以保证污泥生态治理的无害化、资源化、生态化。
4 结论
增压式真空预压OVPS工艺创造性地将化学方法、真空预压方法（物理方法）、生态植被方法等有机地结合，并用于填埋场的污泥处理，通过直接联通（免砂垫层）、防淤堵（采用特制塑料排水板）、浅深层增压、真空脱水等核心专利技术，将污泥压缩排水固结并提高强度，后期通过种植金皇竹或芦苇，使污泥快速改性、场地彻底恢复生态。与焚烧、固化剂等处理方式相比，不仅不会对影响造成负面环境，还大幅降低了污泥治理成本，改善了污泥土地的生态环境。
此外，污泥土地直接利用被认为是最有发展潜力的治理方式之一。该方法投资省、
能耗低、运行费用低、且污泥的有机部分可转化为土壤改良剂，可减少污泥对环境的的负面影响。其中林地和市政绿化用地因不易造成食物链的污染而成为污泥土直接利用的有效方式，种植金皇竹及芦苇则既改善生态环境，又可使污泥改性，最终还可转换为生物能，是污泥处理技术的重要革新。
参考文献：
[1] JTS147-2-2009《真空预压加固软土地基技术规程》[S]。
[2] JTS206-1-2009《水运工程塑料排水板应用技术规程》[S]。
[3] 叶子瑞，国内外污泥处置和管理现状，环境卫生工程，2002年6月第10卷第2期.
[4] 庞海龙，芦苇沼泽湿地的功能与效益分析，湿地中国，2008，10。
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