【摘要】：隨著我國城市污水處理率的逐年提高，污水廠污泥的產(chǎn)量急劇增加，污泥的處理處置問題日益嚴重。常用的堆肥、填埋、焚燒和制造建筑材料等處置方法各有利弊。根據(jù)我國目前的經(jīng)濟現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢，在今后相當長的時間里，填埋仍然是我國污泥處理最重要的方法之一。然而，傳統(tǒng)的污泥填埋方式存在著污泥強度低難以壓實、滲透性低無法排水、衛(wèi)生條件差以及場地不可持續(xù)使用等問題。 針對這些問題，本文提出了“污泥改性填埋——填埋場污泥降解與穩(wěn)定化形成礦化污泥——礦化污泥開采與利用——污泥改性填埋”的循環(huán)填埋的新理念，在系統(tǒng)地表征污泥與填埋相關(guān)的土工性質(zhì)基礎(chǔ)上，研究了礦化垃圾、粉煤灰、建筑垃圾、泥土等改性材料對污泥進行改性后填埋的可行性；通過污泥及改性污泥在填埋場中的礦化過程、腐殖化過程、生物毒性和表面沉降的變化規(guī)律研究，系統(tǒng)地表征了污泥在填埋場中的穩(wěn)定化過程；建立了填埋污泥穩(wěn)定化程度的評價指標體系，預(yù)測了礦化污泥的形成時間。為解決污泥性質(zhì)不符合填埋操作要求的問題、實現(xiàn)污泥填埋場的可持續(xù)使用提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)，為解決污泥處置問題開辟了一條新途徑。主要研究結(jié)論如下： 對上海曲陽污水廠生物污泥和白龍港污水廠化學強化一級處理污泥的土工性質(zhì)研究表明，化學污泥的孔隙比和壓縮性低于生物污泥，抗剪和抗壓性能好于生物污泥。含水率是影響污泥土工性質(zhì)的主要因素，污泥的強度和內(nèi)摩擦角與含水率負相關(guān)。新鮮脫水污泥抗壓強度小于10kPa，抗剪強度小于5kPa，無法承受作業(yè)機械碾壓。當含水率降到64％左右，污泥的抗壓強度和抗剪強度分別增大到50kPa和25kPa，可以滿足填埋作業(yè)的強度要求，建造成12．6°的邊坡在填埋操作中不會造成滑坡問題。含水率降到60％時，污泥臭度降到3級。50kPa下白龍港化學污泥的固結(jié)系數(shù)C_v=0．010726cm~2／s。50～100kPa內(nèi)壓縮指數(shù)C_c=1．16。 改性材料對污泥的有效改性技術(shù)研究表明，污泥應(yīng)滿足的填埋作業(yè)要求有：無側(cè)限抗壓強度≥50kPa，十字板抗剪強度≥25kPa，滲透系數(shù)在10~(-6)～10~(-5)cm／s數(shù)量級，臭度低于三級等。粉煤灰、礦化垃圾、建筑垃圾、泥土四種改性劑能夠不同程度的改善污泥的工程性質(zhì)，包括降低污泥的含水率和持水性、提高抗剪和抗壓強度、增大滲透性能、降低可壓縮性及臭度。其中抗剪強度為控制性指標。與污泥的最低混合比分別為6：10、9：10、7：10和9：10時方能使改性污泥達到填埋作業(yè)要求。綜合比較下，粉煤灰的效果最好，建筑垃圾次之，礦化垃圾再次之，泥土最差。 對污泥及改性污泥在填埋后的穩(wěn)定化進程研究表明，經(jīng)過498天的降解，曲陽污泥、曲陽污泥+礦化垃圾、白龍港污泥和老港中試污泥的有機質(zhì)降解率分別為67．1％、61．6％、30．5％和51．4％。污泥初始有機質(zhì)含量越高，總降解率越高。生物污泥較化學污泥易于降解。 除純污泥的氨氮呈現(xiàn)不斷積累外，各種污泥滲濾液COD、TOC、VFA、總磷基本上都是隨時間呈波動下降趨勢。除了pH外，添加改性劑的污泥滲濾液各污染指標基本都比純污泥的低。純污泥的滲濾液產(chǎn)量很小，每年只有44L／t污泥；添加礦化垃圾使污泥滲濾液的可生化性降低，產(chǎn)量增加到每年約287L／t污泥。 改性劑可以提高污泥的滲透性，減輕污泥水解酸化產(chǎn)物的積累對微生物的抑制作用，可明顯縮短滲濾液有機污染物濃度到達峰值的時間，并降低峰值的大��；提高污泥的產(chǎn)氣速率，加速污泥進入甲烷化階段，并可提高氣體的甲烷含量。 中試污泥的滲濾液COD、TOC、VFA、總磷濃度明顯低于實驗室小試。中試污泥的降解速度大于小試污泥。相對于環(huán)境溫度，35℃時污泥降解更快，滲濾液中污染物濃度更高。增大改性劑用量，可提高污泥產(chǎn)氣量。壓實不利于產(chǎn)氣。 污泥的腐殖化過程研究表明，隨著污泥不斷降解，腐殖質(zhì)不斷生成。隨著微生物種群的演替，前期生成的腐殖質(zhì)又不斷被降解。四類污泥的腐殖質(zhì)隨時間基本上呈下降趨勢，或后期保持平穩(wěn)；老港中試污泥的腐殖化率和腐殖化率指數(shù)隨時間呈下降趨勢。曲陽污泥的呈增大趨勢，曲陽污泥+礦化垃圾和白龍港污泥的腐殖化率前后差別很小。腐殖化率的大小順序是曲陽污泥+礦化垃圾白龍港污泥曲陽污泥老港中試污泥。HI大小順序是曲陽污泥曲陽污泥+礦化垃圾老港中試污泥白龍港污泥。初始有機質(zhì)含量越高的污泥，腐殖化作用越強，腐殖化程度越深。 四種污泥的HA分子量及其分布表明，曲陽污泥、曲陽污泥+礦化垃圾、白龍港污泥的HA基本上都經(jīng)歷分子量先增大后減小，后期又增大的變化過程。分子離散度依次降低。其中曲陽污泥在后期分子合成最迅速，腐殖化深度最大。老港中試污泥的規(guī)律不同，前期分子量減小，中期后期變化很小，分子的離散度最小。污泥的FA前期呈分解趨勢，后期呈合成趨勢。 四種污泥植物毒性消失的快慢順序是曲陽污泥+礦化垃圾、曲陽污泥、白龍港污泥、老港中試污泥，分別先后在填埋后的520、612、650、670天達到發(fā)芽指數(shù)80％。礦化垃圾具有一定的緩解污泥降解產(chǎn)生的植物毒性的作用，腐熟后的曲陽污泥+礦化垃圾具有促進種子發(fā)芽的肥效作用。 污泥在填埋場覆土封場后的長期沉降可分為應(yīng)力沉降和降解沉降。純污泥填埋初期的沉降主要是應(yīng)力沉降，一年后以降解沉降為主。老港中試污泥、白龍港污泥、曲陽污泥以及曲陽污泥+礦化垃圾的最終沉降量占堆體高度的百分比分別是12．33％、20．54％、13．77％和26．57％。第一年的沉降量分別占總沉降量的98．9％、94．4％、97．4％和98．9％。四種污泥的沉降量分別可在870、1170、995和762天達到其沉降能力的99．99％。老港中試污泥的固結(jié)系數(shù)C_v=0．00215cm~2／s。 根據(jù)滲濾液和污泥固體的指標與填埋時間的定量關(guān)系，按照污泥的BDM達到4．76％和滲濾液COD降到一級排放標準預(yù)測，污泥及改性污泥的穩(wěn)定化時間是3．2～5．8年。如果將污泥利用作營養(yǎng)土，污泥的穩(wěn)定化時間只需1．4～1．8年。
【學位授予單位】：同濟大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：X703
【圖文】：

圖 3.1 氣壓式滲壓儀壓縮穩(wěn)定后的滲透系數(shù)為 1.2m /S左右"污泥的滲透系數(shù)與壓 "因是污泥顆粒細小, 含有大量的結(jié)合水膜較厚, 阻塞污泥的孔埋場相比, 污泥單獨填埋場 由將難以進行垃圾填埋場常采用埋氣體在污泥堆體中的遷移阻

圖 3.3 無側(cè)限承壓實驗裝置示意圖當透水石周圍 (即透水石與預(yù)壓筒壁之問) 的實驗材料有明顯的豎向擠隆起甚至明顯流動等現(xiàn)象時, 就認為試樣被破壞, 發(fā)生流變 "當污泥強度很低時, 加上壓力后透水石會出現(xiàn)側(cè)傾的現(xiàn)象, 污泥迅速隆并擠出筒 口, 污泥呈明顯的流態(tài); 污泥強度較低時, 加 上壓力, 透水石與預(yù)筒壁之間的污泥隆起, 擠出筒口; 當污泥強度較高時, 試樣在受壓時被壓縮透水石下陷, 透水石與預(yù)壓筒之間的污泥不隆起或有輕微隆起 "經(jīng)過 sm ni 后透水石陷入污泥中約 13/ , 此時透水石上的爪力即為污泥的抗壓強度 "

【參考文獻】

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本文編號：2740572