穩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. 天津生態城環保有限公司，天津 300467；2. 河北工業大學，天津 300401）

1 引言

城市污泥是城市污水處理過程中產生的剩余固體廢物［1-3］，主要含有大量有機物，其次是泥沙沉積物、細絲纖維、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、鉀等植物性營養元素，同時含有銅、鋅、鉻等重金屬元素，還有多氯聯苯、多環芳烴、抗生素等有機污染物［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，研究了污泥經重金屬穩定化后進行強度改良，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定劑加入污泥中，通過拌和及養護，完成穩定化反應。對反應后的污泥進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》進行，重金屬浸出濃度以GB/T 14848—2017《地下水質量標準》Ⅳ類限值進行評價。

2.2 強度改良試驗

經重金屬穩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、有機質以及力學強度等物理指標。加入改良材料后混合均勻，并完成養護。

改良后污泥土強度以JTG D30—2015《公路路基設計規范》有關參數要求為評價標準。

3 結果與討論

3.1 污泥重金屬初始濃度檢測結果

對原始污泥的重金屬總量及重金屬浸出濃度進行檢測，檢測結果見表1。

表1 原始污泥重金屬檢測結果

針對重金屬總量的評價，采用GB 36600—2018《土壤環境質量 建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》中第二類用地篩選值進行評價，該標準中缺省的鉻、鋅指標采用DB11/T 811—2011《場地土壤環境風險評價篩選值》中的工業/商服用地篩選值進行評價。結果表明，原始污泥的重金屬總量檢出值低于相關標準限值，作為道路用土重金屬指標的人體健康風險可接受。

針對重金屬浸出濃度的評價，按照保護地下水的原則，采用GB/T 14848—2017《地下水質量標準》Ⅳ類限值進行評價。結果表明，原始污泥的重金屬指標鎳、銅、砷指標的浸出濃度超過相應的標準限值，需要進一步做穩定化處理。

3.2 重金屬穩定化試驗結果

采用重金屬穩定劑（ECO－MS－07）對污泥進行穩定化，穩定劑的添加量分別為0.5%，0.7%，0.9%，1.1%，1.3%，1.5%，穩定化后污泥的重金屬浸出濃度檢測結果見表2。從表2 可以看出，隨著穩定劑添加量的升高，各項金屬浸出濃度整體呈現下降的趨勢。當穩定劑添加量為0.9%時，僅砷的浸出濃度檢出值超過標準限值，超標倍數為1.34；當穩定劑添加量高于1.1%時，所有金屬的浸出濃度檢出值均低于各自標準限值，實現了重金屬穩定化的目標。

表2 穩定化后污泥重金屬浸出濃度檢測結果μg/L

3.3 污泥強度改良試驗結果

JTG D30—2015《公路路基設計規范》中對路堤填料壓實度的要求見表3。JTG D30—2015《公路路基設計規范》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《公路路基設計規范》二級公路及以下的下路堤為目標，通過摻雜生石灰、素土等改良材料，改善污泥含水率、有機質以及力學強度等物理指標，試驗結果見表5。

表5 改良污泥壓實度和最小承載比檢測結果

從檢測結果可以看出，隨著生石灰添加量的增加，改良污泥的最小承載比呈現出升高的趨勢。在3種配比條件下，改良污泥的壓實度和最小承載比指標均滿足相關標準要求。

按照JTG D30—2015《公路路基設計規范》要求，路堤填料的有機質含量應小于10%。污泥改良對有機質含量的影響見表6。隨著生石灰添加量的升高，改良污泥的有機質含量呈現下降的趨勢。當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 改良污泥有機質含量檢測結果

由上述試驗結果可以看出，當按照污泥、素土、生石灰的摻雜比例為10∶10∶3 時，改良后污泥的壓實度、最小承載比、有機質含量指標可以滿足二級公路下路堤的相關要求，符合資源化利用的條件。

4 結論

選取天津某大型污泥填埋場污泥經重金屬穩定化，研究其進行強度改良后資源化利用為路基土的可行性。試驗結果表明：

（1）當穩定劑添加量高于1.1%時，所有金屬的浸出濃度檢出值均低于各自標準限值，實現了重金屬穩定化的目標。

（2）當按照污泥、素土、生石灰的摻雜比例為10 ∶10 ∶3 時，改良后污泥的壓實度、最小承載比、有機質含量指標可以滿足二級公路下路堤的相關要求。

本研究驗證了該項目污泥經改良后作為路基土實現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。