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污泥填埋關鍵技術研究現狀與發展

文檔作者：于小娟，蔣吉方文檔來源：鹽城工學院土木工程學院		點擊數：	更新時間： 2022年11月19日
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206
四川建筑科學研究
Sichuan Building Science
第40卷第4期
2014年8月
污泥填埋關鍵技術研究現狀與發展
于小娟，蔣吉方
(鹽城工學院土木工程學院，江蘇鹽城224051)
摘要：從污泥填埋工程實際出發，指出深入開展污泥填埋關鍵技術研究勢在必行。進而，對污泥填埋關鍵技術問
題的研究現狀與現存問題進行闡述。同時，提出要從根本上杜絕污泥“崩塌事件”，就要從環境工程和巖土工程密
切結合的角度，進一步解決污泥填埋的工程安全問題以及污泥對環境的影響問題，最后，對污泥填埋關鍵技術研究
的發展趨勢提出自己見解。
關鍵詞：污泥；城市垃圾；混合填埋；流變；填埋工程風險評估與工程安全預警系統
中圈分類號：Tu 4J43 文獻標志碼：B 文章編號：1008—1933(2014)04—206—05
U 刖 吾
2010年10月的“京城環保第一大案” ，讓污泥
處置再次進入人們的視線。至2010年底，至少3O
個城市先后爆發過污泥污染事件¨J，“深圳污泥坑
管涌威脅自然生態”、“重慶污泥不治污水處理系統
將崩潰”、“廣州萬噸污泥埋進林場”等報道相繼見
諸媒體，由此引發眾多環保專家直指“中國城市污
泥已造成二次污染”，也由此揭開我國在污泥處理
上的嚴重缺口，“重水輕泥”和“污泥的中國式處
理”，使得污泥處理處置問題已成為我國亟待解決
的環境問題。
目前，國內外污泥處置與利用的方式主要有填
埋、焚燒、農用以及資源化利用等 J。由于污泥焚
燒存在汞汽化和二嗯英污染等問題未能得到有效解
決，污泥填埋因其有投資少、容量大、見效快的優勢，
已逐漸成為國內外污泥處置的主要途徑之一，也是
比較適合我國國情的處置途徑。可以預測，在未來
一個時期內，填埋仍然是我國主要的污泥處置方
式 。
目前，國內污泥的主要解決出路是填埋到城市
固體廢棄物(MSW)填埋場中 J。由于我國污泥進
入MSW 填埋場的填埋技術起步晚，缺乏相應的技
術支撐和工程經驗，造成人們盲目將污泥和MSW
填埋體的高度越堆越高，坡度越填越陡，污泥被大肆
傾倒人MSW 填埋場的現象也屢見不鮮，從而導致
收稿日期：2013-06—14
作者簡介：于小娟(1969一)，女，教授，博士，主要從事巖土工程教學
與科研以及軟基處理和本構模型的研究。
基金項目：江蘇省科技廳社會發展項目(BE201 1729)
E —m ail：flyingtish7101@ 126．eom
填埋場工程安全隱患叢生，工程事故頻繁發生，不僅
造成了慘重的人員傷亡和財產損失，也給當地帶來
了巨大的環境災難。2006年3月7日，潮州市雞籠
山垃圾填埋場(接納的污泥超過15000噸)發生垃
圾崩塌滑坡事故，大量垃圾污泥從垃圾堆傾瀉到山
下的潮凇公路上，造成道路交通阻塞，附近部分圍墻
倒塌，有線電視等線路中斷。填埋區外側出現長達
60多米、寬約幾十厘米裂縫，6萬多立方米的垃圾隨
時都有塌方的危險 J。2009年2月16日，深圳市
清水河下坪固體廢棄物填埋場3號污泥坑發生管
涌，大量的污泥從地底噴涌而出，噴射高度有七八米
高，噴涌狀態持續有6小時之久，坡下的道路被厚厚
的黑色污泥覆蓋著，最深處達到80多厘米。大量涌
出的污泥和污水混合物造成垃圾堆體坡面沉降和大
量張裂縫，邊坡有失穩的危險。一些污泥和污水順
流而下，流入布吉河，加重了河道水體污染，布吉河
因此而告急 。2010年6月27日，廣州市西洲村
大王崗垃圾填埋場由于污泥傾倒(接納的印染污泥
累計達8萬立方米)引發填埋場崩塌，導致7200 m
的泥水混合物沖落山下，在新塘大道西洲路口及附
近形成一段長約600 m、平均深度約30 cm 的泥水
混合帶，造成5O多輛小車受浸，3人受傷，被沖毀廠
房后數百工人無家可歸 j。
污泥“崩塌”事件警示人們，必須盡快開展污泥
MSW填埋關鍵技術研究，消除污泥MSW填埋場工
程安全隱患，防止因“崩塌”引發的環境安全事件的
發生。
隨著社會經濟快速發展和城市化水平的不斷提
高，工業污水和生活污水的排放量日益增多，污水處
理廠污泥產量急劇增加。同時，我國緊鄰城市的河
流和湖泊已受到嚴重污染，含有高濃度重金屬和有
于小娟，等：污泥填埋關鍵技術研究現狀與發展 207
毒有機物的底泥急需挖掘、疏浚和處理。在填埋場
土地資源日益緊缺和建設資源節約型、環境友好型
社會的大背景下，進一步深入開展污泥填埋關鍵技
術研究勢在必行。
1 相關此領域國內外研究現狀及分
析
1．1 研究現狀
在污泥填埋預處理方面，國內外相關的研究及
應用工作已作了不少，并已取得了較多研究成果。
污泥填埋預處理技術標準已于2008年7月1日公
布實施。污泥填埋預處理技術目前有：污泥與礦化
垃圾混合預處理技術、污泥與爐渣混合預處理技術、
添加其他改性劑的污泥預處理技術、污泥固化和穩
定化預處理技術 J。已有的污泥和穩定化預處理
技術，如焚燒、超聲波、熱水解、混凝沉淀、水熱處理、
天然氣干化、蒸汽干化 、石灰干化 引、電滲析 m 和
熱化學處理 。。 以及脫水機處理等方法。近年來，
又出現了一些高效低耗無污染，可直接用于堆肥、焚
燒、填埋等處理處置方式的污泥固化新技術，比如朱
偉等¨ 研制的污泥固化／穩定化處理設備；Wei
Wang等¨ 提出的污泥水熱干化處理技術；Nezih
Kamil Salihoglu等¨ 提出的石灰太陽能干燥法；
Naohito Hayashi等 提出的超聲光催化法。另外，
還有微生物高溫發酵蒸發水分的生物干化的污泥深
度固化技術 l 。總體說來，污泥填埋預處理技術發
展已日趨成熟。
在污泥填埋以及污泥進入城市固體廢棄物
(MSW)填埋場設計方面，其研究成果多偏向于污泥
或污泥混合預處理系統的設計。盡管污泥填埋預處
理技術標準中明確規定了改性后污泥進行填埋的準
人條件：含水率<60％ ，無側限抗壓強度~>50kPa，十
字板抗剪強度~>25kPa，臭度<3級。但是，目前，對
污泥準人條件所對應的污泥土工特性及其相應的污
泥MSW填埋堆體的高度、坡度，污泥填埋容量、污
泥進入MSW填埋場填埋極限量的確定方法，以及
污泥進入MSW 填埋場優化設計等方面的研究成
果，目前仍是一片空白，從而造成污泥填埋和污泥進
入MSW 填埋場缺乏相應的技術支撐和工程經驗，
填埋場處理混亂，污泥和MSW填埋體的高度、坡度
的設置盲目性和隨意性大，給填埋場的穩定安全帶
來極大的工程隱患。
在污泥填埋施工方面，現今常常遇到的工程問
題是：污泥處理后含水率高、粘度大造成污泥填埋施
工碾壓難度大，壓實難，而與此相關的研究成果還比
較少，現有的成果有：馬建立 根據上海城市污水
處理廠處理工藝和污泥的物理化學特性，將污泥分
為生化污泥和化學污泥，提出了生化污泥與礦化垃
圾混合填埋、化學污泥固化填埋兩種污泥填埋工藝。
方建民等公開了“一種脫水污泥填埋方法”專利，解
決了填埋作業時污泥的攤鋪難問題_】 。總體說來，
迄今為止，針對污泥填埋壓實難問題進行深入研究
的成果還非常少，且從最根本的污泥土工特性人手，
進行污泥填埋以及污泥進入MSW填埋場施工方法
的試驗與應用研究的成果，更少之又少。
在污泥填埋后期填埋場穩定化方面，現今存在
兩個工程隱患。其一，污泥具有流變特性，污泥的流
變性易使填埋體發生變形和滑坡。其二，污泥進入
MSW填埋場后，污泥的降解將影響填埋體的穩定和
相關設施的運行安全 。
針對污泥流變特性，張華 對污水處理廠生物
污泥和化學污泥的土力學性質進行深入的試驗研
究，指出上海白龍港化學污泥難以固結和受壓易流
變的實質是污泥中的孔隙水承壓，而孔隙水又因污
泥的低滲透性難以排出。張丙印等 提出城市固
體廢棄物中的纖維狀成分如：塑料、薄膜、紙及樹枝
等會對垃圾混合物起到“加筋”作用，在垃圾體發生
變形時，尤其在較大變形的條件下，會產生附加的粘
聚力。因此，若污泥與城市固體廢棄物混合填埋，此
“加筋”作用可很好的改善污泥的流變特性。但如
何混填、改善程度如何等還需要作進一步深入細致
的研究。
針對污泥影響垃圾填埋場穩定方面，鮮有研究
成果報道，至今只見有管仁秋的研究成果 J。現有
的研究成果主要側重于對垃圾填埋場自身結構穩定
性的分析研究，比如劉君和孔憲京(2004) 、楊明
亮等(2005)[24 3對填埋場邊坡和地基穩定性的研究；
陳云敏等(2000)E25]、朱向榮等(2002) 關于破壞
面位于垃圾體中的滑動破壞分析研究，以及吳景海
和陳環(2001) 、馮世進等(2007) 、陳云敏等
(2009) 對破壞面通過襯里內部的平移破壞情況
的研究等。對污泥對MSW 填埋場的穩定影響的范
圍，污泥填埋高度與垃圾填埋堆體失穩模式的關系，
污泥填埋對前期以及后續垃圾填埋堆體的穩定影響
情況均少見成果問世。現有的研究成果顯示出一種
新思路：混合填埋可加速污泥穩定化進程，減少污泥
對垃圾填埋場穩定的不利影響。比如，國外研究表
明，將城市生活垃圾或泥土與污泥進行混合填埋，其
208 四川建筑科學研究 第40卷
降解穩定過程比單獨填埋時要明顯加快。Vavilin
等人 。。對厭氧消化污泥與垃圾分層填埋時如何加
速填埋層甲烷化的過程進行了動力學模擬分析。
Martin 從理論上分析了垃圾與污泥均勻混合填埋
加速填埋層甲烷化的機理。單華倫 就污泥和生
活垃圾混合填埋及淋濾液回灌對填埋體穩定化影響
進行了研究，研究表明，污泥和生活垃圾進行混合填
埋可以促進垃圾降解和填埋體沉降，對加速填埋體
的穩定有利。G．Y．S．Chan等 通過填埋模擬柱試
驗，得出城市垃圾、污泥與海底沉淀物混合后填埋，
能加快垃圾的降解與穩定。張華L2 指出通過添加
一定比例的改性劑(如礦化垃圾、粉煤灰、建筑垃
圾、泥土等)可提高污泥強度、滲透性能和污泥的產
氣速率，從而加快污泥的降解進程，縮短污泥達到穩
定化所需時間。邵立明_3 通過填埋模擬柱試驗，指
出滲濾液原液循環條件下，新鮮垃圾與厭氧生物處
理污泥混合填埋，能夠有效加速填埋層進入穩定的
甲烷化階段。朱英 對填埋物質分別為污泥、污泥
+牛糞、污泥+鐵刨花以及準好氧填埋方式的加速
穩定化過程進行了研究。盡管以上研究成果表明，
污泥混合填埋可改善污泥對垃圾填埋體穩定的不良
影響，但是，目前的研究成果多數停留在城市垃圾與
污泥混合填埋對加快填埋場降解與穩定過程有促進
作用的描述上，而對促進的機理、促進的定量化研
究，混合填埋降解速率與有機質含量關系、與污泥處
理工藝差異關系、與填埋場沉降關系，以及如何進行
混合填埋的設計、施工才能有效地控制污泥對填埋
場穩定不良影響等方面的研究才初步開展。
在污泥填埋體以及污泥MSW填埋體現場土工
測試及安全監測方面，目前常用現場測試(鉆探及
取樣、靜力觸探)、室內試驗(包括三軸和直剪試
驗)、載荷試驗及反分析法獲取得到污泥和城市固
體廢棄物的抗剪強度；采用現場監測邊坡表面位移、
側向位移、滲濾液水位及變化情況來進行填埋場的
工程安全監測。盡管這些傳統的土工測試及現場監
測結果能為垃圾填埋堆體失穩模式的判別及應急搶
險措施決策提供重要依據，能為垃圾填埋堆體穩定
評價方法的實踐檢驗和安全監測指標的選取提供重
要數據，但不可否認這些傳統的監測技術還存在以
下不足：
1)方便快捷實時性不夠；監測成果與地質、環
境、施工等資料結合不緊密，與垃圾堆體的變形微觀
機理未能有機結合，從而使得監測結果有時難以得
到合理解釋，導致其監測成果應用水平低，工程風險
安全評估預警能力低。
2)傳統的監測數據離污泥填埋工程安全預警
系統還尚存不少差距，污泥填埋工程風險評估與工
程安全預警系統目前還是一片空白。而目前監測安
全預報系統軟件雖然開發較多，但尤以大壩為主，且
一些預警系統的使用技術含量和技術要求高，使用
和維護的成本較大，難以在垃圾填埋工程中推廣；一
些系統的易用性、可靠性、可擴充性還有待于進一步
提高。
1．2 現存問題
縱觀以上多位學者的研究，雖然取得了一些有
益的成果，但是仍未能從根本上解決污泥填埋關鍵
技術問題。盡管以上研究成果表明污泥與城市固體
廢棄物MSW混合填埋是一種新思路，具有改善污
泥流變特性，加快污泥降解與加速垃圾堆體穩定過
程等優勢，且污泥和其他廢棄物一起混合填埋具有
壓縮性低、沉降小等優點，相對于污泥的單獨填埋，
混合填埋在香港已得到廣泛地應用 ，但是，我國
很多填埋場的實踐證明，污泥與城市固體廢棄物
MSW混合填埋的許多關鍵技術難題尚未解決，污泥
與垃圾混合填埋的方式較難實施。究其根本原因，
其中的一個因素不可忽視，此領域的研究及應用工
作早期主要由環境和化工方面的學者和工作人員所
作，其研究的側重點在于污泥對周圍環境的影響，而
對直接影響污泥填埋操作、確保污泥填埋安全的以
下幾個關鍵工程問題考慮甚少：
1)污泥準入條件下所對應的污泥土工特性和
相應的污泥MSW填埋堆體高度與坡度的確定，以
及污泥進入MSW填埋場填埋容量的確定及其優化
設計方法；
2)污泥土工特性對污泥填埋方式以及污泥進
入MSW填埋場的施工方式的影響規律；
3)污泥MSW 混合填埋改善污泥流變特性、加
快填埋場降解與穩定過程的機理；
4)確定污泥與MSW混合填埋的設計參數(污
泥與MSW混合比例、各層鋪設厚度、改性劑的適宜
種類和數量)和施工方法要點和運行要求，以便有
效地改善污泥的流變特性、降解特性及控制污泥對
填埋場穩定影響特性；
5)污泥MSW填埋體安全監測方法及工程風險
評價與預警分析。
2 發展方向與趨勢
隨著經濟發展和城市化水平的不斷提高，工業
2014 No．4 于小娟，等：污泥填埋關鍵技術研究現狀與發展 209
污水和生活污水的排放量日益增多，污水處理廠污
泥產量急劇增加。據統計，2006年我國城市污水處
理廠產生污泥(含水率80％)高達15000千噸，是生
活垃圾清運量的8％L8j。到2010年，我國污水處理
率還只有40％ ，但是污水處理后產生的污泥年產量
已達532萬噸(干重)，折合含水率80％ 的濕污泥為
2660萬噸，而且還繼續以每年8％ ～10％的速度增
長 。以江蘇省為例，2009年已建成并投運的城
鎮污水處理廠達到了234座，形成了日處理725萬
噸污水的能力，全省每天產生的污泥多達3．7萬
噸 。另外，我國緊鄰城市的河流和湖?白已受到嚴
重污染，含有高濃度重金屬和有毒有機物的底泥
(受到嚴重污染的河流湖泊底泥也歸屬于污泥)也
急需挖掘、疏浚和處理。這些都導致污泥的填埋處
置需求日漸擴大。雖然，國外的污泥垃圾填埋技術
已較成熟，但由于國內的城市垃圾種類比國外的要
復雜得多，且國外污水處理廠對污泥固化／穩定預處
理的標準、經費投入等，我國與之的差距太大，因此
國外的成果難以直接應用于國內。
雖然這幾年污泥的處置已開始被人們所關注，
也取得了一些成績，但總的說來，我國在污泥處置方
面的研究儲備還不夠，作為污泥處置的主要途徑之
一
，污泥填埋技術還很薄弱，污泥進入MSW填埋場
技術尚待突破性研究支撐。
要從根本上杜絕污泥“崩塌事件”，就要進一步
拓寬思路，從環境工程和巖土工程密切結合的角度，
進一步解決污泥對環境影響，全面進行污泥的土工
特性研究，把握污泥填埋場的工程力學特性，發揮污
泥與MSW 混合填埋的優勢，開拓污泥安全處置的
新途徑；同時，探索環境工程方法與巖土工程方法之
間的相互關聯，找到一套既能滿足環境要求，又能滿
足工程操作與安全要求的污泥填埋理論體系與技術
方案。
因此，深入細致的開展下列研究工作，可為污泥
填埋作業、污泥與MSW 混合填埋合理化設計、施
工、運營提供有效理論指導、技術支撐和工程經驗，
并為污泥填埋規范和工程安全標準的合理制訂提供
理論基礎和技術依據，下列研究工作也將成為污泥
填埋工程的研究熱點和發展趨勢：
1)對準入填埋條件下所對應的污泥(含水率<
60％ ，無側限抗壓強度／>50 kPa，十字板抗剪強度≥
25 kPa)土工特性進行研究，探索準人條件下污泥土
工特性與填埋堆體的高度、坡度、污泥進入MSW填
埋場填埋極限量的關聯，從而對準人條件下污泥填
埋優化設計的確定提供理論基礎。
2)開展污泥的土力學性質及污泥MSW混填方
式對污泥填埋施工的影響研究；調查用各種自然風
干或人工脫水、固化／穩定化預處理方法處理后的污
泥的最佳含水量和最大干容以及混合填埋施工時的
最佳填埋碾壓功能和碾壓方法，進而提出合理和實
用的污泥預處理方法和填埋方法，解決污泥填埋操
作難問題。
3)為消除污泥填埋后期影響污泥MSW 填埋場
穩定性的兩個工程隱患：流變和降解問題而展開科
學研究。針對污泥流變問題，對污泥以及不同混合
比例(污泥與MSW混合)，不同鋪設厚度，不同種類
和不同數量改性劑以及不同施工工藝條件下填埋堆
體的流變特性進行試驗研究，研究污泥以及污泥填
埋后填埋體內的孔隙水壓力和孔隙氣壓力的產生和
消散情況，揭示污泥流變機理，把握其流變規律，提
出能有效改善污泥流變的混合填埋的設計參數和施
工要點。針對污泥的降解問題，將進行污泥降解速
率與有機質含量、污泥處理工藝、填埋場沉降關系等
問題研究，構建污泥填埋后的生物降解模型，全面研
究污泥MSW 混合填埋體的穩定安全系數與污泥
MSW不同混合方案、與污泥MSW 重度、邊坡坡比、
滲濾液水位之間的關系，提出保證污泥MSW 填埋
場穩定的混合填埋設計參數和施工要點。
4)開發污泥填埋體現場監測技術，建立污泥填
埋工程風險評估與工程安全預警系統。探索能貫穿
于污泥填埋工程建設運行始終，具有方便快捷連續
無損特點的實時監測新技術，保障填埋工程安全；在
監測工作與數值模擬結合的基礎上，構建填埋體變
形和失穩破壞的力學模型，對工程進行安全分析和
評估；面向工程一線人員，建立具有操作簡單、可靠
性高和擴充性強等特點的污泥填埋工程風險評估與
工程安全預警系統，對污泥填埋工程和環境的安全
進行評估、預測預報和預警，為MSW 填埋場變形失
穩破壞事故隱患的超前整改提供技術支撐；建立污
泥特性演變預估計算模型，提出適用于各種預處理
污泥填埋場的設計計算方法、工程穩定措施、填埋場
最終封閉后的場地再利用的合理方案，保證污泥填
埋場的施工、運行和場地再利用的安全。
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