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污泥填埋关键技术研究现状与发展

文档作者：于小娟，蒋吉方文档来源：盐城工学院土木工程学院		点击数：	更新时间： 2022年11月19日
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206
四川建筑科学研究
Sichuan Building Science
第40卷第4期
2014年8月
污泥填埋关键技术研究现状与发展
于小娟，蒋吉方
(盐城工学院土木工程学院，江苏盐城224051)
摘要：从污泥填埋工程实际出发，指出深入开展污泥填埋关键技术研究势在必行。进而，对污泥填埋关键技术问
题的研究现状与现存问题进行阐述。同时，提出要从根本上杜绝污泥“崩塌事件”，就要从环境工程和岩土工程密
切结合的角度，进一步解决污泥填埋的工程安全问题以及污泥对环境的影响问题，最后，对污泥填埋关键技术研究
的发展趋势提出自己见解。
关键词：污泥；城市垃圾；混合填埋；流变；填埋工程风险评估与工程安全预警系统
中圈分类号：Tu 4J43 文献标志码：B 文章编号：1008—1933(2014)04—206—05
U 刖 吾
2010年10月的“京城环保第一大案” ，让污泥
处置再次进入人们的视线。至2010年底，至少3O
个城市先后爆发过污泥污染事件¨J，“深圳污泥坑
管涌威胁自然生态”、“重庆污泥不治污水处理系统
将崩溃”、“广州万吨污泥埋进林场”等报道相继见
诸媒体，由此引发众多环保专家直指“中国城市污
泥已造成二次污染”，也由此揭开我国在污泥处理
上的严重缺口，“重水轻泥”和“污泥的中国式处
理”，使得污泥处理处置问题已成为我国亟待解决
的环境问题。
目前，国内外污泥处置与利用的方式主要有填
埋、焚烧、农用以及资源化利用等 J。由于污泥焚
烧存在汞汽化和二嗯英污染等问题未能得到有效解
决，污泥填埋因其有投资少、容量大、见效快的优势，
已逐渐成为国内外污泥处置的主要途径之一，也是
比较适合我国国情的处置途径。可以预测，在未来
一个时期内，填埋仍然是我国主要的污泥处置方
式 。
目前，国内污泥的主要解决出路是填埋到城市
固体废弃物(MSW)填埋场中 J。由于我国污泥进
入MSW 填埋场的填埋技术起步晚，缺乏相应的技
术支撑和工程经验，造成人们盲目将污泥和MSW
填埋体的高度越堆越高，坡度越填越陡，污泥被大肆
倾倒人MSW 填埋场的现象也屡见不鲜，从而导致
收稿日期：2013-06—14
作者简介：于小娟(1969一)，女，教授，博士，主要从事岩土工程教学
与科研以及软基处理和本构模型的研究。
基金项目：江苏省科技厅社会发展项目(BE201 1729)
E —m ail：flyingtish7101@ 126．eom
填埋场工程安全隐患丛生，工程事故频繁发生，不仅
造成了惨重的人员伤亡和财产损失，也给当地带来
了巨大的环境灾难。2006年3月7日，潮州市鸡笼
山垃圾填埋场(接纳的污泥超过15000吨)发生垃
圾崩塌滑坡事故，大量垃圾污泥从垃圾堆倾泻到山
下的潮凇公路上，造成道路交通阻塞，附近部分围墙
倒塌，有线电视等线路中断。填埋区外侧出现长达
60多米、宽约几十厘米裂缝，6万多立方米的垃圾随
时都有塌方的危险 J。2009年2月16日，深圳市
清水河下坪固体废弃物填埋场3号污泥坑发生管
涌，大量的污泥从地底喷涌而出，喷射高度有七八米
高，喷涌状态持续有6小时之久，坡下的道路被厚厚
的黑色污泥覆盖着，最深处达到80多厘米。大量涌
出的污泥和污水混合物造成垃圾堆体坡面沉降和大
量张裂缝，边坡有失稳的危险。一些污泥和污水顺
流而下，流入布吉河，加重了河道水体污染，布吉河
因此而告急 。2010年6月27日，广州市西洲村
大王岗垃圾填埋场由于污泥倾倒(接纳的印染污泥
累计达8万立方米)引发填埋场崩塌，导致7200 m
的泥水混合物冲落山下，在新塘大道西洲路口及附
近形成一段长约600 m、平均深度约30 cm 的泥水
混合带，造成5O多辆小车受浸，3人受伤，被冲毁厂
房后数百工人无家可归 j。
污泥“崩塌”事件警示人们，必须尽快开展污泥
MSW填埋关键技术研究，消除污泥MSW填埋场工
程安全隐患，防止因“崩塌”引发的环境安全事件的
发生。
随着社会经济快速发展和城市化水平的不断提
高，工业污水和生活污水的排放量日益增多，污水处
理厂污泥产量急剧增加。同时，我国紧邻城市的河
流和湖泊已受到严重污染，含有高浓度重金属和有
于小娟，等：污泥填埋关键技术研究现状与发展 207
毒有机物的底泥急需挖掘、疏浚和处理。在填埋场
土地资源日益紧缺和建设资源节约型、环境友好型
社会的大背景下，进一步深入开展污泥填埋关键技
术研究势在必行。
1 相关此领域国内外研究现状及分
析
1．1 研究现状
在污泥填埋预处理方面，国内外相关的研究及
应用工作已作了不少，并已取得了较多研究成果。
污泥填埋预处理技术标准已于2008年7月1日公
布实施。污泥填埋预处理技术目前有：污泥与矿化
垃圾混合预处理技术、污泥与炉渣混合预处理技术、
添加其他改性剂的污泥预处理技术、污泥固化和稳
定化预处理技术 J。已有的污泥和稳定化预处理
技术，如焚烧、超声波、热水解、混凝沉淀、水热处理、
天然气干化、蒸汽干化 、石灰干化 引、电渗析 m 和
热化学处理 。。 以及脱水机处理等方法。近年来，
又出现了一些高效低耗无污染，可直接用于堆肥、焚
烧、填埋等处理处置方式的污泥固化新技术，比如朱
伟等¨ 研制的污泥固化／稳定化处理设备；Wei
Wang等¨ 提出的污泥水热干化处理技术；Nezih
Kamil Salihoglu等¨ 提出的石灰太阳能干燥法；
Naohito Hayashi等 提出的超声光催化法。另外，
还有微生物高温发酵蒸发水分的生物干化的污泥深
度固化技术 l 。总体说来，污泥填埋预处理技术发
展已日趋成熟。
在污泥填埋以及污泥进入城市固体废弃物
(MSW)填埋场设计方面，其研究成果多偏向于污泥
或污泥混合预处理系统的设计。尽管污泥填埋预处
理技术标准中明确规定了改性后污泥进行填埋的准
人条件：含水率<60％ ，无侧限抗压强度~>50kPa，十
字板抗剪强度~>25kPa，臭度<3级。但是，目前，对
污泥准人条件所对应的污泥土工特性及其相应的污
泥MSW填埋堆体的高度、坡度，污泥填埋容量、污
泥进入MSW填埋场填埋极限量的确定方法，以及
污泥进入MSW 填埋场优化设计等方面的研究成
果，目前仍是一片空白，从而造成污泥填埋和污泥进
入MSW 填埋场缺乏相应的技术支撑和工程经验，
填埋场处理混乱，污泥和MSW填埋体的高度、坡度
的设置盲目性和随意性大，给填埋场的稳定安全带
来极大的工程隐患。
在污泥填埋施工方面，现今常常遇到的工程问
题是：污泥处理后含水率高、粘度大造成污泥填埋施
工碾压难度大，压实难，而与此相关的研究成果还比
较少，现有的成果有：马建立 根据上海城市污水
处理厂处理工艺和污泥的物理化学特性，将污泥分
为生化污泥和化学污泥，提出了生化污泥与矿化垃
圾混合填埋、化学污泥固化填埋两种污泥填埋工艺。
方建民等公开了“一种脱水污泥填埋方法”专利，解
决了填埋作业时污泥的摊铺难问题_】 。总体说来，
迄今为止，针对污泥填埋压实难问题进行深入研究
的成果还非常少，且从最根本的污泥土工特性人手，
进行污泥填埋以及污泥进入MSW填埋场施工方法
的试验与应用研究的成果，更少之又少。
在污泥填埋后期填埋场稳定化方面，现今存在
两个工程隐患。其一，污泥具有流变特性，污泥的流
变性易使填埋体发生变形和滑坡。其二，污泥进入
MSW填埋场后，污泥的降解将影响填埋体的稳定和
相关设施的运行安全 。
针对污泥流变特性，张华 对污水处理厂生物
污泥和化学污泥的土力学性质进行深入的试验研
究，指出上海白龙港化学污泥难以固结和受压易流
变的实质是污泥中的孔隙水承压，而孔隙水又因污
泥的低渗透性难以排出。张丙印等 提出城市固
体废弃物中的纤维状成分如：塑料、薄膜、纸及树枝
等会对垃圾混合物起到“加筋”作用，在垃圾体发生
变形时，尤其在较大变形的条件下，会产生附加的粘
聚力。因此，若污泥与城市固体废弃物混合填埋，此
“加筋”作用可很好的改善污泥的流变特性。但如
何混填、改善程度如何等还需要作进一步深入细致
的研究。
针对污泥影响垃圾填埋场稳定方面，鲜有研究
成果报道，至今只见有管仁秋的研究成果 J。现有
的研究成果主要侧重于对垃圾填埋场自身结构稳定
性的分析研究，比如刘君和孔宪京(2004) 、杨明
亮等(2005)[24 3对填埋场边坡和地基稳定性的研究；
陈云敏等(2000)E25]、朱向荣等(2002) 关于破坏
面位于垃圾体中的滑动破坏分析研究，以及吴景海
和陈环(2001) 、冯世进等(2007) 、陈云敏等
(2009) 对破坏面通过衬里内部的平移破坏情况
的研究等。对污泥对MSW 填埋场的稳定影响的范
围，污泥填埋高度与垃圾填埋堆体失稳模式的关系，
污泥填埋对前期以及后续垃圾填埋堆体的稳定影响
情况均少见成果问世。现有的研究成果显示出一种
新思路：混合填埋可加速污泥稳定化进程，减少污泥
对垃圾填埋场稳定的不利影响。比如，国外研究表
明，将城市生活垃圾或泥土与污泥进行混合填埋，其
208 四川建筑科学研究 第40卷
降解稳定过程比单独填埋时要明显加快。Vavilin
等人 。。对厌氧消化污泥与垃圾分层填埋时如何加
速填埋层甲烷化的过程进行了动力学模拟分析。
Martin 从理论上分析了垃圾与污泥均匀混合填埋
加速填埋层甲烷化的机理。单华伦 就污泥和生
活垃圾混合填埋及淋滤液回灌对填埋体稳定化影响
进行了研究，研究表明，污泥和生活垃圾进行混合填
埋可以促进垃圾降解和填埋体沉降，对加速填埋体
的稳定有利。G．Y．S．Chan等 通过填埋模拟柱试
验，得出城市垃圾、污泥与海底沉淀物混合后填埋，
能加快垃圾的降解与稳定。张华L2 指出通过添加
一定比例的改性剂(如矿化垃圾、粉煤灰、建筑垃
圾、泥土等)可提高污泥强度、渗透性能和污泥的产
气速率，从而加快污泥的降解进程，缩短污泥达到稳
定化所需时间。邵立明_3 通过填埋模拟柱试验，指
出渗滤液原液循环条件下，新鲜垃圾与厌氧生物处
理污泥混合填埋，能够有效加速填埋层进入稳定的
甲烷化阶段。朱英 对填埋物质分别为污泥、污泥
+牛粪、污泥+铁刨花以及准好氧填埋方式的加速
稳定化过程进行了研究。尽管以上研究成果表明，
污泥混合填埋可改善污泥对垃圾填埋体稳定的不良
影响，但是，目前的研究成果多数停留在城市垃圾与
污泥混合填埋对加快填埋场降解与稳定过程有促进
作用的描述上，而对促进的机理、促进的定量化研
究，混合填埋降解速率与有机质含量关系、与污泥处
理工艺差异关系、与填埋场沉降关系，以及如何进行
混合填埋的设计、施工才能有效地控制污泥对填埋
场稳定不良影响等方面的研究才初步开展。
在污泥填埋体以及污泥MSW填埋体现场土工
测试及安全监测方面，目前常用现场测试(钻探及
取样、静力触探)、室内试验(包括三轴和直剪试
验)、载荷试验及反分析法获取得到污泥和城市固
体废弃物的抗剪强度；采用现场监测边坡表面位移、
侧向位移、渗滤液水位及变化情况来进行填埋场的
工程安全监测。尽管这些传统的土工测试及现场监
测结果能为垃圾填埋堆体失稳模式的判别及应急抢
险措施决策提供重要依据，能为垃圾填埋堆体稳定
评价方法的实践检验和安全监测指标的选取提供重
要数据，但不可否认这些传统的监测技术还存在以
下不足：
1)方便快捷实时性不够；监测成果与地质、环
境、施工等资料结合不紧密，与垃圾堆体的变形微观
机理未能有机结合，从而使得监测结果有时难以得
到合理解释，导致其监测成果应用水平低，工程风险
安全评估预警能力低。
2)传统的监测数据离污泥填埋工程安全预警
系统还尚存不少差距，污泥填埋工程风险评估与工
程安全预警系统目前还是一片空白。而目前监测安
全预报系统软件虽然开发较多，但尤以大坝为主，且
一些预警系统的使用技术含量和技术要求高，使用
和维护的成本较大，难以在垃圾填埋工程中推广；一
些系统的易用性、可靠性、可扩充性还有待于进一步
提高。
1．2 现存问题
纵观以上多位学者的研究，虽然取得了一些有
益的成果，但是仍未能从根本上解决污泥填埋关键
技术问题。尽管以上研究成果表明污泥与城市固体
废弃物MSW混合填埋是一种新思路，具有改善污
泥流变特性，加快污泥降解与加速垃圾堆体稳定过
程等优势，且污泥和其他废弃物一起混合填埋具有
压缩性低、沉降小等优点，相对于污泥的单独填埋，
混合填埋在香港已得到广泛地应用 ，但是，我国
很多填埋场的实践证明，污泥与城市固体废弃物
MSW混合填埋的许多关键技术难题尚未解决，污泥
与垃圾混合填埋的方式较难实施。究其根本原因，
其中的一个因素不可忽视，此领域的研究及应用工
作早期主要由环境和化工方面的学者和工作人员所
作，其研究的侧重点在于污泥对周围环境的影响，而
对直接影响污泥填埋操作、确保污泥填埋安全的以
下几个关键工程问题考虑甚少：
1)污泥准入条件下所对应的污泥土工特性和
相应的污泥MSW填埋堆体高度与坡度的确定，以
及污泥进入MSW填埋场填埋容量的确定及其优化
设计方法；
2)污泥土工特性对污泥填埋方式以及污泥进
入MSW填埋场的施工方式的影响规律；
3)污泥MSW 混合填埋改善污泥流变特性、加
快填埋场降解与稳定过程的机理；
4)确定污泥与MSW混合填埋的设计参数(污
泥与MSW混合比例、各层铺设厚度、改性剂的适宜
种类和数量)和施工方法要点和运行要求，以便有
效地改善污泥的流变特性、降解特性及控制污泥对
填埋场稳定影响特性；
5)污泥MSW填埋体安全监测方法及工程风险
评价与预警分析。
2 发展方向与趋势
随着经济发展和城市化水平的不断提高，工业
2014 No．4 于小娟，等：污泥填埋关键技术研究现状与发展 209
污水和生活污水的排放量日益增多，污水处理厂污
泥产量急剧增加。据统计，2006年我国城市污水处
理厂产生污泥(含水率80％)高达15000千吨，是生
活垃圾清运量的8％L8j。到2010年，我国污水处理
率还只有40％ ，但是污水处理后产生的污泥年产量
已达532万吨(干重)，折合含水率80％ 的湿污泥为
2660万吨，而且还继续以每年8％ ～10％的速度增
长 。以江苏省为例，2009年已建成并投运的城
镇污水处理厂达到了234座，形成了日处理725万
吨污水的能力，全省每天产生的污泥多达3．7万
吨 。另外，我国紧邻城市的河流和湖?白已受到严
重污染，含有高浓度重金属和有毒有机物的底泥
(受到严重污染的河流湖泊底泥也归属于污泥)也
急需挖掘、疏浚和处理。这些都导致污泥的填埋处
置需求日渐扩大。虽然，国外的污泥垃圾填埋技术
已较成熟，但由于国内的城市垃圾种类比国外的要
复杂得多，且国外污水处理厂对污泥固化／稳定预处
理的标准、经费投入等，我国与之的差距太大，因此
国外的成果难以直接应用于国内。
虽然这几年污泥的处置已开始被人们所关注，
也取得了一些成绩，但总的说来，我国在污泥处置方
面的研究储备还不够，作为污泥处置的主要途径之
一
，污泥填埋技术还很薄弱，污泥进入MSW填埋场
技术尚待突破性研究支撑。
要从根本上杜绝污泥“崩塌事件”，就要进一步
拓宽思路，从环境工程和岩土工程密切结合的角度，
进一步解决污泥对环境影响，全面进行污泥的土工
特性研究，把握污泥填埋场的工程力学特性，发挥污
泥与MSW 混合填埋的优势，开拓污泥安全处置的
新途径；同时，探索环境工程方法与岩土工程方法之
间的相互关联，找到一套既能满足环境要求，又能满
足工程操作与安全要求的污泥填埋理论体系与技术
方案。
因此，深入细致的开展下列研究工作，可为污泥
填埋作业、污泥与MSW 混合填埋合理化设计、施
工、运营提供有效理论指导、技术支撑和工程经验，
并为污泥填埋规范和工程安全标准的合理制订提供
理论基础和技术依据，下列研究工作也将成为污泥
填埋工程的研究热点和发展趋势：
1)对准入填埋条件下所对应的污泥(含水率<
60％ ，无侧限抗压强度／>50 kPa，十字板抗剪强度≥
25 kPa)土工特性进行研究，探索准人条件下污泥土
工特性与填埋堆体的高度、坡度、污泥进入MSW填
埋场填埋极限量的关联，从而对准人条件下污泥填
埋优化设计的确定提供理论基础。
2)开展污泥的土力学性质及污泥MSW混填方
式对污泥填埋施工的影响研究；调查用各种自然风
干或人工脱水、固化／稳定化预处理方法处理后的污
泥的最佳含水量和最大干容以及混合填埋施工时的
最佳填埋碾压功能和碾压方法，进而提出合理和实
用的污泥预处理方法和填埋方法，解决污泥填埋操
作难问题。
3)为消除污泥填埋后期影响污泥MSW 填埋场
稳定性的两个工程隐患：流变和降解问题而展开科
学研究。针对污泥流变问题，对污泥以及不同混合
比例(污泥与MSW混合)，不同铺设厚度，不同种类
和不同数量改性剂以及不同施工工艺条件下填埋堆
体的流变特性进行试验研究，研究污泥以及污泥填
埋后填埋体内的孔隙水压力和孔隙气压力的产生和
消散情况，揭示污泥流变机理，把握其流变规律，提
出能有效改善污泥流变的混合填埋的设计参数和施
工要点。针对污泥的降解问题，将进行污泥降解速
率与有机质含量、污泥处理工艺、填埋场沉降关系等
问题研究，构建污泥填埋后的生物降解模型，全面研
究污泥MSW 混合填埋体的稳定安全系数与污泥
MSW不同混合方案、与污泥MSW 重度、边坡坡比、
渗滤液水位之间的关系，提出保证污泥MSW 填埋
场稳定的混合填埋设计参数和施工要点。
4)开发污泥填埋体现场监测技术，建立污泥填
埋工程风险评估与工程安全预警系统。探索能贯穿
于污泥填埋工程建设运行始终，具有方便快捷连续
无损特点的实时监测新技术，保障填埋工程安全；在
监测工作与数值模拟结合的基础上，构建填埋体变
形和失稳破坏的力学模型，对工程进行安全分析和
评估；面向工程一线人员，建立具有操作简单、可靠
性高和扩充性强等特点的污泥填埋工程风险评估与
工程安全预警系统，对污泥填埋工程和环境的安全
进行评估、预测预报和预警，为MSW 填埋场变形失
稳破坏事故隐患的超前整改提供技术支撑；建立污
泥特性演变预估计算模型，提出适用于各种预处理
污泥填埋场的设计计算方法、工程稳定措施、填埋场
最终封闭后的场地再利用的合理方案，保证污泥填
埋场的施工、运行和场地再利用的安全。
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