污泥加鈣半干化固化及殺菌
來(lai)源： 閱讀：3472 更(geng)新時間：2011-07-26 10:45本文介紹脫水污(wu)泥加鈣(gai)(gai)二級處理的(de)基本原理，污(wu)泥加鈣(gai)(gai)干化、固(gu)(gu)化和殺菌在污(wu)泥處理處置中的(de)應用。介紹了污(wu)泥加鈣(gai)(gai)干化、固(gu)(gu)化和殺菌的(de)設備與工程應用。
1 背景
隨著我國污(wu)水處理廠(chang)的逐步增多與污(wu)水處理技術(shu)的發展，污(wu)水在處理過(guo)程中產生的污(wu)泥(ni)也在逐步增多，目(mu)前，很(hen)多污(wu)水廠(chang)仍然(ran)將污(wu)泥(ni)隨意外運，簡單填埋或堆放，這些廢棄(qi)物(wu)有機(ji)物(wu)含量和含水率都很(hen)高，容易腐(fu)爛發臭，給環境(jing)造成了破壞(huai)。
污泥處理處置有很多途徑，如堆肥、焚燒(shao)等。本文介紹通過(guo)加(jia)鈣實現污泥干化、固化及殺菌的(de)原理與方法。
2 污泥加鈣干化固化殺菌的基本原理
將污(wu)泥與細石灰(hui)均勻混合，石灰(hui)與污(wu)泥中(zhong)所(suo)含的水分發生如下(xia)反(fan)應(ying)：
1kgCaO+0.32kgH2O->1.32 kgCa(OH)2+1177kJ
根據這一反應，每投加1公斤(jin)的氧(yang)化鈣有(you)0.32的水被(bei)結合(he)成為氫氧(yang)化鈣，反應所生成的熱可蒸發約(yue)0.5公斤(jin)的水。
生石灰與水反應生產氫氧化鈣后，會繼續與污泥中的其他物質發生進一步的反應，如生成物氫氧化鈣與CO2的反應：
1.32 kg Ca(OH)2 +0.78kg CO2 -> 1.78kg CaCO3 + 0.32 kg H2O + 2212 kJ
這一反應會進一步(bu)增(zeng)加固(gu)體物的總量、發(fa)熱蒸發(fa)一部(bu)分水(shui)，進而增(zeng)加處理后污泥的含固(gu)量。
CaO、氫氧化鈣還可以與定形硅酸（SiO2）或者氧化鋁(Al2O3)發生反應。
以上這些主要化學反應產(chan)生(sheng)如下效果：
（1）由于堿性物質Ca(OH)2的作用致使污泥中的pH值(zhi)增高，
（2）由于(yu)反應放熱導致污泥溫度升(sheng)高，
（3）反(fan)應生成(cheng)物中結合了游離(li)水，同時由(you)于放熱反(fan)應，一部分(fen)游離(li)的水被蒸發。
最終結果是：
（1）進(jin)一步(bu)脫水，由含水率80%-85%脫水到20%-65%（依生石灰(hui)投加量而定）
（2）殺(sha)菌，溫度(du)和pH的升高(gao)可(ke)以起到殺(sha)菌的作用(yong)，從而保(bao)證在利用(yong)或處置(zhi)過程中的衛生安全性(xing)；
（3）鈍化(hua)(hua)(hua)重金(jin)屬(shu)離(li)(li)子，投(tou)加一定量的氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鈣(gai)使(shi)污泥成堿(jian)性(xing)，可以結合污泥中的部分金(jin)屬(shu)離(li)(li)子形成無(wu)害的化(hua)(hua)(hua)合物達到(dao)鈍化(hua)(hua)(hua)重金(jin)屬(shu)離(li)(li)子的效果。
（4）改性(xing)、顆粒化，從而改善儲存和運輸條件(jian)，避免二次飛(fei)灰、滲濾液(ye)泄漏；
（5）半干化(hua)、固化(hua)，從而顯(xian)著(zhu)降低含(han)水率(lv)，便于不同的再利(li)用(yong)或者填埋。
由于水分被蒸(zheng)發(fa)，所(suo)以(yi)，雖然向系統添加了石灰，但最終結(jie)果系統的總量增加并不(bu)顯著。
3 污泥加鈣干化固化殺菌后的利用與處置
3.1 概述
圖1匯總污泥加鈣處理后的各種處置和利用途徑。對于不同的處置和利用途徑，簡述如下。
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圖1：污泥加鈣處理(li)后的處置和利用途(tu)徑
3.2農業(ye)、綠化、林業(ye)和土地修復
對(dui)于重(zhong)金屬含量(liang)較低(di)的污泥，加(jia)鈣(gai)消毒后的污泥（也(ye)可同(tong)時混(hun)入(ru)一定量(liang)的結構性物(wu)質，如(ru)：秸桿、稻(dao)草、木(mu)屑(xie)等），用于農業(ye)、綠化、林業(ye)或土地修復。這一方法西歐、北美也(ye)有較多應用。
3.3衛生填埋
污(wu)(wu)(wu)水(shui)處理廠中從壓濾機(ji)污(wu)(wu)(wu)泥含水(shui)率大(da)(da)約是80%左(zuo)右(you)，通常含有(you)大(da)(da)量的(de)微生(sheng)物與細菌，且(qie)(qie)污(wu)(wu)(wu)泥體積大(da)(da)且(qie)(qie)性質極(ji)(ji)不(bu)穩定，如直接用于衛生(sheng)填(tian)埋是不(bu)符合要求(qiu)的(de)，遇到了潮濕及雨季污(wu)(wu)(wu)泥極(ji)(ji)有(you)可能發生(sheng)大(da)(da)規模(mo)膨(peng)脹且(qie)(qie)產生(sheng)大(da)(da)量有(you)害滲漏液(ye)體嚴重污(wu)(wu)(wu)染環(huan)境。
經過加(jia)鈣固化處理后，污(wu)泥含(han)水(shui)率可以(yi)降到60%以(yi)下，生(sheng)石灰與水(shui)的放熱反應(ying)殺死了大(da)(da)部(bu)分的微生(sheng)物(wu)與細菌，鈍化了大(da)(da)部(bu)分的重金屬離子，處理以(yi)后的污(wu)泥呈顆粒狀且性質極穩(wen)定，污(wu)泥體(ti)積規則(ze)也(ye)便于運輸，節約大(da)(da)量中間成(cheng)本。
3.4焚燒
污(wu)(wu)泥(ni)焚燒(shao)前進(jin)行二級(ji)加(jia)鈣(gai)處(chu)理(li)，可以使污(wu)(wu)泥(ni)含水(shui)率可以降到(dao)60%以下，可以在加(jia)鈣(gai)混合的同時加(jia)入部分可燃性的生活垃圾增加(jia)燃燒(shao)熱值，使待處(chu)理(li)的污(wu)(wu)泥(ni)有較高的（電(dian)廠常規燃料/污(wu)(wu)泥(ni)）比值，節約(yue)大量的焚燒(shao)與運輸(shu)成(cheng)本。同時，污(wu)(wu)泥(ni)中含堿性鈣(gai)，有益于煙氣(qi)的脫硫處(chu)理(li)。
3.5污泥(ni)二級加(jia)鈣處理(li)應(ying)用(yong)(yong)于建材(cai)利用(yong)(yong)
黏土(tu)(tu)資(zi)源的大量開(kai)采，已嚴重影(ying)響到農田生產(chan)與(yu)(yu)水土(tu)(tu)保護(hu)環(huan)境。因此，若能利用污(wu)泥(ni)中所含的灰(hui)分(fen)替代黏土(tu)(tu)生產(chan)建筑材(cai)料(liao)(liao)，不僅變廢(fei)為寶，解(jie)決污(wu)泥(ni)的污(wu)染問題，并(bing)為污(wu)泥(ni)資(zi)源合(he)理利用，還可(ke)緩解(jie)建材(cai)工業與(yu)(yu)農業爭土(tu)(tu)的矛盾。經加(jia)鈣干化處(chu)理后的污(wu)泥(ni)，脫除(chu)水分(fen)，穩定化造粒后，可(ke)通過(guo)燒結制造成污(wu)泥(ni)磚、地磚、做混凝土(tu)(tu)的填(tian)料(liao)(liao)，代替部(bu)分(fen)水泥(ni)；或(huo)作為水泥(ni)生產(chan)的原料(liao)(liao)的替代。
4 關鍵技術與工藝
污泥(ni)(ni)加鈣(gai)處理(li)后的(de)(de)工藝(yi)關鍵是污泥(ni)(ni)與石(shi)灰的(de)(de)有效混(hun)(hun)合，如(ru)何實現低(di)(di)廉的(de)(de)運行成本（即低(di)(di)電耗、低(di)(di)消耗CaO）以及(ji)良好的(de)(de)污泥(ni)(ni)物理(li)形(xing)態是混(hun)(hun)合技術的(de)(de)關鍵。傳統的(de)(de)機械攪拌(ban)混(hun)(hun)合技術無法滿足這一要求。
較(jiao)為原始(shi)的(de)處(chu)理裝置是在蝸桿(gan)輸送機中(zhong)加入鈣粉，物料主要只(zhi)經(jing)過推(tui)送過程，所以混合(he)不(bu)均勻(yun)（耗鈣粉多(duo)、混合(he)不(bu)均勻(yun)，效(xiao)果差(cha)）同(tong)時(shi)難以實現(xian)污泥性(xing)狀的(de)改善。
污泥一般(ban)為粘(zhan)稠、致密的物料，現代污泥混合設備采用機械驅(qu)動(dong)流化(hua)床工(gong)藝，通過犁形鏟的翻拋作用將污泥打(da)散，并在疏松的狀態下與氧化(hua)鈣充(chong)分混合。
圖(tu)2為用于污泥混合(he)的Loedige羅迪格機械驅(qu)動流化床混合(he)反(fan)應器的示意圖(tu)。
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圖2 Loedige羅迪(di)格(ge)用于污泥(ni)處理(li)的機械驅(qu)動(dong)流(liu)化床反應器
污泥加鈣處(chu)理的工藝主要有以(yi)下幾個部分組(zu)成（參見圖3）：
（1）氧化鈣計(ji)量投(tou)加系統，
（2）混合反應系統
（3）污泥輸送系統
在很多情況下也可以向污泥中混入多種物料，如當處理污泥后進行填埋時，可以污泥中添加飛灰和少量水泥，達到節省成本和增加硬度、造粒的效果。
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5 工程應用
脫(tuo)水污泥加鈣在西歐和北(bei)美有很長的(de)(de)歷史，是至今在污泥處理處置(zhi)中仍然采用的(de)(de)一個(ge)方法，如美國華盛(sheng)頓污水處理廠每天1000多噸（2005年數據）的(de)(de)污泥經過加鈣消毒(du)后(hou)用于農業、林業和土地修復。以下介紹德國一個(ge)污泥加鈣定向處理的(de)(de)實例。
5.1 處理目的
系統設計和實施中為(wei)了適應污(wu)泥處理處置的(de)靈活性，考慮了將來不(bu)同的(de)應用模(mo)式(shi)，分別為(wei)
（1）污泥加鈣處(chu)理作為殺菌，然后農用
（2）作為半干化用(yong)于異地焚燒
（3）作為固化(hua)以便填埋
5.2工藝
工藝主要包括：
（1）向機械作用的流(liu)化床(chuang)混合反應器(qi)中加入石灰(hui)
（2）機械類型：Loedige高(gao)效(xiao)混合器
（3）石灰：細生石灰，CaO含(han)量>90％
（4）混合器進口污(wu)泥(ni)含固率(lv)：約23％
（5）混合器出(chu)口污(wu)泥(ni)含固率：可在23－X％之間自由(you)選擇
（6）污泥(ni)結構：可根據(ju)用(yong)途調整
5.3處理裝置
存放在料(liao)倉中的(de)石灰(hui)由傳送螺桿輸(shu)送至中間儲料(liao)罐(guan)，該儲料(liao)罐(guan)與石灰(hui)計(ji)(ji)量加(jia)料(liao)裝置(zhi)配套。計(ji)(ji)量加(jia)料(liao)裝置(zhi)配置(zhi)的(de)中間料(liao)罐(guan)有兩(liang)個功能：形成穩定的(de)石灰(hui)料(liao)柱確保(bao)石灰(hui)持續輸(shu)送入加(jia)料(liao)裝置(zhi)內，系(xi)統一旦啟動時立刻可以提供石灰(hui)。
計(ji)量加料裝(zhuang)置將石灰投(tou)加入Loedige羅迪格污泥混合反(fan)應器（參見圖4）。
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圖4、配備石(shi)灰加料系統(tong)的Lödige混合(he)器
5.4 污泥的中(zhong)間儲(chu)存(cun)
鑒于污(wu)泥加鈣(gai)后有(you)一個(ge)進(jin)一步(bu)的(de)(de)反應過程(cheng)，所以(yi)加鈣(gai)處理后的(de)(de)污(wu)泥應再(zai)進(jin)行一定(ding)時間的(de)(de)堆放(fang)。
表1：加鈣處理后污泥溫度、pH值及含固量變化
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不同石灰投加量的污泥含固變化
污泥含固率：4.3%（污泥脫水機進口）22.7%（污泥脫水機出口）
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編號
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石灰與污泥的重量比
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溫度
30分鐘后
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在相應時間后的含固率
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pH值
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50小時
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一周
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1
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2%
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28℃
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30.8%
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33.1%
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12.5
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2
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4.6%
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30℃
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35.9%
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38.0%
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12.6
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3
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6.9%
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43℃
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39.2%
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41.4%
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12.6
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4
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9%
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45℃
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48.1%
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未測
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12.6
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5
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11%
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58℃
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51.7%
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未測
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12.6
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6
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14.4
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59℃
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54.8%
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未測
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12.6
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6、小結
隨(sui)著我國對城市(shi)污(wu)(wu)水處(chu)(chu)(chu)理(li)力度的(de)增加(jia)，污(wu)(wu)泥的(de)產生已經成為(wei)一個急(ji)待解決的(de)問題。對脫水污(wu)(wu)泥進行加(jia)鈣(gai)處(chu)(chu)(chu)理(li)可以達(da)到半干化、固化和殺菌的(de)作用。 在應用于(yu)農業(ye)、林(lin)業(ye)、衛生填埋、焚燒、建材利用等(deng)最終處(chu)(chu)(chu)置(zhi)方式之前，有穩定處(chu)(chu)(chu)理(li)效果、減(jian)少(shao)環境污(wu)(wu)染(ran)、減(jian)少(shao)處(chu)(chu)(chu)理(li)成本等(deng)效果，是污(wu)(wu)泥處(chu)(chu)(chu)理(li)中一個有效的(de)處(chu)(chu)(chu)理(li)方法(fa)。
污泥(ni)加鈣處理(li)的(de)關鍵在(zai)于高效、低(di)能耗(hao)的(de)混(hun)合(he)反應。通過合(he)理(li)的(de)工藝組合(he)及(ji)(ji)優化(hua)，可以在(zai)很少量(liang)(liang)的(de)氧化(hua)鈣消(xiao)耗(hao)下(xia)實現(xian)污泥(ni)消(xiao)毒殺菌(jun)及(ji)(ji)污泥(ni)改性，便于儲存與(yu)運輸(shu)，通過適當增加加鈣量(liang)(liang)，可以靈活(huo)的(de)實現(xian)多種(zhong)處置和利用途(tu)徑的(de)預處理(li)，達到半干化(hua)和固化(hua)的(de)效果(guo)。
