污泥加鈣半干化固化及殺菌
來源： 閱讀：3135 更新時間：2011-07-26 10:45本文介紹脫水污泥加鈣二級處理的基本原理，污泥加鈣干化、固化和殺菌在污泥處理處置中的應(yīng)用。介紹了污泥加鈣干化、固化和殺菌的設(shè)備與工程應(yīng)用。
1 背景
隨著我國污水處理廠的逐步增多與污水處理技術(shù)的發(fā)展，污水在處理過程中產(chǎn)生的污泥也在逐步增多，目前，很多污水廠仍然將污泥隨意外運(yùn)，簡單填埋或堆放，這些廢棄物有機(jī)物含量和含水率都很高，容易腐爛發(fā)臭，給環(huán)境造成了破壞。
污泥處理處置有很多途徑，如堆肥、焚燒等。本文介紹通過加鈣實(shí)現(xiàn)污泥干化、固化及殺菌的原理與方法。
2 污泥加鈣干化固化殺菌的基本原理
將污泥與細(xì)石灰均勻混合，石灰與污泥中所含的水分發(fā)生如下反應(yīng)：
1kgCaO+0.32kgH2O->1.32 kgCa(OH)2+1177kJ
根據(jù)這一反應(yīng)，每投加1公斤的氧化鈣有0.32的水被結(jié)合成為氫氧化鈣，反應(yīng)所生成的熱可蒸發(fā)約0.5公斤的水。
生石灰與水反應(yīng)生產(chǎn)氫氧化鈣后，會繼續(xù)與污泥中的其他物質(zhì)發(fā)生進(jìn)一步的反應(yīng)，如生成物氫氧化鈣與CO2的反應(yīng)：
1.32 kg Ca(OH)2 +0.78kg CO2 -> 1.78kg CaCO3 + 0.32 kg H2O + 2212 kJ
這一反應(yīng)會進(jìn)一步增加固體物的總量、發(fā)熱蒸發(fā)一部分水，進(jìn)而增加處理后污泥的含固量。
CaO、氫氧化鈣還可以與定形硅酸（SiO2）或者氧化鋁(Al2O3)發(fā)生反應(yīng)。
以上這些主要化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生如下效果：
（1）由于堿性物質(zhì)Ca(OH)2的作用致使污泥中的pH值增高，
（2）由于反應(yīng)放熱導(dǎo)致污泥溫度升高，
（3）反應(yīng)生成物中結(jié)合了游離水，同時由于放熱反應(yīng)，一部分游離的水被蒸發(fā)。
最終結(jié)果是：
（1）進(jìn)一步脫水，由含水率80%-85%脫水到20%-65%（依生石灰投加量而定）
（2）殺菌，溫度和pH的升高可以起到殺菌的作用，從而保證在利用或處置過程中的衛(wèi)生安全性；
（3）鈍化重金屬離子，投加一定量的氧化鈣使污泥成堿性，可以結(jié)合污泥中的部分金屬離子形成無害的化合物達(dá)到鈍化重金屬離子的效果。
（4）改性、顆粒化，從而改善儲存和運(yùn)輸條件，避免二次飛灰、滲濾液泄漏；
（5）半干化、固化，從而顯著降低含水率，便于不同的再利用或者填埋。
由于水分被蒸發(fā)，所以，雖然向系統(tǒng)添加了石灰，但最終結(jié)果系統(tǒng)的總量增加并不顯著。
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：污泥加鈣處理后的處置和利用途徑
3.2農(nóng)業(yè)、綠化、林業(yè)和土地修復(fù)
對于重金屬含量較低的污泥，加鈣消毒后的污泥（也可同時混入一定量的結(jié)構(gòu)性物質(zhì)，如：秸桿、稻草、木屑等），用于農(nóng)業(yè)、綠化、林業(yè)或土地修復(fù)。這一方法西歐、北美也有較多應(yīng)用。
3.3衛(wèi)生填埋
污水處理廠中從壓濾機(jī)污泥含水率大約是80%左右，通常含有大量的微生物與細(xì)菌，且污泥體積大且性質(zhì)極不穩(wěn)定，如直接用于衛(wèi)生填埋是不符合要求的，遇到了潮濕及雨季污泥極有可能發(fā)生大規(guī)模膨脹且產(chǎn)生大量有害滲漏液體嚴(yán)重污染環(huán)境。
經(jīng)過加鈣固化處理后，污泥含水率可以降到60%以下，生石灰與水的放熱反應(yīng)殺死了大部分的微生物與細(xì)菌，鈍化了大部分的重金屬離子，處理以后的污泥呈顆粒狀且性質(zhì)極穩(wěn)定，污泥體積規(guī)則也便于運(yùn)輸，節(jié)約大量中間成本。
3.4焚燒
污泥焚燒前進(jìn)行二級加鈣處理，可以使污泥含水率可以降到60%以下，可以在加鈣混合的同時加入部分可燃性的生活垃圾增加燃燒熱值，使待處理的污泥有較高的（電廠常規(guī)燃料/污泥）比值，節(jié)約大量的焚燒與運(yùn)輸成本。同時，污泥中含堿性鈣，有益于煙氣的脫硫處理。
3.5污泥二級加鈣處理應(yīng)用于建材利用
黏土資源的大量開采，已嚴(yán)重影響到農(nóng)田生產(chǎn)與水土保護(hù)環(huán)境。因此，若能利用污泥中所含的灰分替代黏土生產(chǎn)建筑材料，不僅變廢為寶，解決污泥的污染問題，并為污泥資源合理利用，還可緩解建材工業(yè)與農(nóng)業(yè)爭土的矛盾。經(jīng)加鈣干化處理后的污泥，脫除水分，穩(wěn)定化造粒后，可通過燒結(jié)制造成污泥磚、地磚、做混凝土的填料，代替部分水泥；或作為水泥生產(chǎn)的原料的替代。
4 關(guān)鍵技術(shù)與工藝
污泥加鈣處理后的工藝關(guān)鍵是污泥與石灰的有效混合，如何實(shí)現(xiàn)低廉的運(yùn)行成本（即低電耗、低消耗CaO）以及良好的污泥物理形態(tài)是混合技術(shù)的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌混合技術(shù)無法滿足這一要求。
較為原始的處理裝置是在蝸桿輸送機(jī)中加入鈣粉，物料主要只經(jīng)過推送過程，所以混合不均勻（耗鈣粉多、混合不均勻，效果差）同時難以實(shí)現(xiàn)污泥性狀的改善。
污泥一般為粘稠、致密的物料，現(xiàn)代污泥混合設(shè)備采用機(jī)械驅(qū)動流化床工藝，通過犁形鏟的翻拋?zhàn)饔脤⑽勰啻蛏ⅲ⒃谑杷傻臓顟B(tài)下與氧化鈣充分混合。
圖2為用于污泥混合的Loedige羅迪格機(jī)械驅(qū)動流化床混合反應(yīng)器的示意圖。
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圖2 Loedige羅迪格用于污泥處理的機(jī)械驅(qū)動流化床反應(yīng)器
污泥加鈣處理的工藝主要有以下幾個部分組成（參見圖3）：
（1）氧化鈣計(jì)量投加系統(tǒng)，
（2）混合反應(yīng)系統(tǒng)
（3）污泥輸送系統(tǒng)
在很多情況下也可以向污泥中混入多種物料，如當(dāng)處理污泥后進(jìn)行填埋時，可以污泥中添加飛灰和少量水泥，達(dá)到節(jié)省成本和增加硬度、造粒的效果。
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5 工程應(yīng)用
脫水污泥加鈣在西歐和北美有很長的歷史，是至今在污泥處理處置中仍然采用的一個方法，如美國華盛頓污水處理廠每天1000多噸（2005年數(shù)據(jù)）的污泥經(jīng)過加鈣消毒后用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)和土地修復(fù)。以下介紹德國一個污泥加鈣定向處理的實(shí)例。
5.1 處理目的
系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施中為了適應(yīng)污泥處理處置的靈活性，考慮了將來不同的應(yīng)用模式，分別為
（1）污泥加鈣處理作為殺菌，然后農(nóng)用
（2）作為半干化用于異地焚燒
（3）作為固化以便填埋
5.2工藝
工藝主要包括：
（1）向機(jī)械作用的流化床混合反應(yīng)器中加入石灰
（2）機(jī)械類型：Loedige高效混合器
（3）石灰：細(xì)生石灰，CaO含量>90％
（4）混合器進(jìn)口污泥含固率：約23％
（5）混合器出口污泥含固率：可在23－X％之間自由選擇
（6）污泥結(jié)構(gòu)：可根據(jù)用途調(diào)整
5.3處理裝置
存放在料倉中的石灰由傳送螺桿輸送至中間儲料罐，該儲料罐與石灰計(jì)量加料裝置配套。計(jì)量加料裝置配置的中間料罐有兩個功能：形成穩(wěn)定的石灰料柱確保石灰持續(xù)輸送入加料裝置內(nèi)，系統(tǒng)一旦啟動時立刻可以提供石灰。
計(jì)量加料裝置將石灰投加入Loedige羅迪格污泥混合反應(yīng)器（參見圖4）。
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圖4、配備石灰加料系統(tǒng)的Lödige混合器
5.4 污泥的中間儲存
鑒于污泥加鈣后有一個進(jìn)一步的反應(yīng)過程，所以加鈣處理后的污泥應(yīng)再進(jìn)行一定時間的堆放。
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(jī)進(jìn)口）22.7%（污泥脫水機(jī)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(yīng)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(jié)
隨著我國對城市污水處理力度的增加，污泥的產(chǎn)生已經(jīng)成為一個急待解決的問題。對脫水污泥進(jìn)行加鈣處理可以達(dá)到半干化、固化和殺菌的作用。 在應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、衛(wèi)生填埋、焚燒、建材利用等最終處置方式之前，有穩(wěn)定處理效果、減少環(huán)境污染、減少處理成本等效果，是污泥處理中一個有效的處理方法。
污泥加鈣處理的關(guān)鍵在于高效、低能耗的混合反應(yīng)。通過合理的工藝組合及優(yōu)化，可以在很少量的氧化鈣消耗下實(shí)現(xiàn)污泥消毒殺菌及污泥改性，便于儲存與運(yùn)輸，通過適當(dāng)增加加鈣量，可以靈活的實(shí)現(xiàn)多種處置和利用途徑的預(yù)處理，達(dá)到半干化和固化的效果。
