1 概述

目前，我國(guó)污水處理廠每年排放的污泥量（干重）約140萬(wàn)噸，且以每年10%以上的速度增長(zhǎng)。污泥產(chǎn)生的環(huán)境污染問(wèn)題日益突出，已造成極大的安全隱患、環(huán)境壓力和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，污泥的安全處置與利用已經(jīng)成為一個(gè)急待解決的問(wèn)題。

污泥加鈣處理是脫水污泥二級(jí)處理中最早得到應(yīng)用的方法之一，由于工藝簡(jiǎn)單，能耗低等優(yōu)點(diǎn)，至今仍是污泥處理處置的一個(gè)常用手段。較為經(jīng)典的污泥加鈣處理是利用加入氧化鈣后pH和溫度的升高來(lái)實(shí)現(xiàn)污泥的殺菌；或利用添加氧化鈣及其他物質(zhì)（如飛灰、水泥、碳酸鈣等）后污泥的固化效果來(lái)滿足污泥填埋的工藝要求。另外，在處理過(guò)程中選擇適宜的混合條件可有效改變污泥的性質(zhì)，由致密、粘稠變成疏松、流動(dòng)性能好、便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)奈锪稀?/p>

隨著污泥處理與利用的多樣化，污泥加鈣二級(jí)處理的應(yīng)用范圍也相應(yīng)拓寬。根據(jù)污泥加鈣處理后物料性能的變化，處理后的污泥有以下處置和利用途徑。

污泥加鈣處理后的處置和利用途徑

2 污泥加鈣處理的基本原理

將污泥與氧化鈣均勻混合，氧化鈣與污泥中所含的水分發(fā)生如下反應(yīng)：

1kg CaO+0.32kg H2Oà1.32kg Ca(OH)2+1177kJ

根據(jù)這一反應(yīng)，每投加1公斤的氧化鈣將有0.32公斤的水被結(jié)合成為氫氧化鈣，反應(yīng)所生成的熱量相當(dāng)于蒸發(fā)約0.5公斤的水所需要的熱量。處理后污泥中的一部分水被結(jié)合成固體物質(zhì)氫氧化鈣，還有一部分得到蒸發(fā)。氧化鈣以及與水反應(yīng)所生成的氫氧化鈣，會(huì)與污泥中的其他物質(zhì)發(fā)生進(jìn)一步的反應(yīng)，如氫氧化鈣與空氣中二氧化碳的反應(yīng)：

1.32kg Ca(OH)₂+0.78kg CO₂=1.78kg CaCO₃+ 0.32 kg H₂O + 2212 kJ 

這一反應(yīng)會(huì)進(jìn)一步增加固體物的總量，所產(chǎn)生的熱量也可以進(jìn)一步蒸發(fā)一定的水分，進(jìn)而增加處理后污泥的含固量。

脫水污泥成分復(fù)雜，除上述主要反應(yīng)外，氧化鈣、氫氧化鈣還可以與污泥中所含的SiO2、Al2O3、磷酸根等發(fā)生一系列反應(yīng)，如：

1.32kg Ca(OH)₂+1.45kg AlPO₄=1.84kg Ca3(PO₄)₂+ 0.93kg Al(OH)₃

上述反應(yīng)會(huì)對(duì)脫水污泥產(chǎn)生以下效果：

（1）由于堿性物質(zhì)的作用致使pH值升高；

（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(shí)由于放熱反應(yīng)，一部分游離水被蒸發(fā)。

污泥經(jīng)加鈣處理后可以達(dá)到以下目的：

（1）殺菌：溫度的提高和pH的升高可以起到殺菌的作用，從而保證在利用或處置過(guò)程中的衛(wèi)生安全；

（2）脫水：由含水率80%-85%降至20%-80%（依氧化鈣投加量而定），實(shí)現(xiàn)半干化、固化的效果，便于后續(xù)處理處置；

（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(wú)害的化合物達(dá)到鈍化重金屬離子的效果；

（4）改性、顆粒化：改善污泥的儲(chǔ)存和運(yùn)輸條件，避免二次飛灰、滲濾液泄漏。

3 污泥加鈣處理的影響因素

已有研究和工程經(jīng)驗(yàn)表明，污泥加鈣處理反應(yīng)過(guò)程受以下幾方面因素影響：

（1）氧化鈣本身的活性受純度、粒度、比表面積等影響，通過(guò)選擇高活性的氫氧化鈣，可以加速反應(yīng)。

（2）由于污泥的特殊性，反應(yīng)是一個(gè)緩慢的過(guò)程，遠(yuǎn)低于與純水的反應(yīng)速度。

（3）混合后氧化鈣在微觀上與污泥的混合程度及分散度對(duì)反應(yīng)很重要，加入的氧化鈣在污泥中的分散度越高，對(duì)提高反應(yīng)速度和節(jié)省氧化鈣用量越有利。

4 污泥加鈣處理的基本工藝

4.1 工藝原則

雖然氧化鈣與污泥的反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，但從微觀上看，氧化鈣一旦與污泥接觸反應(yīng)即開(kāi)始進(jìn)行。因此工程實(shí)施中的基本原則為：

（1）對(duì)污泥－水－氧化鈣體系，應(yīng)在盡量短的時(shí)間內(nèi)使氧化鈣粉末盡量均勻地與污泥混合，盡快實(shí)現(xiàn)接觸表面的最大化；

（2）由于污泥的觸變性以及污泥－水－氧化鈣體系的傳質(zhì)是反應(yīng)速度的控制步驟，反應(yīng)過(guò)程應(yīng)盡量避免“擠壓”，盡量在“柔和”的條件下進(jìn)行，以便保護(hù)污泥自有的較松散結(jié)構(gòu)并有利于粉料與污泥的混合與擴(kuò)散；

（3）由于整個(gè)反應(yīng)進(jìn)行較慢，混合后反應(yīng)仍將持續(xù)一段時(shí)間，污泥在后續(xù)的輸送過(guò)程及堆積過(guò)程中仍在進(jìn)一步反應(yīng)，設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)化工藝條件有利于污泥的后續(xù)反應(yīng)及水蒸汽的蒸發(fā)。

4.2 工藝組成

一般而言，污泥加鈣處理工藝主要由以下幾個(gè)部分組成：

（1）脫水污泥給料系統(tǒng)；

（2）氧化鈣計(jì)量投加系統(tǒng)；

（3）混合反應(yīng)系統(tǒng)；

（4）處理后污泥出料輸送系統(tǒng)；

（5）蒸發(fā)氣體凈化系統(tǒng)（主要針對(duì)加鈣量較高的應(yīng)用場(chǎng)合）。

污泥加鈣處理工藝組成

機(jī)械脫水設(shè)備產(chǎn)生的污泥直接進(jìn)入混合反應(yīng)設(shè)備，因?yàn)橐话忝撍O(shè)備產(chǎn)生的污泥在污泥量上較為穩(wěn)定，通常不再進(jìn)行在線計(jì)量，直接進(jìn)入混合反應(yīng)器。

氧化鈣經(jīng)過(guò)計(jì)量輸送設(shè)備后，進(jìn)入混合反應(yīng)設(shè)備。

在加鈣量較高時(shí)，會(huì)有明顯的氨氣蒸發(fā)，需要實(shí)施廢氣凈化單元。

此外，在很多情況下也可以向污泥中混入多種物料，如當(dāng)處理污泥后用于填埋時(shí)，可向污泥中添加飛灰和少量水泥，達(dá)到節(jié)省氧化鈣和增加強(qiáng)度的效果。

5 結(jié)語(yǔ)

污泥加鈣處理是脫水污泥二級(jí)處理最早采用的手段之一，至今仍在應(yīng)用。采用該方法可以用較低的成本和簡(jiǎn)單的工藝實(shí)現(xiàn)污泥的半干化、固化和殺菌目的，同時(shí)改善污泥的特性從而便于儲(chǔ)存與運(yùn)輸。很多情況下污泥加鈣處理是污泥應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、衛(wèi)生填埋、建材利用和異地焚燒的一個(gè)較為有效的預(yù)處理手段。

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