污泥二級(jí)加鈣處理.doc

萬(wàn)若環(huán)境污泥石灰處理技術(shù)在北京小紅門(mén)污水處理廠的工程應(yīng)用章菁、李力、張健（萬(wàn)若（北京）環(huán)境工程技術(shù)有限公司， 北京100088）摘要介紹脫水污泥石灰二級(jí)處理的基本原理、應(yīng)用目的，工藝主要影響因素等。介紹了該工藝在北京小紅門(mén)污水處理廠的工程應(yīng)用。關(guān)鍵詞 污泥 石灰干化 殺菌固化 改性 污泥混合攪拌 填埋 小紅門(mén)污水處理廠 氧化鈣1脫水污泥加鈣在污泥處置中的應(yīng)用脫水污泥石灰處理是脫水污泥進(jìn)一步處理中最早得到應(yīng)用的方法之一，由于工藝簡(jiǎn)單，能耗低等原因，至今仍是污泥處理處置中一個(gè)常用的手段張健.污泥處理過(guò)程中的物質(zhì)與能量流分析J.給水排水，2008，34 增刊：54-58。較為經(jīng)典的應(yīng)用分別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)滿足污泥的填埋工藝要求。另外，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?。隨著污泥處理與利用的多樣化，污泥石灰處理的應(yīng)用也相應(yīng)拓寬，圖1根據(jù)污泥石灰處理后物料性能的變化來(lái)匯總處理后各種可能的處置和利用途徑。圖1：污泥石灰處理后的處置和利用途徑2污泥石灰處理的基本原理將污泥與石灰均勻混合，氧化鈣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 （1）根據(jù)這一反應(yīng)，每投加1公斤的石灰有0.32的水被結(jié)合成為氫氧化鈣，反應(yīng)所生成的熱相當(dāng)于蒸發(fā)約0.5公斤的水所需要的熱。所以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，還有一部分水得到蒸發(fā)。石灰以及與水反應(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CO2的反應(yīng)：1.32 kg Ca(OH)2 +0.78kg CO2 - 1.78kg CaCO3 + 0.32 kg H2O + 2212 kJ （2）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，除此上述主要反應(yīng)外，石灰、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 Ernst & Sohn Verlag,ATV. Klaeschlamm(M), Berlin,1996：386-3971.32 kg Ca(OH)2 +1.45 kg AlPO4 1.84 Ca3(PO4)2 + 0.93 Al(OH)3（3）這些反應(yīng)的最終結(jié)果會(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(shí)由于放熱反應(yīng)，一部分游離的水被蒸發(fā)。通過(guò)這些反應(yīng)，污泥處理后可以達(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)生安全性；（2）脫水：由含水率80%-85%脫水到含水率為20%-60%（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?；簭亩纳苾?chǔ)存和運(yùn)輸條件，避免二次飛灰、滲濾液泄漏；4 反應(yīng)速度及過(guò)程影響因素研究結(jié)果及工程實(shí)踐顯示，污泥石灰處理反應(yīng)過(guò)程的影響因素有以下幾個(gè)方面：（1） 石灰本身的活性受純度、粒度、比表面積等影響，通過(guò)選擇高活性的石灰，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)非常重要，加入的石灰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。5工藝及特點(diǎn)雖然石灰與污泥的反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，但從微觀上看，石灰一旦與污泥接觸反應(yīng)就開(kāi)始進(jìn)行。所以工程實(shí)施中的基本原則為：（1）對(duì)污泥-水-石灰這樣一個(gè)體系，應(yīng)在盡量短的時(shí)間內(nèi)使石灰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-石灰體系的傳質(zhì)是反應(yīng)速度的控制步驟，過(guò)程中應(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)。污泥加鈣處理的工藝主要有以下幾個(gè)部分組成：（1） 脫水污泥給料（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（主要是針對(duì)加鈣量較高的應(yīng)用場(chǎng)合）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。值得說(shuō)明的是，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(shí)，可在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。萬(wàn)若環(huán)境石灰處理工藝技術(shù)的主要特點(diǎn)為：1. 混合反應(yīng)充分、完全，2. 處理時(shí)間短，反應(yīng)效率高，3. 占地少，可緊湊地安裝在現(xiàn)有的污泥輸送系統(tǒng)中，4. 系統(tǒng)簡(jiǎn)練、可靠，自動(dòng)化程度高，5. 能耗低。圖2：石灰處理?xiàng)l件和工藝的優(yōu)化、氣味控制以及物料管理示意圖5 北京小紅門(mén)污水處理廠石灰處理工程應(yīng)用簡(jiǎn)介5.1設(shè)備北京小紅門(mén)污水處理廠日處理污水60萬(wàn)噸。機(jī)械脫水后的污泥分兩條生產(chǎn)線進(jìn)行石灰處理。單條線設(shè)計(jì)最大處理能力每小時(shí)21噸。2010年2月份進(jìn)入試運(yùn)行。通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化，處理系統(tǒng)緊湊地安裝在原有的污泥裝車(chē)棚（參見(jiàn)圖3），混合反應(yīng)器采用國(guó)際先進(jìn)成熟的機(jī)械驅(qū)動(dòng)流化床工藝技術(shù)（參見(jiàn)圖4）。圖3：北京小紅門(mén)污水處理廠污泥石灰處理圖4：污泥石灰混合反應(yīng)器5.2運(yùn)行優(yōu)化的初步經(jīng)驗(yàn)為優(yōu)化運(yùn)行，我們對(duì)污泥和石灰進(jìn)行了計(jì)量實(shí)驗(yàn)研究。濕污泥仍然還有大量微生物和細(xì)菌。污泥處理處置近來(lái)得到重視，但污泥的衛(wèi)生學(xué)意義上的無(wú)害化討論較少。石灰處理可以有效地殺菌，保證了后續(xù)儲(chǔ)存、運(yùn)輸上的衛(wèi)生學(xué)要求。表1為不同石灰投加量下的殺菌效果。結(jié)果顯示，優(yōu)化的運(yùn)行條件下，少量的石灰投加量（如5%）就可以滿足殺菌的要求。表1：不同石灰投加量下大腸桿菌測(cè)試數(shù)據(jù)在脫水污泥不需要進(jìn)一步處理時(shí)，人們常常忽視機(jī)械脫水率。其實(shí)無(wú)論采用任何工藝處理脫水污泥（如焚燒、干化、堆肥、石灰處理），濕污泥的含水率都嚴(yán)重影響處理效果及處理費(fèi)用。圖5為不同濕污泥含水率對(duì)石灰投加量以及處理后物料含水率的影響?？梢?jiàn)達(dá)到相同物料的含水率，濕污泥含水率的增加可導(dǎo)致石灰投加量的顯著增加。圖5：濕污泥含水率對(duì)石灰投加量的影響6 小結(jié)污泥石灰處理是歐洲北美最早應(yīng)用的脫水污泥進(jìn)一步處理工藝，主要目的是滿足污泥運(yùn)輸、