污泥的石灰半干化、固化及殺菌
摘要：本文介紹脫水污泥石灰處理的基本原理，污泥石灰干化、固化和殺菌在污泥處理處置中的應(yīng)用。介紹了污泥石灰干化、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，簡單填埋或堆放，這些廢棄物有機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。本文介紹通過石灰實現(xiàn)污泥干化、固化及殺菌的原理與方法。
2污泥石灰干化固化殺菌的基本原理
將污泥與細石灰均勻混合，石灰與污泥中所含的水分發(fā)生如下反應(yīng)：
1kgCaO+0.32kgH2O->1.32kgCa(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)生進一步的反應(yīng)，如生成物氫氧化鈣與CO2的反應(yīng)：
1.32kgCa(OH)2+0.78kgCO2->1.78kgCaCO3+0.32kgH2O+2212kJ
這一反應(yīng)會進一步增加固體物的總量、發(fā)熱蒸發(fā)一部分水，進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到鈍化重金屬離子的效果。
（4）改性、顆；，從而改善儲存和運輸條件，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污泥石灰干化固化殺菌后的利用與處置
3.1概述
圖1匯總污泥石灰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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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，石灰消毒后的污泥（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污泥含水率大約是80%左右，通常含有大量的微生物與細菌，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重污染環(huán)境。
經(jīng)過石灰固化處理后，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)則也便于運輸，節(jié)約大量中間成本。
3.4焚燒
污泥焚燒前進行二級石灰處理，可以使污泥含水率可以降到60%以下，可以在石灰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污泥二級石灰處理應(yīng)用于建材利用
黏土資源的大量開采，已嚴重影響到農(nóng)田生產(chǎn)與水土保護環(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)石灰干化處理后的污泥，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
污泥石灰處理后的工藝關(guān)鍵是污泥與石灰的有效混合，如何實現(xiàn)低廉的運行成本（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)備采用機械驅(qū)動流化床工藝，通過犁形鏟的翻拋作用將污泥打散，并在疏松的狀態(tài)下與氧化鈣充分混合。圖2為用于污泥混合的Loedige羅迪格機械驅(qū)動流化床混合反應(yīng)器的示意圖。
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污泥石灰處理的工藝主要有以下幾個部分組成（參見圖3）：
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（1）氧化鈣計量投加系統(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)處理污泥后進行填埋時，可以污泥中添加飛灰和少量水泥，達到節(jié)省成本和增加硬度、造粒的效果。
5工程應(yīng)用
脫水污泥石灰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)過石灰消毒后用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)和土地修復(fù)。以下介紹德國一個污泥石灰定向處理的實例。
5.1處理目的
系統(tǒng)設(shè)計和實施中為了適應(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）污泥石灰處理作為殺菌，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）向機械作用的流化床混合反應(yīng)器中加入石灰
（2）機械類型：Loedige高效混合器
（3）石灰：細生石灰，CaO含量>90％
（4）混合器進口污泥含固率：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，該儲料罐與石灰計量加料裝置配套。計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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5.4污泥的中間儲存
鑒于污泥石灰后有一個進一步的反應(yīng)過程，所以石灰處理后的污泥應(yīng)再進行一定時間的堆放。
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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。對脫水污泥進行石灰處理可以達到半干化、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。
污泥石灰處理的關(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現(xiàn)污泥消毒殺菌及污泥改性，便于儲存與運輸，通過適當(dāng)增加石灰量，可以靈活的實現(xiàn)多種處置和利用途徑的預(yù)處理，達到半干化和固化的效果。
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