污泥石灰干化工藝的工程應(yīng)用

1、污泥石灰干化工藝的工程應(yīng)用應(yīng)梅娟1、趙振鳳1、趙媛2、張健2（1 1.北京城市排水集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100038;100038; 2.2.萬若（北京）環(huán)境工程技術(shù)有限公司， 北京 100083100083）摘要介紹脫水污泥石灰二級處理的基本原理、應(yīng)用目的，工藝主要影響因素等。介紹了該工藝在北京 小紅門污水處理廠的工程應(yīng)用。1.1.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1。 較為經(jīng)典的應(yīng)用分別是利用 加入氧化鈣后 pHpH 和溫度的升高來實(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、粉煤渣等）后污

2、泥的固化效果來滿足污 泥的填埋工藝要求。另外，處理過程中選擇適 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、流動性能好、便丁儲存和 運(yùn)輸?shù)奈锪稀ｋS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 1 根據(jù)污泥石灰處 理后物料性能的變化來匯總處理后各種可能 的處置和利用途徑。2.2.污泥石灰處理的基本原理主要工藝原理是：將氧化鈣與脫水污泥有效混合，發(fā)生以下主要反應(yīng)：1 1 kgkg CaOCaO + + 0.320.32 kgH2OkgH2O - 1.321.32 kgkg CaCa（OHOH） 2+2+ 11771177 kJkJ生石灰和污泥中的水發(fā)生放熱反應(yīng)，生

3、成鈣的水合物或者氫氧化鈣。生石灰的加入，一方面提高了污泥的固體物含量，另一方面在水合反應(yīng)放出的熱量的作用下系統(tǒng)溫度將提 高，使致病菌和寄生微生物減少，從而實(shí)現(xiàn)對污泥的無害化處理。石灰與污泥的混合同時(shí)增加了系統(tǒng)的堿性（pHpH 值的升高），從而進(jìn)一步強(qiáng)化了無害化效果。實(shí)踐證明，在加溫至 5555 C C 以上、pHpH 值達(dá)到 12.512.5 時(shí)致病微生物能得到有效去除。蠕 蟲卵雖然不能被殺死（在殼體結(jié)構(gòu)中這幾乎是不可能的），但已不再具備繁殖能力。處理后的污泥還會發(fā)生很多后續(xù)反應(yīng)，如:步處理中最早得到應(yīng)用的方法之一，由丁工藝簡圖 1 1 污泥石灰處理后的處置和利用途徑1.321.32 kgkg

4、 Ca(OH)2Ca(OH)2 +0.78kg+0.78kg CO2CO2 - 1.78kg1.78kg CaCO3CaCO3 + + 0.320.32 kgkg H2OH2O + + 22122212 kJkJ通過結(jié)合水分子以及水份的蒸發(fā)，污泥達(dá)到干化的效果，增加了固體物質(zhì)的比例和硬度。3.3.反應(yīng)速度及過程影響因素研究結(jié)果及工程實(shí)踐顯示，污泥石灰處理反應(yīng)過程的影響因素有以下幾個(gè)方面：(1)(1)石灰本身的活性受純度、粒度、比表面積等影響，通過選擇高活性的石灰， 可以加速反應(yīng)。(2)(2)由丁污泥的特殊性，反應(yīng)是一個(gè)緩慢的過程，遠(yuǎn)低丁與純水的反應(yīng)速度。(3)(3)混合后氧化鈣在微觀上與污泥的

5、混合程度及分散度對反應(yīng)非常重要，加入的石灰在污泥中的分散度越高，對提高反應(yīng)速度和節(jié)省氧化鈣用量越有利。石灰活性檢測方法：石灰的活性分為熱活性和水活性兩種，熱活性度是表征生石灰與酸反應(yīng)的一個(gè)指標(biāo)，冶金業(yè)常用熱活性來衡量石灰的性能， 其方法是在充足時(shí)間內(nèi)，以中和生石灰消化時(shí)產(chǎn)生 的 Ca(OH)Ca(OH)2所消耗的4mol/L4mol/L 鹽酸的毫升數(shù)表示。德國石灰用丁水、污泥處理領(lǐng)域廣泛使用 t60t60 的方法來比較石灰的反應(yīng)活性。 t60t60 能 快速直觀的體現(xiàn)石灰與水反應(yīng)能力的強(qiáng)弱。是一種簡便、快捷的生石灰水活性檢測方法,引用德國標(biāo)準(zhǔn) DINENDINEN 459-2459-2，其具體

6、檢驗(yàn)方法如下：稱取 600g600g 生石灰放入杜瓦瓶內(nèi)，同時(shí)稱取 150g,150g, 20C20C 的蒸僻水倒入杜瓦瓶內(nèi)，杜瓦瓶內(nèi)有溫度計(jì)， 記錄從倒入蒸僻水開始到溫度達(dá)到60C60C 所需的時(shí)問。所需的 t60t60 越小說明生石灰的水活性越好，反 之越差2。對丁污泥石灰干化系統(tǒng)，其主反應(yīng)也是生石灰的 水化反應(yīng)，影響石灰活性度的組織結(jié)構(gòu)包括體積密 度、氣孔率、比表面積和 CaOCaO 礦物的晶粒尺寸。晶 粒越小，比表面積越大，氣孔率越高，石灰活性就 越局，化學(xué)反應(yīng)能力就越強(qiáng)。4.4.工藝及特點(diǎn)雖然石灰與污泥的反應(yīng)時(shí)間較長， 但從微觀上看， 石灰一旦與污泥接觸反應(yīng)就開始進(jìn) 行。所以工程實(shí)施

7、中的基本原則為：(1)(1) 對污泥-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)(2) 由丁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 有利丁粉料與污泥的混合與擴(kuò)散；(3)(3)由丁整個(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)的輸送過圖2 DIN EN 459-2中石灰檢測裝置圖程及堆積過程中仍在進(jìn)一步反應(yīng)，設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)化工藝條件有利丁污泥的后續(xù)反應(yīng)及水烝汽 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)

8、(1)脫水污泥給料系統(tǒng)(2)(2)氧化鈣計(jì)量投加系統(tǒng)，(3)(3)混合反應(yīng)系統(tǒng)(4)(4)處理后污泥出料輸送系統(tǒng)(5)(5)蒸發(fā)氣體凈化系統(tǒng)(主要是針對加鈣量較高的應(yīng)用場合)在加鈣量較高時(shí)，會有明顯的氨氣蒸發(fā)，需要實(shí)施廢氣凈化單元。值得說明的是，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。5.5.石灰處理的工程應(yīng)用小紅門污水處理廠是北京市第二大污水處理廠，規(guī)劃總體規(guī)模為9090 萬立方米/ /日，其中一期處理規(guī)模為 6060 萬立方米/ /日、占地 49.0949.09 公頃。該污水處理廠日產(chǎn)脫水污泥約 4

9、00400 噸/天，選用石灰干化工藝進(jìn)行殺菌無害化、半干化處理，處理后的污泥達(dá)到衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)，含水率降至 60%60%以下，改善了污泥的運(yùn)輸條件和避免了二次污染，為污泥的進(jìn)一步資源 化利用打下了基礎(chǔ)。該項(xiàng)目丁 2012010 0年 2 2 月份進(jìn)入試運(yùn)行。5.15.1 工藝設(shè)計(jì)通過設(shè)計(jì)優(yōu)化，處理系統(tǒng)緊湊地安裝在原有的污泥裝車棚(參見圖4),4),混合反應(yīng)器采用國際先進(jìn)成熟的機(jī)械驅(qū)動流化床工藝技術(shù)(參見圖5)5)。工藝流程圖見圖 3:3:3泥置污裝原送新增螺旋取泥裝置圖3工藝流程圖混合反I應(yīng)器自控系統(tǒng)中控系統(tǒng)-一皮帶輸送出一一騎車-H泥裝置I圖 4 4 北京小紅門污水處理廠污泥石灰處理圖 5 5

10、污泥石灰混合反應(yīng)器5.25.2 運(yùn)行優(yōu)化的初步經(jīng)驗(yàn)為優(yōu)化運(yùn)行，調(diào)試過程中對污泥和石灰進(jìn)行了計(jì)量實(shí)驗(yàn)研究衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)：濕污泥仍然還有大量微生物和細(xì)菌。污泥處理處置近來得到重視，但污泥的衛(wèi)生學(xué)意義上的無害化討論較少。石灰處理可以有效地殺菌，保證了后續(xù)儲存、運(yùn)輸上的衛(wèi)生學(xué)要 求。美國19931993 年 2 2 月頒布的 EPA40CFREPA40CFR（503503）S S 案，通過建立致病微生物和帶菌體數(shù)量確 定了污泥穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中指出，符合垃圾填埋場要求的產(chǎn)物可用做覆蓋物，它既可以是 A A 類（PFRPPFRP），還可以是 B B 類（PSRPPSRP）產(chǎn)物3。表 1 1 為不同石灰投加

11、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%5%）就可以滿足殺菌的要求。表 1:1:不同石灰投加量下大腸桿菌測試數(shù)據(jù)禪品號檢刑項(xiàng)目PN/1（X）（酬240005C030WaO頑WaO頑脫水污泥對石灰干化工藝的影響: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 6 6為不同濕污泥含水率對石灰投加量以及處理后物料含水率的影響?？梢娺_(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6濕污泥含水率對石灰投加量的影響堆置時(shí)間對成品含水

12、率的影響：鑒丁 CaOCaO 與污泥的反應(yīng)不同丁與水的反應(yīng)，污泥、石灰在從反應(yīng)器出來后還有較長 的后續(xù)反應(yīng)，德國 ATVATV 推薦處理后的污泥至少堆積 2424 小時(shí)4。圖7堆置一天后污泥含水率變化5 50 0 5 5 0 06 66 6 5 5 5 5率水含口出備設(shè)102030石灰投加比%405070 - -尊1茁宥泥含水85 8%）2#虧泥（含水77.6%）6.6.污泥石灰干化后再利用污泥經(jīng)石灰處理后，污泥進(jìn)行了徹底全面的殺菌消蠹， 達(dá)到再利用的衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)，在 升溫和pHpH 值的介質(zhì)中，使污泥中的有機(jī)物和重金屆能有效的無機(jī)化和固化，富含大量氫 氧化鈣、硅酸鹽、碳酸鈣等無機(jī)礦物質(zhì)，污泥石

13、灰干化處理后幾種利用方式：1.1. 空心冷壓磚(免燒磚)空心冷壓磚是由黏土、粘結(jié)劑和粉煤灰混合壓制而成，污泥經(jīng)石灰干化處理后富含多 種硅酸鹽、碳酸鹽等礦物質(zhì)，成分與空心冷壓磚原材料中的黏土、粘結(jié)劑相似，可以替代 部分原材料做空心冷壓磚。2.2. 路基材料污泥經(jīng)石灰干化處理后，首先得到改性同時(shí)可利用的無機(jī)成分大量增加，結(jié)構(gòu)與“三合土”相似，可作為道路的基礎(chǔ)墊層，從而得到大量利用。3.3. 廢舊礦山修復(fù)污泥經(jīng)石灰處理后，實(shí)現(xiàn)無害化、穩(wěn)定化，施用丁廢舊礦山修復(fù)，變廢為寶。除上訴三種方式外，污泥石灰干化改性后還可以作為酸性土壤調(diào)理劑、建筑砌磚、發(fā) 泡混凝土和水泥燒制等的部分原材料加以利用。7.7.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、處置過程中的衛(wèi)生學(xué)要求，為污泥的再利用資源化打下基礎(chǔ)。應(yīng)用實(shí)踐顯示，該技術(shù)路線投資省、 運(yùn)行費(fèi)用低，處理后可以達(dá)到無害化、穩(wěn)定化及 半干化的效果，處理后污泥得到改性，易丁儲存和運(yùn)輸，為污泥的進(jìn)一步處置和利用提供 了多種選擇，不失為一種適合目前國情的處理路線。參考文獻(xiàn)：1張健.污泥處理過程中的物質(zhì)與能量流分析J.給水排水，2008, 34增刊：54-582,S. Hogewon