污泥二級加鈣處理.doc

萬若環(huán)境污泥石灰處理技術在北京小紅門污水處理廠的工程應用章菁、李力、張健（萬若（北京）環(huán)境工程技術有限公司， 北京100088）摘要介紹脫水污泥石灰二級處理的基本原理、應用目的，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用。關鍵詞 污泥 石灰干化 殺菌固化 改性 污泥混合攪拌 填埋 小紅門污水處理廠 氧化鈣1脫水污泥加鈣在污泥處置中的應用脫水污泥石灰處理是脫水污泥進一步處理中最早得到應用的方法之一，由于工藝簡單，能耗低等原因，至今仍是污泥處理處置中一個常用的手段張健.污泥處理過程中的物質與能量流分析J.給水排水，2008，34 增刊：54-58。較為經典的應用分別是利用加入氧化鈣后pH和溫度的升高來實現(xiàn)污泥的殺菌；或利用添加氧化鈣及其他物質（如飛灰、水泥、碳酸鈣等）后污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，由致密、粘稠變成疏松、流動性能好、便于儲存和運輸?shù)奈锪稀ｋS著污泥處理與利用的多樣化，污泥石灰處理的應用也相應拓寬，圖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。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：1kgCaO+0.32kgH2O-1.32 kgCa(OH)2+1177kJ （1）根據(jù)這一反應，每投加1公斤的石灰有0.32的水被結合成為氫氧化鈣，反應所生成的熱相當于蒸發(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合成固體物質氫氧化鈣，還有一部分水得到蒸發(fā)。石灰以及與水反應所生成的氫氧化鈣，會與污泥中的其他物質發(fā)生進一步的反應，如氫氧化鈣與空氣中CO2的反應：1.32 kg Ca(OH)2 +0.78kg CO2 - 1.78kg CaCO3 + 0.32 kg H2O + 2212 kJ （2）這一反應會進一步增加固體物的總量、所產生的熱量也可以進一步蒸發(fā)一定的水分，進而增加處理后污泥的含固量。脫水污泥成分復雜，除此上述主要反應外，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，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）這些反應的最終結果會對脫水污泥產生以下效果：（1）由于堿性物質的作用致使污泥中的pH值增高，（2）由于反應放熱導致污泥溫度升高，（3）反應生成物中結合了游離水，同時由于放熱反應，一部分游離的水被蒸發(fā)。通過這些反應，污泥處理后可以達到以下目的：（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?；簭亩纳苾Υ婧瓦\輸條件，避免二次飛灰、滲濾液泄漏；4 反應速度及過程影響因素研究結果及工程實踐顯示，污泥石灰處理反應過程的影響因素有以下幾個方面：（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。（2） 由于污泥的特殊性，反應是一個緩慢的過程，遠低于與純水的反應速度。（3） 混合后氧化鈣在微觀上與污泥的混合程度及分散度對反應非常重要，加入的石灰在污泥中的分散度越高，對提高反應速度和節(jié)省氧化鈣用量越有利。5工藝及特點雖然石灰與污泥的反應時間較長，但從微觀上看，石灰一旦與污泥接觸反應就開始進行。所以工程實施中的基本原則為：（1）對污泥-水-石灰這樣一個體系，應在盡量短的時間內使石灰粉末盡量均勻地與污泥混合，盡快實現(xiàn)接觸表面的最大化；（2）由于污泥的觸變性以及污泥-水-石灰體系的傳質是反應速度的控制步驟，過程中應盡量避免“擠壓”，盡量在“柔和”的條件下進行，以便保護污泥自有的較松散結構并有利于粉料與污泥的混合與擴散。（3）由于整個反應進行較慢，混合后反應仍將持續(xù)一段時間，污泥在后續(xù)的輸送過程及堆積過程中仍在進一步反應，設計中應優(yōu)化工藝條件有利于污泥的后續(xù)反應及水蒸汽的蒸發(fā)。污泥加鈣處理的工藝主要有以下幾個部分組成：（1） 脫水污泥給料（2） 氧化鈣計量投加系統(tǒng)，（3） 混合反應系統(tǒng)（4） 處理后污泥出料輸送系統(tǒng)（5） 蒸發(fā)氣體凈化（主要是針對加鈣量較高的應用場合）在加鈣量較高時，會有明顯的氨氣蒸發(fā)，需要實施廢氣凈化單元。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，如當處理污泥后進行填埋時，可在污泥中添加飛灰和少量水泥，達到節(jié)省氧化鈣和增加強度的效果。萬若環(huán)境石灰處理工藝技術的主要特點為：1. 混合反應充分、完全，2. 處理時間短，反應效率高，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)簡練、可靠，自動化程度高，5. 能耗低。圖2：石灰處理條件和工藝的優(yōu)化、氣味控制以及物料管理示意圖5 北京小紅門污水處理廠石灰處理工程應用簡介5.1設備北京小紅門污水處理廠日處理污水60萬噸。機械脫水后的污泥分兩條生產線進行石灰處理。單條線設計最大處理能力每小時21噸。2010年2月份進入試運行。通過設計優(yōu)化，處理系統(tǒng)緊湊地安裝在原有的污泥裝車棚（參見圖3），混合反應器采用國際先進成熟的機械驅動流化床工藝技術（參見圖4）。圖3：北京小紅門污水處理廠污泥石灰處理圖4：污泥石灰混合反應器5.2運行優(yōu)化的初步經驗為優(yōu)化運行，我們對污泥和石灰進行了計量實驗研究。濕污泥仍然還有大量微生物和細菌。污泥處理處置近來得到重視，但污泥的衛(wèi)生學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、運輸上的衛(wèi)生學要求。表1為不同石灰投加量下的殺菌效果。結果顯示，優(yōu)化的運行條件下，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試數(shù)據(jù)在脫水污泥不需要進一步處理時，人們常常忽視機械脫水率。其實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重影響處理效果及處理費用。圖5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_到相同物料的含水率，濕污泥含水率的增加可導致石灰投加量的顯著增加。圖5：濕污泥含水率對石灰投加量的影響6 小結污泥石灰處理是歐洲北美最早應用的脫水污泥進一步處理工藝，主要目的是滿足污泥運輸、