污泥石灰干化工艺的工程应用

1、污泥石灰干化工艺的工程应用应梅娟1、赵振凤1、赵媛2、张健2（1 1.北京城市排水集团有限责任公司，北京 100038;100038; 2.2.万若（北京）环境工程技术有限公司， 北京 100083100083）摘要介绍脱水污泥石灰二级处理的基本原理、应用目的，工艺主要影响因素等。介绍了该工艺在北京 小红门污水处理厂的工程应用。1.1.脱水污泥加钙在污泥处置中的应用脱水污泥石灰处理是脱水污泥进一单，能耗低等原因，至今仍是污泥处理处置中 一个常用的手段1。 较为经典的应用分别是利用 加入氧化钙后 pHpH 和温度的升高来实现污泥的 杀菌；或利用添加氧化钙及其他物质（如飞灰、 水泥、粉煤渣等）后污

2、泥的固化效果来满足污 泥的填埋工艺要求。另外，处理过程中选择适 宜的混合条件可有效改变污泥的性质，由致 密、粘稠变成疏松、流动性能好、便丁储存和 运输的物料。随着污泥处理与利用的多样化，污泥石灰 处理的应用也相应拓宽，图 1 1 根据污泥石灰处 理后物料性能的变化来汇总处理后各种可能 的处置和利用途径。2.2.污泥石灰处理的基本原理主要工艺原理是：将氧化钙与脱水污泥有效混合，发生以下主要反应：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发生放热反应，生

3、成钙的水合物或者氢氧化钙。生石灰的加入，一方面提高了污泥的固体物含量，另一方面在水合反应放出的热量的作用下系统温度将提 高，使致病菌和寄生微生物减少，从而实现对污泥的无害化处理。石灰与污泥的混合同时增加了系统的碱性（pHpH 值的升高），从而进一步强化了无害化效果。实践证明，在加温至 5555 C C 以上、pHpH 值达到 12.512.5 时致病微生物能得到有效去除。蠕 虫卵虽然不能被杀死（在壳体结构中这几乎是不可能的），但已不再具备繁殖能力。处理后的污泥还会发生很多后续反应，如:步处理中最早得到应用的方法之一，由丁工艺简图 1 1 污泥石灰处理后的处置和利用途径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通过结合水分子以及水份的蒸发，污泥达到干化的效果，增加了固体物质的比例和硬度。3.3.反应速度及过程影响因素研究结果及工程实践显示，污泥石灰处理反应过程的影响因素有以下几个方面：(1)(1)石灰本身的活性受纯度、粒度、比表面积等影响，通过选择高活性的石灰， 可以加速反应。(2)(2)由丁污泥的特殊性，反应是一个缓慢的过程，远低丁与纯水的反应速度。(3)(3)混合后氧化钙在微观上与污泥的

5、混合程度及分散度对反应非常重要，加入的石灰在污泥中的分散度越高，对提高反应速度和节省氧化钙用量越有利。石灰活性检测方法：石灰的活性分为热活性和水活性两种，热活性度是表征生石灰与酸反应的一个指标，冶金业常用热活性来衡量石灰的性能， 其方法是在充足时间内，以中和生石灰消化时产生 的 Ca(OH)Ca(OH)2所消耗的4mol/L4mol/L 盐酸的毫升数表示。德国石灰用丁水、污泥处理领域广泛使用 t60t60 的方法来比较石灰的反应活性。 t60t60 能 快速直观的体现石灰与水反应能力的强弱。是一种简便、快捷的生石灰水活性检测方法,引用德国标准 DINENDINEN 459-2459-2，其具体

6、检验方法如下：称取 600g600g 生石灰放入杜瓦瓶内，同时称取 150g,150g, 20C20C 的蒸僻水倒入杜瓦瓶内，杜瓦瓶内有温度计， 记录从倒入蒸僻水开始到温度达到60C60C 所需的时问。所需的 t60t60 越小说明生石灰的水活性越好，反 之越差2。对丁污泥石灰干化系统，其主反应也是生石灰的 水化反应，影响石灰活性度的组织结构包括体积密 度、气孔率、比表面积和 CaOCaO 矿物的晶粒尺寸。晶 粒越小，比表面积越大，气孔率越高，石灰活性就 越局，化学反应能力就越强。4.4.工艺及特点虽然石灰与污泥的反应时间较长， 但从微观上看， 石灰一旦与污泥接触反应就开始进 行。所以工程实施

7、中的基本原则为：(1)(1) 对污泥-水-石灰这样一个体系，应在尽量短的时间内使石灰粉末尽量均匀地与污 泥混合，尽快实现接触表面的最大化；(2)(2) 由丁污泥的触变性以及污泥-水-石灰体系的传质是反应速度的控制步骤， 过程中 应尽量避免“挤压”，尽量在“柔和”的条件下进行，以便保护污泥自有的较松散结构并 有利丁粉料与污泥的混合与扩散；(3)(3)由丁整个反应进行较慢，混合后反应仍将持续一段时间，污泥在后续的输送过图2 DIN EN 459-2中石灰检测装置图程及堆积过程中仍在进一步反应，设计中应优化工艺条件有利丁污泥的后续反应及水烝汽 的蒸发。污泥加钙处理的工艺主要有以下几个部分组成：(1)

8、(1)脱水污泥给料系统(2)(2)氧化钙计量投加系统，(3)(3)混合反应系统(4)(4)处理后污泥出料输送系统(5)(5)蒸发气体净化系统(主要是针对加钙量较高的应用场合)在加钙量较高时，会有明显的氨气蒸发，需要实施废气净化单元。值得说明的是，在很多情况下也可以向污泥中混入多种物料， 如当处理污泥后进行填 埋时，可在污泥中添加飞灰和少量水泥，达到节省氧化钙和增加强度的效果。5.5.石灰处理的工程应用小红门污水处理厂是北京市第二大污水处理厂，规划总体规模为9090 万立方米/ /日，其中一期处理规模为 6060 万立方米/ /日、占地 49.0949.09 公顷。该污水处理厂日产脱水污泥约 4

9、00400 吨/天，选用石灰干化工艺进行杀菌无害化、半干化处理，处理后的污泥达到卫生学指标，含水率降至 60%60%以下，改善了污泥的运输条件和避免了二次污染，为污泥的进一步资源 化利用打下了基础。该项目丁 2012010 0年 2 2 月份进入试运行。5.15.1 工艺设计通过设计优化，处理系统紧凑地安装在原有的污泥装车棚(参见图4),4),混合反应器采用国际先进成熟的机械驱动流化床工艺技术(参见图5)5)。工艺流程图见图 3:3:3泥置污装原送新增螺旋取泥装置图3工艺流程图混合反I应器自控系统中控系统-一皮带输送出一一骑车-H泥装置I图 4 4 北京小红门污水处理厂污泥石灰处理图 5 5

10、污泥石灰混合反应器5.25.2 运行优化的初步经验为优化运行，调试过程中对污泥和石灰进行了计量实验研究卫生学指标：湿污泥仍然还有大量微生物和细菌。污泥处理处置近来得到重视，但污泥的卫生学意义上的无害化讨论较少。石灰处理可以有效地杀菌，保证了后续储存、运输上的卫生学要 求。美国19931993 年 2 2 月颁布的 EPA40CFREPA40CFR（503503）S S 案，通过建立致病微生物和带菌体数量确 定了污泥稳定性的标准。标准中指出，符合垃圾填埋场要求的产物可用做覆盖物，它既可以是 A A 类（PFRPPFRP），还可以是 B B 类（PSRPPSRP）产物3。表 1 1 为不同石灰投加

11、量下的杀菌效果。结果显示，优化的运行条件下，少量的石灰投 加量（如5%5%）就可以满足杀菌的要求。表 1:1:不同石灰投加量下大肠杆菌测试数据禅品号检刑项目PN/1（X）（酬240005C030WaO顽WaO顽脱水污泥对石灰干化工艺的影响:在脱水污泥不需要进一步处理时，人们常常忽视机械脱水率。其实无论采用任何工艺 处理脱水污泥（如焚烧、干化、堆肥、石灰处理），湿污泥的含水率都严重影响处理效果 及处理费用。图 6 6为不同湿污泥含水率对石灰投加量以及处理后物料含水率的影响。可见达到相同物料的含水率，湿污泥含水率的增加可导致石灰投加量的显著增加。图6湿污泥含水率对石灰投加量的影响堆置时间对成品含水

12、率的影响：鉴丁 CaOCaO 与污泥的反应不同丁与水的反应，污泥、石灰在从反应器出来后还有较长 的后续反应，德国 ATVATV 推荐处理后的污泥至少堆积 2424 小时4。图7堆置一天后污泥含水率变化5 50 0 5 5 0 06 66 6 5 5 5 5率水含口出备设102030石灰投加比%405070 - -尊1茁宥泥含水85 8%）2#亏泥（含水77.6%）6.6.污泥石灰干化后再利用污泥经石灰处理后，污泥进行了彻底全面的杀菌消蠹， 达到再利用的卫生学指标，在 升温和pHpH 值的介质中，使污泥中的有机物和重金届能有效的无机化和固化，富含大量氢 氧化钙、硅酸盐、碳酸钙等无机矿物质，污泥石

13、灰干化处理后几种利用方式：1.1. 空心冷压砖(免烧砖)空心冷压砖是由黏土、粘结剂和粉煤灰混合压制而成，污泥经石灰干化处理后富含多 种硅酸盐、碳酸盐等矿物质，成分与空心冷压砖原材料中的黏土、粘结剂相似，可以替代 部分原材料做空心冷压砖。2.2. 路基材料污泥经石灰干化处理后，首先得到改性同时可利用的无机成分大量增加，结构与“三合土”相似，可作为道路的基础垫层，从而得到大量利用。3.3. 废旧矿山修复污泥经石灰处理后，实现无害化、稳定化，施用丁废旧矿山修复，变废为宝。除上诉三种方式外，污泥石灰干化改性后还可以作为酸性土壤调理剂、建筑砌砖、发 泡混凝土和水泥烧制等的部分原材料加以利用。7.7.小结污泥石灰处理是欧洲北美最早应用的脱水污泥进一步处理工艺，主要目的是满足污泥运输、处置过程中的卫生学要求，为污泥的再利用资源化打下基础。应用实践显示，该技术路线投资省、 运行费用低，处理后可以达到无害化、稳定化及 半干化的效果，处理后污泥得到改性，易丁储存和运输，为污泥的进一步处置和利用提供 了多种选择，不失为一种适合目前国情的处理路线。参考文献：1张健.污泥处理过程中的物质与能量流分析J.给水排水，2008, 34增刊：54-582,S. Hogewon