污泥加鈣干化處理技術(shù)應(yīng)用與評(píng)價(jià)0371-64608288

1970-01-01 08:00:00    來源：    點(diǎn)擊：758    喜歡：0

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2009年全國投運(yùn)城鎮(zhèn)污水處理廠1992座，處理污水量280億立方米，產(chǎn)生含水率80%左右的污泥2005萬噸。 隨著在建的2000多座污水處理廠陸續(xù)投入運(yùn)行，全國年污泥總產(chǎn)生量將很快突破3000萬噸^[1]。數(shù)量巨大的脫水污泥如未經(jīng)恰當(dāng)處理處置進(jìn)入環(huán)境后，會(huì)直接給水體和大氣帶來二次污染，不但降低了污水處理系統(tǒng)的有效處理能力，而且對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類的活動(dòng)構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。

1 我國污泥處理處置現(xiàn)狀分析

根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，由于受認(rèn)識(shí)、資金、技術(shù)和政策等因素的影響，我國的污泥處理處置情況并不理想。城鎮(zhèn)污水處理廠的建設(shè)往往只注意污水處理要達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，而對(duì)污泥處理和處置，設(shè)計(jì)中一般只提將脫水污泥外運(yùn)和綜合利用，污泥處理處置單元較為簡化甚至沒有考慮，產(chǎn)生的污泥隨意堆放或去向不明，這勢(shì)必會(huì)造成二次污染，造成了較大的安全隱患。

1.1污泥處理現(xiàn)存問題

鑒于以上原因，城鎮(zhèn)污水處理廠產(chǎn)生的大量脫水污泥存在著以下問題：

①脫水污泥含水率較高。市政污水處理廠脫水污泥含水率一般約為80~85%，其體積較大，填埋過程大量占用有限的土地資源造成浪費(fèi)，無形中消減了填埋場(chǎng)的庫容，縮短填埋場(chǎng)的使用壽命?！冻擎?zhèn)污水處理廠污泥處置 混合填埋泥質(zhì)》（CJ/T249-2007）要求污泥進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)填埋處理時(shí)，污泥含水率要小于60%；作為垃圾填埋場(chǎng)覆蓋土?xí)r，含水率要小于45%。同時(shí)，含水率較高的污泥會(huì)阻塞填埋場(chǎng)的滲濾液及沼氣收集管道，造成滲濾液及沼氣無法正常排除，造成填埋層凹凸不平，甚至?xí)斐杀ǖ奈ｋU(xiǎn)。

②脫水污泥抗剪及承壓能力較差，不能滿足填埋要求。含水率80%左右脫水污泥仍具有良好的流動(dòng)性，無法承受填埋設(shè)備在其上面行走，造成設(shè)備深陷泥中，影響填埋場(chǎng)正常運(yùn)行。這也是許多垃圾填埋場(chǎng)不愿接收脫水污泥的主要原因之一。我國《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 混合填埋泥質(zhì)》（CJ/T249-2007）規(guī)定作為垃圾覆蓋土的污泥其橫向抗剪要大于25KN/m²；國外相關(guān)規(guī)定更加嚴(yán)格。

③脫水污泥未經(jīng)過衛(wèi)生處理，泥中含有大量的微生物，特別是病原菌的存在，使得污泥成為疾病傳染源頭之一。同時(shí)，污泥在堆置過程中會(huì)發(fā)出大量臭氣，影響周邊環(huán)境。

1.2 我國污泥處理處置現(xiàn)狀

目前，我國運(yùn)營的以及在建的城市污水處理廠中，污泥處理處置以衛(wèi)生填埋為主流方式，在所有的污水處理廠污泥處置方式中所占的比例達(dá)到63.3%，而堆肥處置工藝占14.6%，建材利用只占2.3%，個(gè)別污水處理廠采用焚燒、排海及自然干化處理^[2]。污泥處置工藝分析如下圖所示。

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圖1 我國運(yùn)營及在建城市污水處理廠污泥處理處置工藝

2 污泥加鈣干化技術(shù)原理

我國污泥處理處置的基本方針是 “減量化”、“穩(wěn)定化”、“無害化”、“資源化”，而現(xiàn)有大部分污水處理廠污泥處置工程建設(shè)滯后，基本不能滿足污泥處理處置的衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)，造成污泥污染環(huán)境狀況較普遍。因此，污泥的無害化處理已成為當(dāng)務(wù)之急。污泥加鈣干化技術(shù)即可滿足以上要求。

2.1 加鈣干化技術(shù)原理

污泥的加鈣干化是指將生石灰（CaO）與脫水污泥進(jìn)行混合，利用生石灰和水在環(huán)境溫度下的水和反應(yīng)熱，形成蒸汽，從而降低含水率的目的。另一方面，通過石灰與水反應(yīng)產(chǎn)生的熱量以及pH值的提高，對(duì)混合器中的全部污泥進(jìn)行消毒殺菌?；瘜W(xué)反應(yīng)如下：

1kg CaO+0.32kg H₂O→1.32 kg Ca(OH)₂+1177kJ

根據(jù)這一反應(yīng)，每投加1公斤的氧化鈣有0.32kg的水被結(jié)合成為氫氧化鈣，反應(yīng)所生成的熱量約相當(dāng)于蒸發(fā)約0.5公斤水所需要的熱量，即每向污泥中投加1公斤的氧化鈣就可以消耗掉約0.82kg的水，從而大大降低污泥的含水率。而后，生石灰與水反應(yīng)生成的氫氧化鈣，還會(huì)繼續(xù)與空氣中CO₂以及污泥中的其他物質(zhì)如重金屬離子、無機(jī)離子、有機(jī)酸、脂肪等發(fā)生反應(yīng)。通過以上反應(yīng)，污泥中臭味物質(zhì)得到分解。同時(shí)，由于在高溫、堿性環(huán)境下細(xì)胞壁發(fā)生破壁作用，從而將細(xì)胞內(nèi)水釋放出來，也為水份的進(jìn)一步蒸發(fā)創(chuàng)造了條件。加鈣干化的反應(yīng)過程及反應(yīng)結(jié)果如圖2所示。

同時(shí)，生石灰與水反應(yīng)后產(chǎn)生了堿性環(huán)境，可以殺死大量微生物，以及將NH⁴⁺轉(zhuǎn)化為氨氣并釋放出來。從污泥中釋放出的含NH₃氣體必須進(jìn)行處理，否則會(huì)造成二次污染。

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圖2 加鈣干化反應(yīng)過程及反應(yīng)結(jié)果

2.1 加鈣干化技術(shù)處理效果

污泥通過加鈣加鈣干化后可以得到如下結(jié)果：

①污泥含水率進(jìn)一步降低，可以從80%降低至60%以下（據(jù)生石灰投加量而定），由于石灰的加入，體積略有增加，但總質(zhì)量會(huì)下降；

②反應(yīng)熱形成的高溫和較高pH可以殺死大量病原菌，如沙門氏菌和大腸桿菌；

③改善污泥機(jī)械性能。石灰與污泥混合反應(yīng)后，污泥的細(xì)胞壁被大量破碎，促進(jìn)了污泥中非自由水向自由水轉(zhuǎn)化，有利于水分的蒸發(fā)及后續(xù)處理；伴隨著污泥含水率的降低，還可能形成污泥的顆?；?，從而改善儲(chǔ)存和運(yùn)輸條件，避免二次飛灰、滲濾液泄漏；

④鈍化部分重金屬離子。投加一定量的氧化鈣使污泥呈堿性，在特定堿性條件下，部分金屬離子會(huì)形成無害的化合物，達(dá)到鈍化重金屬離子的效果。

污泥加鈣加鈣干化技術(shù)作為污泥處理處置的強(qiáng)化預(yù)處理工藝，主要適用于進(jìn)一步降低污泥的含水率，改善衛(wèi)生性狀等情況。其可以靈活地與其他多種工藝進(jìn)行銜接，加鈣加鈣干化后的污泥可以衛(wèi)生填埋、土地利用、焚燒處理、建材利用等，其應(yīng)用范圍較廣。

3、污泥加鈣干化技術(shù)的應(yīng)用

3.1國內(nèi)外相關(guān)規(guī)定

由于污泥加鈣穩(wěn)定技術(shù)可以降低含水率和殺菌等功能，在歐美等發(fā)達(dá)國家一直被認(rèn)為是污泥處置的必要中間環(huán)節(jié)。該技術(shù)已經(jīng)發(fā)展較為成熟，且均有明確的規(guī)定：

美國聯(lián)邦政府對(duì)城市污泥的土地利用有嚴(yán)格的規(guī)定，在《有機(jī)固體廢棄物（污泥部分）處置規(guī)定》中，將污泥分為A 和B 兩大類，脫水污泥經(jīng)高溫堆肥、無菌化處理后各項(xiàng)有毒有害物質(zhì)指標(biāo)達(dá)到環(huán)境允許標(biāo)準(zhǔn)的為A類，可作肥料、園林植土、生活垃圾填埋坑覆蓋土等；經(jīng)脫水或部分脫水簡單處理的為B 類污泥，只能林業(yè)用土，不能直接用于改良糧食作物耕地。為保證污泥良好的殺菌效果，生石灰的投加量要滿足維持30min內(nèi)污泥的反應(yīng)溫度均在70℃以上，或者能夠使得污泥2小時(shí)內(nèi)的pH維持在12以上（WEF, 1998）^[3]。

歐盟則將加鈣穩(wěn)定技術(shù)視為一種預(yù)穩(wěn)定化工藝，用以維持特定的條件來防止有機(jī)物的分解與反應(yīng)（如pH和干度）。預(yù)穩(wěn)定化可以減少污泥儲(chǔ)存過程中的氣體排放、提高污泥的可處理性及進(jìn)行消毒。當(dāng)使用生石灰對(duì)脫水污泥進(jìn)行消毒處理時(shí)，應(yīng)滿足在55℃溫度下維持24小時(shí)，pH值高于12度等（參見EN12176）^[4]。

我國在加鈣加鈣干化技術(shù)方面也有較為深刻的認(rèn)識(shí)，建設(shè)部于2009年4月下發(fā)的《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理技術(shù)規(guī)程》（CJJ/131~2009），其中對(duì)污泥石灰干化處理設(shè)施要求及石灰投加量進(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)定。同時(shí)，指出石灰污泥的pH及維持時(shí)間規(guī)定應(yīng)滿足：接觸反應(yīng)2h后，pH值升高到12；在不過量投加石灰的情況下混合物的pH應(yīng)維持在11.5以上24小時(shí)。

3.2工藝種類及分析

目前常用的加鈣加鈣干化工藝主要有以下幾種：

圖3 加鈣穩(wěn)定化技術(shù)工藝

BIO*FIX工藝是由Wheelabrator凈水公司BIOGRO分公司推向市場(chǎng)的專利堿穩(wěn)定工藝。該工藝可利用同一裝置中生產(chǎn)出多用途產(chǎn)品，能有效地控制氣體揮發(fā)物和臭味，且占地面積小。但該工藝增加了質(zhì)量/體積比（相對(duì)于進(jìn)入的脫水污泥，質(zhì)量提高了15%~30%）。當(dāng)滿足美國EPA的A類標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，費(fèi)用相對(duì)較高。

N-Viro Soil工藝是使用石灰和窯灰的專利后加鈣干化工藝，該工藝質(zhì)量穩(wěn)定，可固定重金屬，且運(yùn)行費(fèi)用較低，產(chǎn)品的資源化應(yīng)用包括石灰化藥劑、垃圾填埋覆蓋物和土壤補(bǔ)充劑等。其主要缺點(diǎn)是增加了產(chǎn)品質(zhì)量/體積比，且設(shè)備較大，臭味控制費(fèi)用較高；

Chenfix工藝是使用石灰、波特蘭（Portland）水泥和溶解性硅酸鈉凝硬性化合物與污泥進(jìn)行混合反應(yīng)。該工藝可以生產(chǎn)可回收利用產(chǎn)品，但是系統(tǒng)較復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)用較高，受產(chǎn)品銷售影響較大。

RDP En-Vessel巴氏殺菌工藝由美國RDP公司開發(fā)研制，該工藝包含生石灰與脫水污泥的混合和輔助加熱混合物（通常是電加熱）兩部分。該工藝運(yùn)行穩(wěn)定，殺菌率較高，但設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用較高。

SG-MixerDrum^®污泥加鈣干化處理技術(shù)是北京中持綠色能源環(huán)境技術(shù)有限公司開發(fā)研制的，是根據(jù)生石灰與污泥中水分反應(yīng)的進(jìn)程與條件，將快速混合與慢速干燥進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，使得干化效果更佳，石灰使用量更省。

綜上所述，無論是哪種工藝，均能降低脫水污泥的含水率，大量減少有機(jī)物組份，達(dá)到了降低含水率和衛(wèi)生化的目的，同時(shí)產(chǎn)品可均適宜用于制造建材產(chǎn)品如水泥、路面磚等，也可以農(nóng)用、填埋或焚燒。

3.3工程應(yīng)用

污泥加鈣干化技術(shù)在美國、歐洲都有大量的應(yīng)用，而我國污泥加鈣干化技術(shù)還剛處于起步階段，工程應(yīng)用較少。目前已建成運(yùn)行的項(xiàng)目有北京市排水集團(tuán)方莊污水處理廠污泥石灰干化工程^[5]、小紅門污水處理廠污泥加鈣干化工程，以及河北省廊坊市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)污水處理廠污泥加鈣干化系統(tǒng)工程。以上工程對(duì)于我國污泥加鈣加鈣干化技術(shù)的應(yīng)用與推廣具有重大的示范意義。

2010年8月-12月，北京中持綠色能源環(huán)境技術(shù)有限公司采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“SG-MixerDrum^®污泥加鈣干化處理技術(shù)”為廊坊市凱發(fā)新泉污水處理廠、香河縣三強(qiáng)污水處理廠、大廠回族自治縣城區(qū)污水處理廠、固安縣城區(qū)污水處理廠、永清縣污水處理廠、文安縣城區(qū)污水處理廠等6家污水處理廠提供污泥加鈣干化設(shè)計(jì)、設(shè)備供貨與安裝、工程施工及調(diào)試等服務(wù)，為廊坊市環(huán)保模范城建設(shè)提供了有力的支持。

4 污泥加鈣干化技術(shù)評(píng)估

通過污泥加鈣干化技術(shù)在我國的實(shí)際應(yīng)用，可以在以下幾個(gè)方面進(jìn)行技術(shù)評(píng)估：

①該技術(shù)可以降低污泥含水率至60%以下，具有較強(qiáng)的殺菌能力，大大改善了污泥機(jī)械性狀，出泥滿足衛(wèi)生填埋的要求。這就為國內(nèi)大多數(shù)城鎮(zhèn)污水處理廠提供了一個(gè)在不改變現(xiàn)有污泥處理工藝及設(shè)備的前提下，只增加少量設(shè)備即可達(dá)到國家要求的衛(wèi)生填埋要求的條件，適合現(xiàn)階段國內(nèi)以填埋為主的污泥處理處置現(xiàn)狀。

②該技術(shù)運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較高?？偝杀靖鶕?jù)投加石灰量及石灰價(jià)格的不同，在90~150元/t濕泥之間，遠(yuǎn)高于衛(wèi)生填埋與污泥堆肥。但相對(duì)于焚燒、熱干化等還是有一定的優(yōu)勢(shì)。造成費(fèi)用較高的主要原因以下有兩個(gè)：a污泥加鈣干化化需要投加大量的活性生石灰（活性度一般大于290），該種石灰價(jià)格價(jià)高，且地域分布受限制；b加鈣穩(wěn)定化后的污泥需要足夠堆放時(shí)間，這就增加成品泥的堆放場(chǎng)建設(shè)，增加了成本。

③加鈣干化技術(shù)與其他污泥處理處置技術(shù)如建材利用等結(jié)合后效果更佳。根據(jù)國家水泥基材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)結(jié)果，加鈣穩(wěn)定化處理后污泥所含的化學(xué)成分及礦物組份可替代石灰原材料，用于制造建材產(chǎn)品如磚、水泥、道路施工等用途。這也需要國家及相關(guān)部門出臺(tái)相關(guān)的激勵(lì)措施，大力推進(jìn)該組合技術(shù)的發(fā)展^[6]。

④該技術(shù)只是污泥處置的強(qiáng)化預(yù)處理，應(yīng)根據(jù)污泥的最終處置確定是否選加鈣干化技術(shù)。污泥的最終處置方法決定了污泥的處理方式，如果沒有最終的去處，污泥處理只是污染的不斷轉(zhuǎn)移，而不是最終的消除。因此，我們應(yīng)該因地制宜并結(jié)合本地區(qū)的發(fā)展規(guī)劃來選取最為適宜的污泥處理處置方式，不宜盲目追求污泥處理的資源化。

⑤加鈣干化技術(shù)在重金屬鈍化方面需要注意反應(yīng)過程中的pH值。通過難溶金屬氫氧化與pH關(guān)系曲線（見圖3）可以看出，當(dāng)滿足殺菌效果所要求的pH=11.5后，多種難溶氫氧化物離子如Pb、Cr、Ni、Zn、Cu、Ag等重金屬會(huì)析出，在污泥的堆放過程中會(huì)再次滲濾出來，造成二次污染。因此，污泥加鈣干化過程中的重金屬鈍化作用需密切注意和控制污泥的pH值。

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圖4 難溶金屬氫氧化物與pH關(guān)系曲線

5干化后污泥資源化利用

污泥加鈣干化后的污泥含水率大大降低、性能得到改善，經(jīng)檢測(cè)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 混合填埋用泥質(zhì)》（GB/T23485-2009）、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 制磚泥質(zhì)》（CJ/T291－2008）、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 水泥熟料生產(chǎn)用泥質(zhì)》（CJ/T314-2009）相關(guān)要求?？梢愿鶕?jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際要求，污泥可以進(jìn)行衛(wèi)生填埋處理，并留有接口為將來進(jìn)行制磚、路基填料、水泥熟料等建材利用提供有利的條件，可作為礦山等改良劑，也可作為后續(xù)焚燒、填埋等處置的前處理。通過生產(chǎn)性試驗(yàn)可知：

干化污泥與粘土等原材料按<10%的配比混合后可生產(chǎn)合格的普通燒結(jié)磚，經(jīng)檢測(cè)抗壓強(qiáng)度符合MU15級(jí)，范霜符合優(yōu)等品，凍融試驗(yàn)合格，5h煮沸吸水率、飽和系數(shù)符合嚴(yán)重風(fēng)化區(qū)技術(shù)指標(biāo)。產(chǎn)品可做內(nèi)隔墻、護(hù)墻、稱重墻體、地下或防潮基礎(chǔ)等（含嚴(yán)寒、嚴(yán)重風(fēng)化區(qū)）。

干化污泥與原位土按<10%的配比的混合土樣，其液限、塑性、顆粒、最大干密度、最優(yōu)含水率、有機(jī)物等均滿足《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD30—2004）的要求，可作為公路路基填料進(jìn)行使用。

2004年7月，北京高碑店污水處理廠曾利用加鈣穩(wěn)定化方法處理污泥，后將其運(yùn)至北京順義水泥廠，成功燒制了3000噸水泥。這說明干化污泥經(jīng)過適當(dāng)處理，完全可以滿足建材需求。^[5]

6 工程應(yīng)用成果

通過6個(gè)工程的建設(shè)與運(yùn)行，從中可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

污泥加鈣干化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)脫水污泥的干化、無害化、穩(wěn)定化，為資源化提供有利條件；

系統(tǒng)干化效果明顯，出泥呈顆?；?，便于運(yùn)輸及貯存，資源化條件良好；

系統(tǒng)占地省，不需二次征地，可利用脫水機(jī)房旁空地進(jìn)行建設(shè)；

系統(tǒng)投資較小，噸投資遠(yuǎn)低于焚燒、熱干化，略低于堆肥；

該技術(shù)的直接運(yùn)行成本較低，電能消耗較小，直接運(yùn)行成本小于100元/t濕泥（含水率80%）；

系統(tǒng)操作簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、檢修維護(hù)量低。

7 結(jié)論與建議

①污泥加鈣穩(wěn)定處理技術(shù)非常適合我國現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置系統(tǒng)的升級(jí)改造，以滿足國家關(guān)于污泥處理處置的要求；

②加鈣穩(wěn)定處理技術(shù)要結(jié)合污泥的最終處置、因地制宜進(jìn)行選用；

③加鈣干化處理后的污泥經(jīng)檢測(cè)滿足制磚、水泥熟料等建材利用，路基填料，衛(wèi)生填埋覆蓋土等要求，但需要國家及相關(guān)行業(yè)出臺(tái)有效的激勵(lì)措施；

④可以通過調(diào)整運(yùn)行參數(shù)、降低脫水污泥含水率、投加其他添加劑來降低生石灰的使用量，以此進(jìn)一步降低直接運(yùn)行成本

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