污泥加钙固化处理工艺 当前位置:首页污泥处理处置技术与设备
 

1、背景

    随着我国污水处理厂的逐步增多与污水处理技术的发展,污水在处理过程中产生的污泥也在逐步增多,目前,很多污水厂仍然将污泥随意外运,简单填埋或堆放,这些废弃物有机物含量和含水率都很高,容易腐烂发臭,给环境造成了破坏。

    污泥处理处置有很多途径,如堆肥、焚烧等。本文介绍通过加钙实现污泥干化、固化及杀菌的原理与方法。

2 、污泥加钙干化固化杀菌的基本原理

    将污泥与细石灰均匀混合,石灰与污泥中所含的水分发生如下反应:

    1kgCaO+0.32kgH2O->1.32kgCa(OH)2+1177kJ

    根据这一反应,每投加1公斤的氧化钙有0.32的水被结合成为氢氧化钙,反应所生成的热可蒸发约0.5公斤的水。

    生石灰与水反应生产氢氧化钙后,会继续与污泥中的其他物质发生进一步的反应,如生成物氢氧化钙与CO2的反应:

    1.32kgCa(OH)2+0.78kgCO2=1.78kgCaCO3+0.32kgH2O+2212kJ

    这一反应会进一步增加固体物的总量、发热蒸发一部分水,进而增加处理后污泥的含固量。

    CaO、氢氧化钙还可以与定形硅酸(SiO2)或者氧化铝(Al2O3)发生反应。

    以上这些主要化学反应产生如下效果:

    (1)由于碱性物质Ca(OH)2的作用致使污泥中的pH值增高,

    (2)由于反应放热导致污泥温度升高,

    (3)反应生成物中结合了游离水,同时由于放热反应,一部分游离的水被蒸发。

    最终结果是:

    (1)进一步脱水,由含水率80%-85%脱水到20%-65%(依生石灰投加量而定)

    (2)杀菌,温度和pH的升高可以起到杀菌的作用,从而保证在利用或处置过程中的卫生安全性;

    (3)钝化重金属离子,投加一定量的氧化钙使污泥成碱性,可以结合污泥中的部分金属离子形成无害的化合物达到钝化重金属离子的效果。

    (4)改性、颗粒化,从而改善储存和运输条件,避免二次飞灰、渗滤液泄漏;

    (5)半干化、固化,从而显著降低含水率,便于不同的再利用或者填埋。

    由于水分被蒸发,所以,虽然向系统添加了石灰,但最终结果系统的总量增加并不显著。

3、 污泥加钙干化固化杀菌后的利用与处置

3.1 概述

    图1汇总污泥加钙处理后的各种处置和利用途径。对于不同的处置和利用途径,简述如下。

 

图1:污泥加钙处理后的处置和利用途径

3.2 农业、绿化、林业和土地修复

    对于重金属含量较低的污泥,加钙消毒后的污泥(也可同时混入一定量的结构性物质,如:秸杆、稻草、木屑等),用于农业、绿化、林业或土地修复。这一方法西欧、北美也有较多应用。

3.3 卫生填埋

    污水处理厂中从压滤机污泥含水率大约是80%左右,通常含有大量的微生物与细菌,且污泥体积大且性质极不稳定,如直接用于卫生填埋是不符合要求的,遇到了潮湿及雨季污泥极有可能发生大规模膨胀且产生大量有害渗漏液体严重污染环境。

    经过加钙固化处理后,污泥含水率可以降到60%以下,生石灰与水的放热反应杀死了大部分的微生物与细菌,钝化了大部分的重金属离子,处理以后的污泥呈颗粒状且性质极稳定,污泥体积规则也便于运输,节约大量中间成本。

3.4 焚烧

    污泥焚烧前进行二级加钙处理,可以使污泥含水率可以降到60%以下,可以在加钙混合的同时加入部分可燃性的生活垃圾增加燃烧热值,使待处理的污泥有较高的(电厂常规燃料/污泥)比值,节约大量的焚烧与运输成本。同时,污泥中含碱性钙,有益于烟气的脱硫处理。

3.5 污泥二级加钙处理应用于建材利用

    黏土资源的大量开采,已严重影响到农田生产与水土保护环境。因此,若能利用污泥中所含的灰分替代黏土生产建筑材料,不仅变废为宝,解决污泥的污染问题,并为污泥资源合理利用,还可缓解建材工业与农业争土的矛盾。经加钙干化处理后的污泥,脱除水分,稳定化造粒后,可通过烧结制造成污泥砖、地砖、做混凝土的填料,代替部分水泥;或作为水泥生产的原料的替代。

4、关键技术与工艺

    污泥加钙处理后的工艺关键是污泥与石灰的有效混合,如何实现低廉的运行成本(即低电耗、低消耗CaO)以及良好的污泥物理形态是混合技术的关键。传统的机械搅拌混合技术无法满足这一要求。

    较为原始的处理装置是在蜗杆输送机中加入钙粉,物料主要只经过推送过程,所以混合不均匀(耗钙粉多、混合不均匀,效果差)同时难以实现污泥性状的改善。

    污泥一般为粘稠、致密的物料,现代污泥混合设备采用机械驱动流化床工艺,通过犁形铲的翻抛作用将污泥打散,并在疏松的状态下与氧化钙充分混合。

    图2为用于污泥混合的Loedige罗迪格机械驱动流化床混合反应器的示意图。

 

 

图2Loedige罗迪格用于污泥处理的机械驱动流化床反应器

    污泥加钙处理的工艺主要有以下几个部分组成(参见图3):

    (1)氧化钙计量投加系统,

    (2)混合反应系统

    (3)污泥输送系统

    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,可以污泥中添加飞灰和少量水泥,达到节省成本和增加硬度、造粒的效果。

 

 

图3:工艺基本组成

5、工程应用

    脱水污泥加钙在西欧和北美有很长的历史,是至今在污泥处理处置中仍然采用的一个方法,如美国华盛顿污水处理厂每天1000多吨(2005年数据)的污泥经过加钙消毒后用于农业、林业和土地修复。以下介绍德国一个污泥加钙定向处理的实例。

5.1 处理目的

    系统设计和实施中为了适应污泥处理处置的灵活性,考虑了将来不同的应用模式,分别为

    (1)污泥加钙处理作为杀菌,然后农用

    (2)作为半干化用于异地焚烧

    (3)作为固化以便填埋

5.2 工艺

    工艺主要包括:

    (1)向机械作用的流化床混合反应器中加入石灰

    (2)机械类型:Loedige高效混合器

    (3)石灰:细生石灰,CaO含量>90%

    (4)混合器进口污泥含固率:约23%

    (5)混合器出口污泥含固率:可在23-X%之间自由选择

    (6)污泥结构:可根据用途调整

5.3 处理装置

    存放在料仓中的石灰由传送螺杆输送至中间储料罐,该储料罐与石灰计量加料装置配套。计量加料装置配置的中间料罐有两个功能:形成稳定的石灰料柱确保石灰持续输送入加料装置内,系统一旦启动时立刻可以提供石灰。

    计量加料装置将石灰投加入Loedige罗迪格污泥混合反应器(参见图4)。

 

 

图4、配备石灰加料系统的Lödige混合器

5.4 污泥的中间储存

    鉴于污泥加钙后有一个进一步的反应过程,所以加钙处理后的污泥应再进行一定时间的堆放。

 表1:加钙处理后污泥温度、pH值及含固量变化

编号

石灰与污泥的重量比

温度

在相应时间后的含固率

pH值

30分钟后

50小时

一周

1

2%

28℃

30.80%

33.10%

12.5

2

4.60%

30℃

35.90%

38.00%

12.6

3

6.90%

43℃

39.20%

41.40%

12.6

4

9%

45℃

48.10%

未测

12.6

5

11%

58℃

51.70%

未测

12.6

6

14.4

59℃

54.80%

未测

12.6

 

6、小结

    随着我国对城市污水处理力度的增加,污泥的产生已经成为一个急待解决的问题。对脱水污泥进行加钙处理可以达到半干化、固化和杀菌的作用。在应用于农业、林业、卫生填埋、焚烧、建材利用等最终处置方式之前,有稳定处理效果、减少环境污染、减少处理成本等效果,是污泥处理中一个有效的处理方法。

    污泥加钙处理的关键在于高效、低能耗的混合反应。通过合理的工艺组合及优化,可以在很少量的氧化钙消耗下实现污泥消毒杀菌及污泥改性,便于储存与运输,通过适当增加加钙量,可以灵活的实现多种处置和利用途径的预处理,达到半干化和固化的效果。