污泥石灰干化作用机理及应用研究

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1、污泥石灰干化作用机理及应用研究曹秀芹1，杨华1，甘一萍2，胡俊2，张辉2，梁远2(1：北京建筑工程学院城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室，北京100044；2：北京市城市排水集团，北京100022)摘要：污泥石灰干化技术具有脱水效果好、投资少、干化后污泥可资源化利用等优点。但污泥成分复杂，污泥石灰干化过程中伴随有大量复杂的化学反应。本研究通过热重实验分析着重探讨了污泥石灰干化过程有机物的转化机理。此外，通过小试和生产试验研究表明，石灰干化后污泥含水率由80%可降为40%左右；有机物含量由75%可降为14%左右。干化后污

2、泥有用作水泥替代原料、铺路材料和垃圾填埋覆盖土等多种形式的资源化利用途径。关键词：污泥；石灰干化；热重实验分析；机理；应用根据相关研究报道，2009年，全国城镇已建成污水处理厂1992座，产生的污泥量为2005万t(以含水率80%计)[1]。“十二五”期间我国将完成每年新增污水集中处理能力1500万m3/d，以新增污水量运行负荷率为75%和污泥占污水质量比例为0.6‰计算，“十二五”期间污泥年产量将以246万m3/年的速度递增[2]。毫无疑问，如何妥善处理处置如此大量的污泥，是我国污水处理厂设计和运行中亟待解决的问题。目前，国内

3、外污泥处理与处置技术遵循“四化”原则——减量化、稳定化、无害化和资源化。常见的污泥处理工艺包括污泥浓缩、稳定、脱水和最终处置四个过程。污泥处置的方式主要有：卫生填埋、投海、焚烧等。其中污泥的投海处置已被禁止；污泥填埋也受到场地的限制；焚烧是最为彻底的污泥处置技术，处理费用一般超过400-500元/吨[3]，其高成本限制其只在经济发达及污泥量较小情况下采用。目前实际工程中污泥干化技术应用较多，主要以热干化和石灰干化为主。以热干化为例，处理成本一般超过220元/吨，成本仍然较高而且存在安全运行管理的问题；而污泥石灰干化技术具有安全性

4、高、投资少、干化后产品可用于资源化利用的优点，处理成本为100~150元/吨，不仅可以有效解决污泥出路问题，更能进一步展开干化后污泥资源化利用，因而具有重要的现实意义。1污泥石灰干化技术国内外研究现状污泥石灰干化技术是以生石灰作为添加剂，利用生石灰与水作用生成碱及放热原理，降低污泥含水率，并促进污泥中的有机物分解，便于干化后污泥进行后续处置。该技术具有脱水效果好、安全性高、投资少、运行管理简便、干化后产品可用于资源化利用的优点。Krach等[4]进行了石灰稳定污泥臭味气体控制试验研究。研究表明，更长的混合时间和适当的石灰添加量能

5、有效地减少臭味气体的刺激性；臭味气体的产生和污泥pH有明显关系；延长混合时间能够得到更好的混合质量和维持更高pH。Rhew等[5]研究了石灰稳定污泥作为垃圾填埋场覆盖土的影响。研究表明，石灰稳定污泥作为垃圾填埋场覆盖土不会增加渗滤液中NH3-N、PO4-P、Cd、Cr、Fe、Ni、Pb或Zn的浓度，而Cu的浓度有微量的增加；石灰稳定污泥可以作为一种潜在的廉价垃圾填埋场覆盖土。张水英等[6]研究了污泥石灰稳定干化工艺在城市污水处理厂的应用，研究表明：石灰稳定干化后，污泥含水率迅速降低到40%，污泥堆置8d后，含水率降低到5%；干化

6、污泥有机物含量由45.58%降低到8.27%；堆置5d后，大肠杆菌和粪大肠杆菌未检出。目前，污泥石灰干化技术在北京方庄污水处理厂、北京小红门污水处理厂、上海嘉定污水处理厂等均有所应用。虽然该技术具有脱水效果好、安全性高、投资少、干化后污泥可资源化利用等优点，但目前其作用机理以及干化后污泥的出路仍有待进一步探讨。本研究主要针对上述问题，探索污泥石灰干化作用机理以及干化后污泥资源化利用途径。污泥石灰干化技术工艺流程图如图1所示：图1污泥石灰干化技术工艺流程图Fig.1Flowchartoflimesludgedryingproces

7、s2污泥石灰干化作用机理2.1CaO等与水及有机物反应分析石灰干化技术是新开发出的一种运用添加剂对污水处理厂污泥进行干燥化、稳定化和资源化处理的新工艺。采用生石灰发热剂，通过污泥高效干燥系统对有机污泥进行干燥、脱水、改性后，达到污泥稳定化的目的。干化后的污泥产品可以部分替代水泥原料作建材或铺路材料等，在实现污泥资源化的同时，解决污泥处理过程中二次污染问题。①污泥石灰干化水合反应分析污泥进行石灰干化过程中主要发生以下水合反应，该反应热量如下：CaO+H2O=Ca(OH)2+热量标准生成热（kcal/mol）151.968.3223

8、5.80因此，该放热反应的标准生成热为：235.80-151.9-68.32=15.58kcal/mol(1.168×103kJ/kgCaO)，相当于1kgCaO参与反应产生1.168×103kJ的热量。沙石的比热容为0.92×103J/(kg·K)，干泥土的比