10-生化污泥石灰稳定处理和应用评价-叶舜涛

生化污泥石灰稳定处理和应用评价叶舜涛（上海大众公用集团公司.环境事业部 200235 ）摘要介绍了生化污泥利用石灰进行稳定处理的原理、特点、工艺流程以及技术要点，产物性状。

与其它典型处理方法作了综合比较，探讨了该方法在当前新颁技术政策和应用环境下的地位、经处理后的污泥处置与资源化利用的方向及需要解决的问题。

关键词生化污泥减量稳定石灰处理上世纪80年代以来，随着经济的发展和经济实力的增强、人们的环境意识的提高，我国污水的产量和处理率也日渐提高。

污水处理的产物——剩余污泥的产量到2009年全国已达到每年400余万吨干重的规模，其中经完善稳定化的不到10%，未来20年还会有大幅度的增长，有预测在2020年可能会达到3000千万干吨/年。

传统上外运填埋或农用的方式几乎是不二的选择，并且由于管理上的不完善，其实际去向也未被追究。

但是近十年来，城镇规模的不断扩张，使土地资源日益宝贵，污泥的品质又令人嫌恶，使填埋的去向越来越难有着落；污泥中含有的重金属等有害物以及运输经济性、需求的季节性等问题，使其在农用方面也难有出路，对于这些污泥的处理处置已成为社会普遍困扰的问题。

在污水处理和环保领域里，矛盾的重点已由对水的处理转移到对污泥的处理和处置方面。

于是探寻对污泥经济有效的处理，以达到无害化、减量化、稳定化以及综合利用而因地置宜地处置，已成为当前业内研究的热点。

消化、堆肥、制砖、烧水泥、干化、焚烧发电等已有规模应用，热解、碳化、甚至培育蚯蚓饲料等新的技术也在引进或试验探索。

国家和各地也在近年出台了一系列关于污泥的政策法规、技术指南与标准等等，在新一轮的环保行动计划中列出了相应的任务；许多行业和企业也企图在其中找到商机、获得市场份额和定位。

究竟采用什么方法来处理污泥？这取决于处理后的污泥处置去向，而这又涉及土地规划、行业协调、财政平衡等方面。

所以我国相关文件已明确地方人民政府是污泥处理处置设施规划和建设的责任主体。

石灰稳定处理污泥已有200年的历史，但起初技术与设备比较粗放，至今仍有生命力是因在环境问题突出后，上世纪六十年代开始欧洲进行了深入研究，瑞典、德国等取得多项专利。

如瑞典的污泥排海，于上世纪70年代也多被石灰处理替代。

对于我国目前的国情，石灰稳定法也占有它的地位：2009年我国建设部、环保部、科技部联合发布的《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策》中，被列为鼓励的技术路线之一；在2010年建设部、发改委联合发布的《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南》中又被列为处理的单元技术之一。

一．石灰稳定的机理这里所述石灰稳定是指对已经脱水到含水率80%左右的污泥进行稳定化处理，不同于为作深度脱水而对含水率为95%的浓缩污泥加石灰进行的调理。

后者主要是降低水份，实现减量但并不完全稳定。

石灰使污泥稳定的基础是CaO的水化反应：CaO + H2O→Ca(OH)2 + 63kj该反应可使脱水后的污泥达到PH在12以上，温度50—70o C,其具体数值视泥饼含水率和石灰投加量而定，理论计算的关系见图1。

在这个条件下反应0.5小时以上，可达到以下效果：1．高PH使细胞膜破坏，杀死微生物并阻止苍蝇等带菌生物靠近和孳生幼虫，高PH可长时间保持2．温度的升高提供了巴斯德杀菌效应。

3．由于增加了新的无机固体成分Ca(OH)2，其分子中又结合了水份，加上反应热的蒸发作用，使反应后的污泥含水率显著地降低(理论上每1kgCaO可化合并蒸发水份0.75kg，形成固体物重1.32kg)。

4．碱性环境下沉淀部分金属离子并因干固体基数增加稀释其浓度，钝化重金属，降低了其危害性。

5．与磷化合，使其稳定不易释放。

6．产生NH3气，成为生物杀灭剂。

7．与硫基物反应，去除臭气。

升高PH至12以上，并维持72小时；其间温度52o C维持12小时以上的污泥，被美国环保署EPA503条款（污水污泥利用与处置标准）列为A级污泥，从卫生学的角度对于循环利用几乎没有任何限制。

升高PH至12以上，并维持30分钟的污泥，被列为B级污泥，可在受限条件下利用。

在实际应用中，除了投加石灰外还往往投加其它辅料以增强效果，这些辅料有的含N，增加NH3气体的产生，强化杀菌且有利土地利用；有的为强酸的铁盐和铝盐，提高反应温度同时使固体无机成份的比例更适合于建材利用；一般都为酸性，除了增加放热外还能适度调节PH，共同的作用都是减少石灰加量，节约费用。

二．石灰稳定处理工艺流程及设备某工程的石灰稳定处理工艺流程见图2。

磨细生石灰由密闭槽罐车运到现场，经气力输送进入石灰料仓1，石灰料仓顶部有旋风分离装置以净化排放的空气，底部设有振动卸料器将石灰粉送入计量螺旋输送器2，计量螺旋根据设定的频率定量供出石灰粉到混合搅拌器4，与经脱水的污泥和从辅料供料装置3供出的辅料混合搅匀，供给污泥柱塞泵5，混合物被加压通过管道进入反应器6，经过1小时以上反应后进入污泥贮仓7。

反应器外壳设有保温层，污泥泵出口及反应器沿程均设有温度计，现场操作即根据温度直观地进行控制。

污泥料仓为平底，底部有滑架装置往复运动可以可靠地进行卸料。

经石灰反应生成的氨、水蒸气等气体被吸入喷淋装置8经淋洗净化后排放，喷淋液循环使用。

以上工艺流程的描述是基于2007年进口的设备与技术，其特点是石灰投加量较少、使用无运动部件的静态反应器，整个系统密闭，现场不外泄臭气和粉尘。

柱塞泵和卸料滑架均由液压站提供动力，工作平稳、力量大、不阻塞。

近年国产系统亦已有成功业绩，但大多为螺旋输送、犁式混合反应、有的未保证足够的卫生学指标所需要的反应时间；也有的被列为污泥处理处置的关注案例、有的被列入我国鼓励发展的重大环保科技装备目录。

另有变种的工艺，例如美国爱森公司的称为“污泥生化环保制肥技术”投加石灰的同时投加粉煤灰等工业废料（起类似活性炭的作用），反应后再进行熟化处理，并添加氮磷钾等提高肥份，作为营养土。

报道称甚至用于碱性土质也无显著影响。

国内还有企业近来开发出可对经石灰处理后的污泥进行二次脱水的带式脱水机，在布泥方式、压辊的刚度等方面作了适应性改造，二次脱水后的污泥出机可达到含水率﹤60%，可以缩短后续干化的时间。

用于二次脱水的滤带总宽约为一次脱水滤带总宽的35%。

三．石灰稳定处理的技术要点为提高稳定效果、减少石灰用量、改善环境条件，以下要点应在系统中予以贯彻：1．使用高活性高纯度（90%）的生石灰粉末，配套随污泥来料量和含水率变化按比例准确计量的石灰投加器。

2．使物料能在尽量微观（1mm）的量级下快速(1分钟)、充分、均匀的混合。

3．配合投加辅助材料（如增加NH3的产生，强化杀菌），提高稳定效果，以减少石灰量。

4．全系统尽可能密封，防止粉尘、水汽、臭味的逸出，5．满足卫生学指标所需要的温度（如﹥520 C）与时间（如30分钟），密封与加保温层有助于这些条件的达到。

这时石灰的投加量至少应为10%（污泥含水率80%时）6．应收集反应气体进行除臭处理，一般水喷淋可以满足。

7．创造堆放晾干的条件，可以以低廉的成本进一步降低产物的水份。

四．处理后的污泥性状经石灰处理的污泥可以实现稳定、无臭、无害和减量，其性状随不同的投加量而有所不同。

对含水80%的污泥投加量一般为5~15%，视需要达到的干度和卫生化程度而定。

由于石灰的强碱性对微生物的杀灭破壁作用，刚出机的污泥含水率降低，但流动性较大，有较好的渗沥性，在自然堆放或机械力挤压下能大幅度地分离出水份，2天内可分离去30~50%，使含水率为60%以下，石灰加入量越大分离率越高；以后的时间主要是自然蒸发，减水的速率大大缓慢，平均每天约减少出机后总水量的1%。

从脱水的经济性来说，石灰的加量为10%较合理，当大于10%后，水份渗沥分离的绝对量增加趋缓，主要由于固体投入量的加大，“稀释”了水份，使相对值含水率下降。

但加大投加量可以加快初期渗沥的速度。

如投加石灰15%，2天后含水率降为45%左右；投加量25%时，泥温可达80ºC，“稀释”、蒸发和渗沥都得到加强，出机数小时含水率就可降为30%以下了。

从卫生学的角度，投加量2%即可使PH﹥12；加量5%可达到基本杀菌，但略感臭味；投加12~15%（视泥的基础温度）可达到温度52ºC，如保持12小时，则满足了美国EPA503的A级污泥标准，即从卫生学的角度可以不加限制地利用了。

但一般投加10%即可满足EPA503的B级标准，已无臭味，也不招蚊蝇，分析无细菌检出。

除Ca外，其它成份随石灰的投量而减少。

如在10%投加量时，分析显示：重金属单重含量下降50%左右、N+P+K养分总量下降35%（其中N因为强化杀菌产NH3，辅助料的使用而下降较少）、有机质下降近60%、发芽指数由55%降为16%、干基高位热值降为5 . 87mj / kg。

五．综合评价污泥处理的目标是减量化、稳定化、无害化。

要想作为资源利用是一种向往，与现实有较大距离，普遍“化”不了，还不能作为必须达到的目标。

石灰处理是能够达到前述三个化的目标的，与其它处理方法比较各有不同的优势。

减量化的程度，干化焚烧是最高的。

石灰处理和好氧发酵（堆肥）处于相当水平，一般可达35%（好氧发酵因不同工艺、不同的菌种和秸秆类辅料的投加比例不同有较大的变化辐度为15~40%）。

比化学法调理后深度脱水（42%）差，但产物的含水率却低些（因为投的固体量较大），消化+半干化为50%，干化焚烧为95%，但必竟经济投入要大得多。

稳定化程度，焚烧是最彻底的。

石灰法、好氧发酵、消化+干化都是较好的相当水平，深度脱水则尚有差距。

无害化程度，石灰法与化学调理后的深度脱水的产物都有较强碱性，但对环境和卫生是安全的、处理过程中对环境的影响也较小。

好氧发酵与干化+焚烧都需要配套较多环保措施，往往选址都困难。

资源利用的可能性方面，石灰污泥的有机物和肥份有大幅度的下降、且PH值较高，土地利用受到限制，对酸性土壤地区有一定价值。

但强度高、无机物含量较大，作建材方面有相对优势。

热值低，已无作辅助燃料的价值，但其高碱性可作为焚烧设备的脱硫剂。

占用土地方面，石灰法有突出优点。

其处理时间短，与深度脱水相当，1小时左右即可完成。

而发酵与厌氧消化一般需要20天以上，所需面积为其8~20倍。

经济性方面，石灰稳定的建设投资是最低的，仅为其它方法的1/4~1/7。

运行成本也是最低的，其它方法为其1. 2~2. 5倍，因此总成本也是最低的，折算到含水80%状态的污泥，每吨为近90元，其它方法为其1. 3~3倍。

这里所比较的是厂内费用，出厂后的运输和处置费各厂差距甚大，如上海石洞口污水厂的处置地距离甚远，导至焚烧方案因能最大幅度减量，能节省运输费与处置费而被最终确定。

根据我国的污泥防治技术政策，污泥处理处置的原则是“处置决定处理，处理满足处置”。