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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 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热重实验分析探讨了污泥石灰干化过程有机物的。此外，通过小试和生产试验研究表明，干化污泥含水率由80%可降为40%左右；有机物含量由75%可降为14%左右。 关键词：污泥；石灰干化；热重实验分析；机理；应用 2009年，全国城镇建成污水处理厂199座，(以含水率80%计) “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[]。如此大的污泥，。 目前，国内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。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[]，其高成本限制其只在经济发达及污泥量较小情况下。目前污泥干化应用较多，处理成本一般超过220元/吨，成本较高而且存在安全而污泥石灰干化技术具有安全性高、投资少、干化后产品可用于资源化利用的优点，处理为100~150 元/吨，不仅可以有效解决污泥出路问题，更能。 1 污泥石灰干化技术 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，有机物分解，便进行后续处置。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[]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[]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；石灰稳定污泥可一种潜在的廉价垃圾填埋场覆盖土。 张水英等[]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。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。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.1 Flow chart of lime sludge drying process 2 污泥石灰干化作用机理 2.1 CaO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，污泥稳定化。干化后的污泥产品可以替代水泥原料，实现污泥资源化，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： CaO+ H2O = Ca(OH)2 + 热量 标准生成热kcal/mol） 151.9 68.32 235.80 因此，该放热反应的标准生成热为：235.80-151.9-68.32=15.58 kcal/mol(1.168×103 kJ/kgCaO)，相当于1kgCaO参与反应产生1.168×103 kJ的热量。 沙石的比热容为0.92×103J/(kg·K)，干泥土的比热容为0.84×103J/(kg·K)，所以设定污泥干物质的比热容为0.9×103J/(kg·K)，水的比热容为4.2×103J/(kg·K)。所以，污泥（含水率65%）的比热容为：4.2×103×0.65 + 0.9×103×0.35 = 3.045kJ/(kg·K) 当石灰投配比为20%时，污泥与石灰混合可升高的温度为：(1.168×103 /3.045)×0.2=76.6K，即可升高76.6℃，若混合物原温度为25℃，则该反应系统可达到101.6℃。 生石灰中有效成分为CaO，除此之外还含有Mg、Si