污泥的碱法稳定技术

各种化学药剂在污泥处置中的应用已有多年，污水污泥处置通常使用的化学药剂列于图1中。其中，石灰和氯是最为广泛研究和使用的主要药剂。氯作为一种强氧化剂，可灭活和消灭致病微生物，然而，使用成本较高，安全方面也需要有足够的重视。石灰的处理效果不如氯，但优点是安全、经济和使用方便。

在污水污泥的各种稳定化技术中，碱法稳定化有助于实现污泥的资源化。在碱法稳定化应用方面，国内外的许多污水处理厂主要使用石灰和含石灰的物料来作为处理药剂，除了石灰之外，水泥窑灰（CKD）和石灰窑灰（LKD）、燃烧木材和石油燃料的飞灰（fly ash）、烟道气脱硫副产物和饮用水处理的污泥等其他物料也开始应用于污水污泥的稳定化资源化处理。

最早的石灰应用在厕所中以减少臭味，把死于疾病的动物尸体埋于生石灰中也可以减少传染的危险。

1740年左右，巴黎最先试用化学处置污水污泥，但直到1860年才有一些进展。从19世纪90年代开始，英国就在污水处理中使用石灰。实际上，污水脱臭和消毒的问题在此之前就已经进行了深入的研究。1871年英国的一份专利介绍了将一种粉末物质用于旧式厕所中，并描述了这种类似于石灰的粉末如何与粪便混合在一起，来生产农业上使用的产品。

1910年，英国有数座城市使用石灰来沉淀污水中的固体。1915年石灰的应用被积极推动。在那段时间里，主要进展是排放污水质量的提高和石灰化被证明是一种经济有效的方法。大约在生物处理被发明的70年前，石灰已经常用于处理污水了。在砂床上经石灰干化处理的污泥可减少臭味，从而使干化污泥在农业上得到了应用。

真空过滤前预石灰化污泥也成为一种可接受的去除固体的方法。在1942～1967年期间，石灰化应用研究主要集中在pH值调节效果、细菌存活温度和时间方面。1974年，Farrell等发表了石灰稳定方面的一个重要研究结果。石灰稳定的主要研究工作是在1975年和1989年之间开展的。
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1967年，瑞典的一项专利因首先深化了碱法稳定工艺而受到资助。在1978年，德国出现了类似的专利，这些专利的优越性在于它们工艺温度较低，一般58℃就能达到灭菌效果。其他欧洲碱法稳定工艺和专利也得到了发展。

在瑞典20世纪70年代早期，污泥排海就被碱法稳定工艺所取代，并生产出农业上可使用的资源化产品。其方法是把熟石灰投加到液态污泥中产生絮凝，把生石灰加入到脱水污泥中产生热量来消毒杀菌和促进干化。所得产品用袋子装上在农业生产方面进行出售。第一个比较大的污水污泥处理厂是Gothenburg-Rya，它用生石灰稳定法来代替污泥好氧或厌氧消化工艺。

甚至在18世纪，农民就知道使用粪便和生石灰来提高农作物产量的益处。美国宾罗法尼亚洲记载了在1974年第一次用生石灰来提高土地生产能力的做法。被称为美国土壤化学之父的Edmund Ruffin，1918年发表了一篇论文，称南方土地由于单一作物和不良耕作使得土地酸化而不肥沃，使用生石灰来降低土壤酸性，可提高农作物的产量。

美国东南部的马里兰州和纽约的农民也有使用生石灰及石灰化方面的实践。20世纪之前，机械设备不能将石灰石磨成我们今天在农业上使用的石灰石。20世纪之后石灰石经煅烧形成松软多孔的可直接用于土壤的材料。

由于费用低、易于获得，粉状石灰石成为在农业受到欢迎的石灰品种，然而，从1912年以来许多研究表明，任何形式的石灰在土壤处理上的使用价值只取决于它的氧化钙和氧化镁的含量。如果在土壤上使用的细微粉末含有等量的石灰氧化物，那么各品种的石灰化合物就具有同样的农作物增产价值。应用石灰石和生石灰处理土壤时，土壤中的氮和有机物含量较处理前没有显著地变化，但在生石灰用于粪便处理时差别则很明显。

“稳定的（stabilized或stable）”污泥有不同的界定，评价污泥稳定性的标准尚不统一。致病微生物含量、挥发性固体含量和臭味强度经常作为污泥稳定性的指数。消化、堆肥和碱处理是通常使用的污泥稳定化方法。美国1993年2月颁布的EPA40CFR（503）法案，通过建立致病微生物和带菌体的数量确定了污泥稳定性的标准。

碱法稳定工艺通过低温杀菌和pH值调节能达到美国EPA40CFR（503）法案规定的致病微生物方面的A类标准。在503.32（a）（4）款中详尽指明了所需时间、温度和干化的标准，例如N-ViroSoil工艺满足503.32（a）（4）款的要求，BIO*FIX工艺和RDPEn-Vessel巴氏杀菌工艺满足低温杀菌的要求。

为了达到B类（PSRP）的要求，应用碱（石灰）稳定工艺时，应把足够量的石灰加入到污水污泥中，2h接触后污水污泥pH值提高到12。另外，A类和B类碱法稳定工艺都要求达到带菌体数量减少的标准。

近年来随着工艺的改进，碱法稳定技术得到了发展，包括碱性药剂的多样性和设备性能方面的提高，这些使得终产品在许多方面得以使用。主要资源化应用有有机肥料或土壤改良剂；农用石灰化药剂；结构填充材料；垃圾填埋厂的日常使用和最后覆盖物；腐蚀控制或坡度稳定。

碱法稳定方案的选择取决于许多经济和市场因素，但其产物必须符合最终使用的要求。对各种性质的污泥，碱法稳定都是一种有效处理工艺。根据最终的使用要求，经化学处理过的污泥必须是稳定的、无害的、无传染物质的、没有臭味、在物理和化学方面适宜的。

在美国和欧洲，虽然碱法稳定工艺已经应用了许多年，但其在微生物学上的灭菌效果是有限的。虽然通过保持pH值在12以上2h，可使病毒和细菌部分失活，但还需要附加处理来灭活病原微生物，从而达到A类标准。

在设计石灰稳定化设施中，有pH值、接触时间和石灰用量3个参数必须考虑。对于具体的污泥应当进行试验后确定。

通过投加石灰的传统的碱法稳定工艺实际已经应用许多年，根据美国EPA调查的结果（1989），有250家POTWs使用石灰来稳定污水污泥。石灰稳定在中小型处理厂最受欢迎。目前新型的碱法稳定工艺得到了发展和使用。这些技术需投加碱性材料，如水泥窑灰（CKD）、石灰窑灰（LKD）、波特兰（Portland）水泥、淋洗灰（scrubber ash）、飞灰（fly ash）等，同时还需要特殊设备或处理步骤。

调整传统的碱处理工艺可生产不同物化性质的产品或根据使用目的来设计产物，同时更加符合致病微生物、带菌体减少和臭味控制的要求。通过改变工艺参数、运行方式、投碱量、混合结构、加热、风干和干化等，可增加碱法稳定工艺的多样性和机动性以满足城市污泥处理的需要。

根据碱性物料的投加位置，一般石灰稳定工艺有两种基本类型：预石灰稳定（脱水前进行石灰稳定）、后石灰稳定（脱水后进行石灰稳定）。

拥有美国专利的深度后石灰稳定工艺包括BIO*FIX工艺、N-Viro's深度碱法稳定工艺（带有快速干燥技术）、RDPEn-Vessel巴氏杀菌工艺、Chemfix工艺和LeopoldWillotech工艺等。随着美国EPA（503）法案的实施和终产品应用机会的增加，强化碱法稳定工艺和设施的数量将会持续增加。