碱法稳定工艺的设计要点

（1）污泥装卸及投配

脱水泥饼的装卸设备主要包括带式和螺旋式输送机及泵。一般带式输送机水平安装或与水平面之间稍有倾角。通常普通带式输送机存在着小范围漏溅、打滑和轴承连接件等经常性的维护问题。在碱法稳定过程中，可采用螺旋输送机输送脱水污泥饼至混合装置或贮存料斗中。螺旋输送机有可能将泥饼及化学药剂混合物滚成球状，而泵可将脱水泥饼压实成长条状，因此在混合阶段需要进行破碎处理。

碱法稳定工艺相对简单，但对其进行常规的检查和维护工作是必需的。必须经常对输送系统和其他活动部件进行监测以确定是否磨损。在向碱法稳定工艺进料时，若仅采用一条输送设备进料，则对该设备的定期检查、维护和校准工作显得十分重要。输送系统的停机则会造成稳定工艺的中断或拖延。如果系统采用多级序列，则应设置超越管线及交叉线路以防止过多停机的出现。

（2）碱性物料的贮存及投配

碱法稳定工艺要求采用特殊的化学药剂投配及贮存设备，传统碱式的化学药剂贮存容量应至少满足7d的耗药量，最好供应容量2～3周。一般氢氧化钙贮存期达1年以上，而生石灰由于其变质相对较快，贮存期一般在3～6个月以内。绝对最小贮存容量要根据药剂供应商和处理厂之间的运输距离确定。

在采用传统的设计方法时，一些高级碱法稳定工艺需要使用大量的化学药剂，这会带来巨大的贮存容量要求。但是因为减少贮存容量可以节约成本，因此，采用可靠的化学药剂运送渠道是关键环节。如果化学药剂运输耽搁或停止，则整个工艺运转受到影响，可将每日药剂运输费用和采用额外贮存容量的投资费用进行比较。如果药剂供应商在处理厂附近，则不必进行多余的药剂贮存。但如果药剂供应商距离较远，则应采取扩大贮存容量的方式以保证工艺的运转连续。

在碱料贮存时，应采用堆状或粒状贮存，并应防止长时间贮存时由于地区潮湿而引起的化学反应。碱料应贮存在钢制的筒仓，筒仓带有料斗（斜边坡度≥60°）。如果采用药品日贮箱或堆状贮存筒仓，需要设置活底料箱及除尘装置，空气衬垫或料斗搅拌装置用以协助卸料和降低阻塞或分流。

在贮存时，石灰会与CO2发生反应生成碳酸钙，覆盖于石灰颗粒表面，并降低石灰活性。而生石灰及其他碱料易与空气中的湿气发生反应，并形成块状阻碍进料和消解。因此，应在干燥设施中贮存防止潮解。潮解系放热反应，因此贮存生石灰不能与易燃材料接近。

如果药剂投配点和药剂贮存筒仓之间的距离较近，既可通过螺旋输送机运输干燥碱料，也可通过气力输送（有压状态或真空状态均可）。不同的气力输送方式有其各自特点，例如，在真空状态下，输送可以解决飞灰问题；在压力状态下，可以进行大块体积物料的输送。应预先对气力输送用的压缩空气进行干燥，以减少水合作用和其他涉及潮湿相关的问题。气力输送系统同时存在着诸如当采用不同的碱性物质时，难以保持均一的化学药剂堆密度等问题。

化学药剂投加设备有许多种样式，包括旋转式气锁进料器、容积式螺旋进料器及重力式计量进料器。其中容积式进料器是以恒定体积投加碱料无需考虑进料密度，重力式计量进料器是以恒定质量投加碱料，控制更加准确，但价格相对较贵。在实际应用时，应根据特殊用途来对二者进行评估。

一般情况下，药剂投配系统会存在粉尘问题。其主要来源是滑动门的安装不良和进料装置的泄漏。针对这一问题，可通过降低或封闭位于进料装置和混合器之间的垂直距离来减少粉尘的产生。

（3）液态石灰药剂装卸及混合要求

石灰投至湿污泥中，一般会以石灰乳的形态出现。而干石灰粉由于会产生结块而不能有效地投加到湿污泥中。

在混入泥浆后，氢氧化钙和水化生石灰在溶解后化学成分是一样的，因此可选择相同的投配工艺。石灰乳的制备可以采用间歇或连续的方式进行。

石灰乳贮存池可以采用压缩空气、水射器或机械搅拌机等方式搅拌，然后根据要求输送至混合池。在制备用水中的碳酸氢根可与石灰乳发生反应，并结合大气中的CO2生成碳酸钙沉淀，造成管线堵塞。其堵塞程度与输送距离及与石灰乳接触的HC[插图]或CO2的量相关。因此，为了避免由于串联堰及其他设施造成的扰动，石灰乳贮存池应尽量与混合池接近。

在采用生石灰进行湿污泥稳定时，需采用消解设备。消解反应可以间歇或连续地进行，其中间歇方法更适用于小规模处理厂，但规模较小的处理厂在采用生石灰时，一般不具有明显的优势。消解反应包括溶解生石灰产生石灰膏或石灰乳（水∶生石灰=2∶1或石灰乳：生石灰=4∶1产生石灰膏）。在制备石灰膏时，需停留约5min以保证在消解池内水解反应完全进行。而在制备石灰乳时应停留30min。升高温度有助于水解反应（放热反应）的发生，但存在沸腾及飞溅等潜在的危险。在消解完成后，投加石灰膏至稀释池中并稀释至所需浓度，同时去除颗粒物。

在连续消解反应中，自动设备要根据石灰和水的比例来选择合适的类型。其合适比例也受石灰的类型及使用的设备决定。因此，当进行消解系统设计时应结合考虑石灰和设备的类型。

为了确保氢氧化钙和水中的溶解固体完全反应，稳定池应位于消解池的下游方向。在消解池中的石灰乳应尽可能直接排放到稳定池，稳定池停留时间≥15min。此时要充分搅拌以保证颗粒处于悬浮状态并防止短流的发生。对于圆柱形池来讲，其高度和直径之比是1∶1，相应的最小功率要求见表1。

① lb/gal×0.1198=kg/L。② 1hp/1000gal×197.3=kW/m3。

在进行搅拌设备的选取时，为了防止产生旋涡，挡板应根据池型设计以防止造成角落里固体堆积。

应设置采用通过稀释的盐酸来清除泵及管道中碳酸钙沉积的清洗系统，要求泵及管道的材质可承受酸和碱性介质。

为了便于去除沉淀物，石灰乳的输送应尽量采用弹性管道或敞口渠道。石灰乳具有磨损性，因此，若输送低等级砾石状石灰，则应相应选择合适的管（渠）道材质和设备。

设置混合池的主要目的：为原投配污泥与石灰乳提供充分的搅拌和接触时间。一般建议接触时间为当pH值达12.5后约30min。混合时间的标准视具体情况而定，必要时应根据小试或中试确定。

混合池可为碳钢材质，其尺寸决定于混合方式（间歇混合或连续混合）。

一般间歇混合池用于小型处理厂，由于许多小型处理厂实行单班制，因此应按照一个处理周期处理一天的污泥产量来确定混合池的尺寸。如果池子容量充足，这些间歇反应池可成功地在稳定后进行污泥的重力浓缩，当有此功能时，必须设置相应浓缩污泥排出设备。

在连续混合设施中，pH值及物料的体积是一定的，这种系统需设置安装石灰乳自动投加装置。连续混合相对间歇混合的优势是需要较小的池体积。运行时，应随时监测混合物料，以确保混合后至少2h内pH值大于12。

混合系统应进行充分的搅拌，以确保污泥颗粒处于悬浮状态，并使石灰乳有效地分布。其中两种最常用的混合系统分别是机械混合和空气扩散混合。其中空气扩散系统应用最为广泛。

空气扩散系统与机械混合系统相比存在2大优势：a.可增加曝气，在间歇混合工艺中石灰乳投加之前可以保证原污泥的新鲜；b.减小了设备堵塞的可能性。但是，空气扩散混合系统也存在着一些缺点：氨气释放十分危险，且释放氨气会出现臭味同时降低产品肥效，因此，系统要具有足够的通风；混合物会吸收CO2，因此为了保证pH值需要增加石灰的投加量（部分石灰与CO2发生反应）；系统必须封闭，且排出气体必须经过处理才能最终排放。

当采用空气扩散系统进行混合时，其扩散器的形式应采用粗泡式。一般扩散器安装于沿池体一侧的池壁上，以形成螺旋状的流态进行有效的混合，一般其空气速率为0.3～0.5L/（m3·s）当搅拌浓缩的进料污泥时需加大空气量。

在混合池中对投配物料进行调质（浓缩或脱水之前）时，应进行合理设计混合以防止絮体破碎。

（4）干式碱法稳定工艺脱水泥饼/化学药剂的混合

干式碱法稳定工艺的关键是化学药剂与脱水泥饼的搅拌混合。搅拌的目的是将泥饼与药剂完全混合，完成泥-药混合物整体pH值的调节，以防止由于不充分的泥-药混合而出现的不完全稳定、臭味和粉尘问题。

此工艺的混合步骤一般采用机械搅拌机来完成，如犁形混料机、叶片式混料机和双螺杆搅拌机。典型的犁式混料机及双螺杆搅拌机见图1和图2。脱水泥饼和药剂一起加入到搅拌机的前端。搅拌机的工作可以采用间歇或连续的方式运行，其中泥饼与药剂投加比例的确定非常关键。

由于影响泥饼和药剂混合过程的因素有很多，因此其产生的生物污泥产品的特性也不大相同。一般根据以往的经验及研究试验来选择搅拌机。一些搅拌机制造商拥有移动式全规模研究试验装置，可以用于恰当有效的搅拌设备的评估及选型。表2为液体石灰稳定法的机械搅拌机参数。

脱水泥饼的混合特性根据污泥浓度、脱水前用来调质的聚合物、温度、混合强度、化学药剂的种类及投加量、接触泥饼每单位体积需要搅拌设备的表面积以及混合停留时间的不同而发生变化。在进行搅拌设备选择时，应考虑运行时间、最大及最小的泥饼产量及其他操作条件等。为了适应上述不同的混合特性和条件，可在搅拌设备上安装变速电机、堰板、可调式桨叶以及其他可以调节混合强度和停留时间的装置。

在碱法稳定工艺中，其产品的物理特性受到混合反应中搅拌参数的影响。在工艺中，混合阶段的目的是使产品特性与最终用途或下一步处理过程相适应。在搅拌阶段以后的几天，碱性污泥产品的特性会随着温度及其他因素所造成的化学反应而发生变化。

（5）空间要求

由于工艺类型、污泥总量及场地的限制，在碱法稳定过程中，所需的场地一般相对较小，所选择的工艺设备可适应不同的场地要求。由于其工艺过程操作简单，且无需繁琐的稳定设备，因此可在相对较小的占地面积上短时间内完成。可采用移动式设备用于紧急情况或展览之中以提高客户对产品的兴趣。碱法稳定工艺的处理厂在空间布置上需要对污泥处理工艺区、干化区（如必要）及产品贮存区等加以考虑。其占地面积的大小取决于所采用的工艺、污泥的数量、种类、特点以及现场因素等。物料干化及熟化的场地也具有较高的场地特殊性，且依赖于干化/熟化、物料的数量及采用的干燥方法等。一般干化/熟化的面积要求为25～34m2/mg湿泥饼。当增加碱性药剂投加量或采用机械方式进行污泥干化时，则场地面积可明显地下降。

当在处理场地没有足够空间来贮存产品时，必须将产品移出贮存区域。一般采用土地填埋方法为干化/熟化工艺提供充足的场地。但当填埋容量增加时需重新选择贮存场地。干化场地所在区域应交通便利，且运输设备可自动卸料，场地面积还应考虑现场备用交通运输工具等。室外的干化/熟化填埋场地可能会产生臭味。若碱法稳定系统位于污水处理厂内部，应确保便捷的途径以保证碱料的运输，且运输通道不能影响工艺或产品的外运。