過量的活性氧化鈣會對污水處理的哪些環(huán)節(jié)產(chǎn)生負面影響?
活性氧化鈣(生石灰,CaO)在污水處理中常用于調(diào)節(jié) pH 值、中和酸性廢水、去除重金屬(如與磷酸鹽反應生成沉淀)及輔助污泥脫水,但過量投加會對多個處理環(huán)節(jié)產(chǎn)生顯著負面影響,具體如下:
一、預處理環(huán)節(jié):破壞水質(zhì)基礎(chǔ)參數(shù),增加后續(xù)處理負荷
預處理是污水處理的 “第一步”,核心是調(diào)節(jié)水質(zhì)以適配后續(xù)工藝(如格柵、沉砂池、調(diào)節(jié)池),過量活性氧化鈣會從根本上破壞這一環(huán)節(jié)的平衡:
pH 值急劇升高,超出工藝耐受范圍
活性氧化鈣與水反應生成氫氧化鈣(Ca (OH)₂),呈強堿性:CaO + H₂O = Ca (OH)₂。過量投加會使廢水 pH 值快速升至 12 以上(正常預處理 pH 通常控制在 6-9,特殊工藝如芬頓反應需酸性條件)。
若后續(xù)工藝依賴微生物作用(如生化處理),強堿性會直接破壞微生物的細胞膜、酶活性,導致微生物失活;
若預處理后需進入混凝沉淀環(huán)節(jié),過高 pH 會使混凝劑(如聚合氯化鋁、硫酸鋁)形成的絮體分散、不易沉降,反而增加懸浮物含量。
生成過量鈣鹽沉淀,堵塞預處理設(shè)備
過量 Ca (OH)₂會與廢水中的碳酸根(CO₃²⁻)、硫酸根(SO₄²⁻)反應,生成碳酸鈣(CaCO₃)、硫酸鈣(CaSO₄)等難溶性鈣鹽:
這些沉淀會附著在格柵、沉砂池的濾網(wǎng) / 管道內(nèi)壁,形成堅硬的 “結(jié)垢層”,導致設(shè)備堵塞、過水斷面縮小,降低處理效率;
若沉淀隨廢水進入后續(xù)水池(如調(diào)節(jié)池),會沉積在池底,增加清淤頻率和人工成本,長期甚至導致水池有效容積減少。
二、生化處理環(huán)節(jié):抑制微生物活性,瓦解生化系統(tǒng)
生化處理是污水處理的 “核心環(huán)節(jié)”(如好氧池、厭氧池),依賴好氧菌、厭氧菌、硝化菌等微生物降解有機物(如 COD、BOD)、去除氮磷,而微生物對環(huán)境 pH、毒性物質(zhì)極為敏感,過量活性氧化鈣會直接 “摧毀” 這一系統(tǒng):
強堿性直接殺滅功能微生物
多數(shù)污水處理微生物(如降解 COD 的異養(yǎng)菌、硝化氨氮的硝化菌)的最適 pH 范圍為 7.0-8.5:
pH>10 時,硝化菌(如亞硝化單胞菌)活性會下降 50% 以上;pH>11 時,幾乎所有好氧微生物都會因蛋白質(zhì)變性而死亡;
厭氧系統(tǒng)(如 UASB 反應器)對 pH 更敏感,過量 CaO 導致的高 pH 會抑制產(chǎn)甲烷菌活性,使厭氧消化中斷,無法降解有機物且不再產(chǎn)生沼氣(能源回收受阻)。
鈣鹽沉淀包裹微生物,阻礙代謝交換
過量生成的 CaCO₃、CaSO₄沉淀會附著在微生物表面,形成 “鈣殼”:
阻礙微生物與廢水的接觸,導致有機物、營養(yǎng)鹽(如氮、磷)無法進入微生物體內(nèi),代謝效率急劇下降;
若沉淀進入曝氣池,會隨曝氣氣泡附著在曝氣盤 / 曝氣頭上,堵塞曝氣孔,導致曝氣不均(局部缺氧),進一步加劇微生物死亡。
增加污泥產(chǎn)量,惡化污泥沉降性能
過量活性氧化鈣本身會作為 “惰性固體” 進入污泥系統(tǒng),同時強堿性環(huán)境會導致微生物裂解,釋放胞內(nèi)物質(zhì)(如蛋白質(zhì)、多糖),使污泥黏性增加、絮體松散:
污泥產(chǎn)量可增加 20%-50%,提升污泥脫水、運輸、處置的成本;
污泥沉降比(SV)、污泥體積指數(shù)(SVI)異常,導致二沉池泥水分離困難,出水懸浮物(SS)超標,甚至出現(xiàn) “污泥膨脹”。
三、深度處理環(huán)節(jié):降低污染物去除效率,增加出水風險
深度處理(如過濾、消毒、脫鹽)的目標是使廢水達標排放或回用,過量活性氧化鈣會直接干擾這一環(huán)節(jié)的核心功能:
影響過濾系統(tǒng),導致濾料堵塞或失效
若深度處理采用石英砂過濾、活性炭過濾,過量鈣鹽沉淀會穿透前序沉淀池,附著在濾料間隙中,形成 “硬結(jié)層”,導致濾速下降(從正常 8-12m/h 降至 3m/h 以下),反沖洗頻率增加(從每日 1 次增至每 2 小時 1 次),濾料使用壽命縮短(從 1-2 年降至 3-6 個月);
若采用膜分離技術(shù)(如超濾、反滲透),鈣鹽會在膜表面形成 “結(jié)垢污染”,直接堵塞膜孔,導致膜通量下降、跨膜壓差升高,膜清洗成本增加(需使用檸檬酸等酸洗藥劑),甚至造成膜不可逆損壞。
干擾消毒效果,增加消毒副產(chǎn)物風險
污水處理常用次氯酸鈉、二氧化氯、紫外線消毒,過量活性氧化鈣會影響消毒效率:
強堿性環(huán)境(pH>11)會使次氯酸鈉(NaClO)分解為次氯酸根(ClO⁻),而次氯酸(HClO)才是消毒的有效成分(pH=7-8 時 HClO 占比最高),導致消毒效率下降 50% 以上,需增加消毒藥劑投加量(成本提升);
過量鈣鹽會與消毒藥劑(如氯系)反應,生成更多消毒副產(chǎn)物(如三鹵甲烷、鹵乙酸),若出水需回用或排放至敏感水體(如飲用水源地周邊),會超出《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)的限值,存在環(huán)境風險。
增加脫鹽工藝負擔(若需回用)
若廢水需經(jīng)反滲透(RO)脫鹽后回用,過量 Ca²⁺會成為 “主要結(jié)垢離子”:
RO 膜對 Ca²⁺的截留率約 98%,過量 Ca²⁺會在膜濃水側(cè)快速達到飽和,生成 CaCO₃沉淀,堵塞膜孔;
為控制結(jié)垢,需額外投加 “阻垢劑”(如有機膦酸鹽),增加藥劑成本,同時濃水排放量增加(因需降低濃水濃度以避免結(jié)垢),回用率下降。
四、污泥處理處置環(huán)節(jié):惡化污泥性質(zhì),提升處置難度
污水處理產(chǎn)生的污泥需經(jīng)脫水、穩(wěn)定化后處置(如填埋、焚燒、資源化),過量活性氧化鈣會從 “脫水效率” 和 “處置安全性” 兩方面產(chǎn)生負面影響:
降低污泥脫水效率,增加含水率
活性氧化鈣雖可輔助污泥脫水(通過調(diào)節(jié) pH、改善污泥絮體),但過量時:
強堿性會破壞污泥中的 “結(jié)合水” 結(jié)構(gòu),使污泥從 “可脫水型” 轉(zhuǎn)為 “黏性型”,壓濾機(如板框壓濾機)的濾餅含水率升高(從正常 75%-80% 升至 85% 以上),需增加絮凝劑(如聚丙烯酰胺)投加量以改善脫水效果,成本上升;
鈣鹽沉淀會堵塞壓濾機的濾布孔隙,導致過濾速度減慢,壓濾周期延長(從 4 小時 / 批次增至 6 小時以上),污泥處理量下降。
增加污泥處置風險,限制資源化途徑
若污泥采用填埋處置:過量鈣鹽會使污泥 pH 值過高(>12),填埋后可能與填埋場中的酸性滲濾液反應,生成大量熱量和氣體(如 CO₂),導致填埋體局部升溫、沉降不均,甚至引發(fā)滲濾液處理系統(tǒng)的 pH 波動;
若污泥采用焚燒處置:過量 CaO 會在焚燒過程中與污泥中的硫、氯反應,生成 CaSO₄、CaCl₂等低熔點物質(zhì),附著在焚燒爐內(nèi)壁形成 “結(jié)渣”,影響爐溫穩(wěn)定(需頻繁清渣),同時增加煙氣中粉塵含量,加重布袋除塵器的負荷;
若污泥嘗試資源化(如制建材):過量鈣鹽會導致建材(如污泥磚)的強度下降、易風化,不符合建材標準(如抗壓強度<10MPa),失去資源化價值。
五、設(shè)備與管道系統(tǒng):加速腐蝕與結(jié)垢,縮短使用壽命
過量活性氧化鈣不僅影響 “工藝效果”,還會對污水處理廠的硬件設(shè)施造成長期損害:
強堿性腐蝕金屬設(shè)備與管道
高濃度的 OH⁻會與碳鋼、鑄鐵等金屬發(fā)生 “電化學腐蝕”:
管道內(nèi)壁會生成疏松的 “氫氧化鐵” 腐蝕產(chǎn)物,這些產(chǎn)物易脫落,隨水流堵塞后續(xù)設(shè)備;
曝氣池的碳鋼支架、水泵葉輪等金屬部件,在強堿性 + 曝氣(氧氣充足)的環(huán)境下,腐蝕速率會提升 3-5 倍,使用壽命從 5-8 年縮短至 2-3 年,增加設(shè)備維修和更換成本。
鈣鹽結(jié)垢導致設(shè)備功能失效
換熱器(如用于廢水溫度調(diào)節(jié)的板式換熱器):鈣鹽會在換熱面形成致密的結(jié)垢層,導熱系數(shù)下降(從金屬的 400W/(m・K) 降至結(jié)垢層的 0.5W/(m・K) 以下),導致?lián)Q熱效率降低,需頻繁酸洗除垢;
泵類設(shè)備(如離心泵、螺桿泵):鈣鹽沉淀會進入泵體,磨損葉輪和密封件,導致泵的揚程下降、泄漏量增加,甚至引發(fā)泵體卡死,需停機檢修。