編輯推薦
適讀人群 :本書可供城市汙水處理廠管理人員、技術人員、工人等學習使用,也可供高等學校環境工程專業師生教學參考。 相較於汙水處理工藝的成熟與快速發展,長期以來我國汙泥處理處置嚴重滯後近年來,隨著工業化和城市化步伐的加快,汙水處理率不斷提高,汙泥産量劇增,並且隨著自然資源的日漸匱乏,汙泥安全處理處置的需求與壓力進一步加大。希望本書能夠為從事汙泥處理處置的相關人員提供經驗和藉鑒。
內容簡介
本書共分5章,主要介紹瞭城市汙泥的産生及組成,城市汙泥傳統處理處置技術、城市汙泥處理處置新技術、汙泥資源化利用技術、汙泥處理項目設計與工程實例。
本書可供城市汙水處理廠管理人員、技術人員、工人等學習使用,也可供高等學校環境工程專業師生教學參考。
內頁插圖
目錄
第1章緒論
1.1城市汙泥的産生001
1.1.1城市汙泥的來源001
1.1.2城市汙泥的分類002
1.1.3城市汙泥産生量002
1.2汙泥的性質和組成003
1.2.1汙泥的物理性質003
1.2.2汙泥的化學性質005
1.2.3汙泥的生物性質005
1.3汙泥的危害性和資源性005
1.3.1汙泥的危害性005
1.3.2汙泥的資源性006
1.4汙泥處理處置的技術原則006
1.4.1減量化原則007
1.4.2穩定化原則007
1.4.3無害化原則007
1.4.4資源化原則008
1.5汙泥處理處置的基本方法008
1.5.1我國汙泥處理處置的基本方法008
1.5.2日本汙泥處理處置的基本方法012
1.5.3歐洲汙泥處理處置的基本方法014
1.5.4美國汙泥處理處置的基本方法015
1.6國內外汙泥處理處置現狀016
1.6.1發達國傢汙泥處理處置現狀016
1.6.2我國汙泥處理處置現狀018
第2章城市汙泥傳統處理處置技術
2.1汙泥厭氧消化技術020
2.1.1汙泥穩定化概述020
2.1.2汙泥厭氧消化技術022
2.1.3汙泥厭氧消化影響因素028
2.1.4厭氧消化工藝033
2.1.5厭氧消化技術研究進展046
2.1.6厭氧消化經濟型分析049
2.2汙泥好氧消化技術051
2.2.1汙泥好氧消化的優缺點051
2.2.2汙泥好氧消化機理052
2.2.3汙泥好氧消化工藝053
2.2.4汙泥好氧消化操作的控製參數059
2.2.5汙泥好氧消化穩定性的評價指標062
2.2.6好氧消化的工藝設計要點064
2.2.7好氧消化費用分析067
2.3汙泥好氧堆肥技術067
2.3.1汙泥堆肥基本工藝068
2.3.2堆肥的操作原理071
2.3.3堆肥的工藝控製參數072
2.3.4堆肥的控製指標075
2.3.5堆肥的工藝設計要點076
2.3.6堆肥的利用及其市場077
2.4汙泥填埋處理技術078
2.4.1汙泥填埋的方式078
2.4.2汙泥填埋的問題081
第3章城市汙泥處理處置新技術
3.1城市汙泥減量化技術原理084
3.2解偶聯汙泥減量技術085
3.2.1解偶聯原理086
3.2.2解偶聯工藝087
3.2.3維持能量代謝的汙泥減量技術094
3.2.4基於微型動物捕食的汙泥減量化技術095
3.2.5增強隱性生長的汙泥減量化技術102
3.3臭氧氧化汙泥減量技術116
3.3.1臭氧氧化的基本原理117
3.3.2臭氧氧化汙泥減量係統的基本組成119
3.3.3臭氧氧化對汙泥性質的影響120
3.3.4臭氧氧化汙泥減量工藝研究120
3.3.5汙泥臭氧氧化影響因素122
3.3.6臭氧氧化汙泥減量技術應用限製124
3.4汙泥輻射技術124
3.4.1汙泥輻射殺菌效果及對汙泥穩定性影響124
3.4.2汙泥輻射除臭效果126
3.4.3輻射對汙泥中速效性氮、磷含量的影響126
3.4.4輻射對汙泥物理性能的影響126
3.4.5微波輻射技術127
3.5汙泥熱化學處理技術127
3.5.1熱化學處理的基本原理128
3.5.2熱化學處理的物性依據131
3.5.3熱化學處理工藝133
第4章汙泥資源化利用技術
4.1汙泥的土地利用145
4.1.1汙泥的肥料價值145
4.1.2汙泥土地利用的風險147
4.1.3汙泥肥料148
4.1.4汙泥土地利用的用途149
4.2汙泥建材利用技術150
4.2.1汙泥建材利用的基本形式和工藝150
4.2.2汙泥建材利用存在的問題158
4.2.3汙泥製作建材應用實例158
第5章城市汙泥處理工程設計與實例
5.1獨立熱源汙泥處理工程161
5.1.1江蘇盛澤汙泥處理工程161
5.1.2浙江義烏汙泥處理工程163
5.1.3江蘇常州新環汙泥處理工程170
5.2利用煙氣餘熱汙泥處理工程173
5.2.1江蘇江陰利用熱電廠煙氣餘熱汙泥處理工程173
5.2.2浙江某造紙汙泥乾化項目設計175
5.3利用垃圾發電煙氣餘熱汙泥處理項目設計182
5.3.1工藝設計流程182
5.3.2物料平衡計算183
5.3.3能量平衡計算184
5.3.4煙氣配氣比計算185
5.3.5減排和循環經濟效益185
5.4利用煙氣餘熱與外供熱源相結閤的汙泥乾化項目設計185
5.4.1工程背景185
5.4.2印染汙泥的熱值186
5.4.3可供利用的煙氣餘熱資源條件186
5.4.4煙氣餘熱與外供熱源結閤的汙泥乾化工藝187
5.4.5不同工況的熱量平衡計算188
5.4.6環境與經濟效益分析190
5.5上海市石洞口汙水處理廠汙泥處理工程190
5.5.1工程概況190
5.5.2汙泥處理規模191
5.5.3方案的論證和決策191
5.5.4汙泥處理工藝流程192
5.5.5工程設計192
5.6上海市白龍港汙水處理廠汙泥專用填埋場工程195
5.6.1工程概況195
5.6.2汙泥處理規模195
5.6.3方案的論證和決策195
5.6.4汙泥處理工藝流程196
5.6.5工程設計196
5.7重慶雞冠石汙水處理廠汙泥處理工程198
5.7.1工程概況198
5.7.2汙泥處理規模198
5.7.3方案的論證和決策198
5.7.4汙泥處理工藝流程圖200
5.7.5工程設計201
5.8廈門第二汙水處理廠擴建工程205
5.8.1工程概況205
5.8.2汙泥處理規模205
5.8.3方案的論證和決策205
5.8.4汙泥處理工藝流程207
5.8.5工程設計208
5.9青島市麥島汙水處理廠擴建工程210
5.9.1工程概況210
5.9.2汙泥處理規模210
5.9.3汙泥處理工藝流程210
5.9.4工藝設計211
5.10上海市月浦水廠汙泥處理工程214
5.10.1工程概況214
5.10.2汙泥處理規模214
5.10.3方案的論證和決策214
5.10.4汙泥處理工藝流程216
5.10.5工程設計216
5.11杭州市祥符水廠汙泥處理工程217
5.11.1工程概況217
5.11.2汙泥處理規模217
5.11.3方案的論證和決策217
5.11.4汙泥處理工藝流程219
5.11.5工程設計219
5.12汙泥處理處置新技術應用案例221
5.12.1基於厭氧消化技術的汙泥處理處置方案221
5.12.2基於好氧發酵技術的汙泥處理處置223
5.12.3汙泥綜閤處理技術228
參考文獻
前言/序言
活性汙泥法是汙水處理中應用廣泛成熟的技術。全世界大約有90%的汙水處理廠采用該法作為核心技術。然而,活性汙泥法的特點是産生大量的剩餘汙泥,該汙泥含水率高,脫水睏難,處理費用昂貴,據資料錶明,汙泥處理費用占汙水處理廠總處理費用的20%~50%,占總運行費用的25%~65%。同時,剩餘汙泥中含有相當量的有毒有害物質(如寄生蟲卵、病源微生物、重金屬)及未穩定化的有機質、難降解有機物,如不經妥善處理處置而直接進入環境會帶來二次汙染,對生態環境和人類健康構成嚴重威脅。
相較於汙水處理工藝的成熟與快速發展,長期以來我國汙泥處理處置嚴重滯後,在現有的汙水處理廠中,有汙泥穩定處理設施的不到25%,處理工藝和配套設施完善的不到10%。近年來,隨著工業化和城市化步伐的加快,汙水處理率不斷提高,汙泥産量劇增,並且隨著自然資源的日漸匱乏,汙泥安全處理處置的需求與壓力進一步加大,昔日一埋瞭之的簡單做法已經落伍,汙泥處理必須堅決遵循“減量化、無害化、穩定化、資源化”原則,在得到安全處理處置的前提下化地實現資源循環利用。在此背景下,汙泥處理處置技術研究發展快速,其中某些技術已經實現工業化或者處於工程設計之中,因此本書在介紹瞭城市汙泥的概念、來源、危害的基礎上,介紹瞭部分目前占主導地位的汙泥處理技術(如汙泥厭氧消化、好氧消化、填埋等)的原理、操作條件、工藝組成、影響因素及存在問題,並重點對近年來汙泥處理的新技術(如汙泥減量化技術、汙泥穩定化技術、汙泥資源化技術等)的相關原理、新進展、工藝組成、操作條件、影響因素,以及相關的工程設計、施工管理和工程示範進行收集、整理和介紹。希望本書能夠為從事汙泥處理處置的相關人員提供經驗和藉鑒。
本書由吉林建築大學趙玉鑫和哈爾濱商業大學劉穎傑主編, 哈爾濱商業大學許穎、吉林建築大學蔣寶軍、中國市政工程東北設計研究總院有限公司張岩任副主編。具體編寫分工如下:第1章1.1~1.4、1.6、第2章2.4、第4章由哈爾濱商業大學蘇欣穎編寫;第1章1.5由哈爾濱商業大學路文聖、李俊生編寫;第2章2.1~2.3、第5章5.3由哈爾濱商業大學許穎編寫;第3章由吉林建築大學趙玉鑫編寫;第5章5.1由吉林建築大學蔣寶軍、陳玉婷、楊靜、張軍軍,中國市政工程東北設計研究總院有限公司張岩,吉林省遼源市環境衛生管理處賈德生編寫;第5章5.2、5.4~5.12由哈爾濱商業大學劉穎傑編寫。全書終由趙玉鑫統稿、定稿。此外,吉林建築大學研究生硃心悅、薑岩、汪雨薇,本科生楊占斌對本書的齣版作齣瞭較大貢獻,在此一並緻謝。
本書的編寫得到國傢自然基金青年基金(51208226)、黑龍江省教育廳科學技術研究項目(12541208)和哈爾濱商業大學博士科研啓動項目(13DL013,14LG012,15KJ16)的資助,在此錶示感謝。同時感謝在本書編寫過程中提供資料的朋友以及其他同行專傢的支持和幫助。
編者
2016年4月
城市汙泥處理技術及工程實例 ——基於可持續發展理念的固廢資源化利用前沿探索 --- 第一部分:緒論與背景:直麵城市發展的“黑色挑戰” 隨著全球城市化進程的加速,城市汙水處理廠(WWTPs)的規模和數量持續增長,這直接導緻瞭副産品——城市汙泥的産生量呈指數級攀升。汙泥,曾被視為城市水環境治理的末端廢棄物,其高含水率、復雜的有機無機組分、潛在的病原微生物和重金屬汙染風險,使其處理和處置成為睏擾現代城市管理和生態環境安全的一大“黑色挑戰”。傳統的填埋和簡單堆肥方式,不僅占用大量寶貴的土地資源,更可能對地下水和大氣環境造成二次汙染,與國傢倡導的“生態文明建設”和“資源循環利用”戰略背道而馳。 本書旨在超越傳統的末端治理思維,聚焦於汙泥的減量化、穩定化、無害化和資源化四大核心目標,係統梳理並深入剖析當前國際國內在城市汙泥處理領域的前沿技術路綫、工程實踐經驗與未來發展趨勢。我們緻力於提供一套全麵、科學、可操作的技術框架,幫助環境工程師、規劃設計師以及項目管理者理解汙泥的本質特性,並據此選擇和優化最適宜的處理工藝鏈。 第二部分:汙泥特性解析與預處理策略 汙泥的組分極其復雜,其處理難度的根源在於其高含水率、粘性強、易腐敗發臭等物理化學特性。本章節將詳細闡述不同類型汙水(如市政、工業混閤)所産生汙泥的理化性質(包括有機質含量、揮發性固物、pH值、營養鹽、重金屬和病原菌水平)的錶徵方法和影響因素。 預處理技術是決定後續深度處理效率和成本的關鍵瓶頸。 章節重點探討瞭以下幾種核心預處理手段: 1. 物理預處理: 針對高粘性問題,深入分析瞭機械脫水技術(如闆框壓濾機、離心機)的效率提升策略,以及超聲波、高壓均質等強化脫水技術的應用機理與能耗分析。 2. 化學預處理: 詳細對比瞭酸、堿、氧化劑(如芬頓試劑、臭氧)對汙泥細胞壁的破壞效果,尤其關注其對後續好氧/厭氧消化過程産甲烷潛力(BMP)的提升作用。 3. 熱力學預處理: 聚焦於汙泥熱解與高溫水熱碳化(HTC)技術。HTC不僅能顯著降低汙泥體積,還能産齣高價值的生物油和碳質材料,是實現“零排放”和資源化利用的重要橋梁技術。 第三部分:核心穩定化與減量化技術深度解析 穩定化是確保汙泥在後續利用過程中不反彈、不産生二次汙染的關鍵步驟。本部分聚焦於兩大主流穩定化技術: 3.1 厭氧消化技術:從能源迴收視角看汙泥處理 厭氧消化是汙泥處理工藝鏈中的明星技術,因為它實現瞭減量化、穩定化和能源化的統一。本章內容涵蓋: 反應機理與動力學: 深入剖析水解、酸化、産乙酸、産甲烷四個階段的微生物群落結構和代謝路徑,重點探討如何通過優化溫度(中溫/高溫)、pH控製和水力停留時間(HRT)來提高甲烷收率。 工藝優化與工程實踐: 對比CSTR(連續攪拌釜式)、UASB(上流式厭氧汙泥床)及高固含厭氧消化(HDS)等不同反應器的適用性。特彆討論瞭共消化(Co-digestion)技術,即汙泥與其他有機廢棄物(如地溝油、廚餘垃圾)混閤消化以提高甲烷産量的可行性研究與工程案例分析。 3.2 好氧消化與生物穩定化 好氧消化作為傳統工藝的基石,其優勢在於工藝相對簡單、産物穩定無臭。本節將側重於如何通過優化曝氣控製策略(如間歇式曝氣、SVI控製),減少曝氣能耗,並控製齣泥的腐殖化程度,以滿足後續土地利用或堆肥的質量要求。 第四部分:汙泥無害化與最終處置的工程化路徑 汙泥的最終齣路是決定其環境風險的關鍵。本部分全麵覆蓋從穩定化産物到最終安全利用的全過程技術鏈。 4.1 脫水與乾化技術:實現體積最小化 脫水是降低運輸和處置成本最直接的手段。除瞭前述的預處理對脫水的強化作用,本章還重點討論瞭: 化學調理劑的篩選與優化: 高效聚閤物的選擇、投加量與pH的耦閤關係研究。 乾化技術: 對比太陽能乾化、機械乾化(如帶式、熱風乾化)的能效和占地指標,尤其關注瞭低溫乾化技術在保持汙泥生物活性方麵的優勢。 4.2 無害化處理:病原體與重金屬控製 高級穩定化技術: 探討瞭汙泥熱處理(如高溫好氧消化、高溫好氧發酵)對病原微生物和寄生蟲卵的滅活效果及所需的接觸時間/溫度標準。 重金屬固化/穩定化: 針對農用汙泥可能存在的重金屬風險,詳細介紹瞭磷酸鹽沉澱法、硫化物固定法等化學固化技術,以及在工程中如何進行重金屬浸齣毒性測試以確保達標。 第五部分:城市汙泥的資源化利用:邁嚮循環經濟 本書的核心價值在於將汙泥視為潛在的“城市礦産”,探索其在能源、材料和土壤改良方麵的應用潛力。 5.1 能源迴收:生物燃料的生産 沼氣利用: 深入分析瞭沼氣淨化、提純為生物天然氣(Bio-CNG/LNG)並並網或用作交通燃料的技術路徑與經濟性評估。 汙泥熱解炭(Biochar)的製備與應用: 討論瞭不同熱解溫度下生物炭的錶麵特性、吸附能力(針對水體汙染物)和在土壤改良中的作用機製。 5.2 材料化利用:建材與土壤改良 製磚與燒結: 探討瞭汙泥在摻量限製下的燒製陶瓷磚、陶粒的力學性能和汙染物釋放風險控製。 土壤改良劑: 詳細論述瞭汙泥堆肥(Aerobic Composting)的工藝控製要點,特彆是如何通過精確配比(如與園林廢棄物、秸稈混閤)來平衡碳氮比(C/N),並確保最終堆肥産品符閤國傢農用標準(如NY 5018)。 第六部分:工程設計與項目管理實踐 理論指導必須落地於工程實踐。本章將總結前述技術的係統集成方法,並提供實際項目中的關鍵考量因素。 工藝路綫的經濟性與環境影響評估(LCA): 如何基於當地汙泥特性、能源價格、土地限製等因素,構建多目標優化模型,選擇最優的“減量化-穩定化-資源化”組閤工藝。 安全運營與風險控製: 聚焦於惡臭控製(如除臭塔的選型與維護)、工藝連鎖保護機製以及危險廢棄物(如含重金屬汙泥)的閤規處置流程。 未來展望: 探討汙泥處理技術在“智慧水務”框架下的數字化、智能化發展方嚮,例如利用過程分析技術(PAT)實時調控厭氧反應器狀態。 --- 本書內容詳實,案例豐富,不僅提供瞭對現有主流技術的深刻理解,更引導讀者思考如何將處理過程中的副産物轉化為具有經濟價值的二次資源,是環境工程領域從業人員、科研工作者及政策製定者不可或缺的專業參考書。