城市污泥强化脱水与末端处理

随着社会经济的高速发展和城市化进程的加速，我国各地新建和改建的城市污水处理厂数量激增。城市污泥是在城市生活和与城市生活活动相关的市政设施运行与维护过程中产生的副产物，由细菌菌体、有机残片和无机颗粒等组成，是一种极其复杂的非均质体，如不对城市污泥进行妥善处理和处置将会对环境造成二次污染。污泥对人类生存环境与经济发展的影响日益突出，其安全处理与处置已成为我国环境领域一项亟待解决的问题。然而，由于污水处理行业长期“重水轻泥”的观念导致我国污水处理厂对污泥的处理重视程度不足，在现阶段污泥处理与处置费用占到废水处理总费用50%～60%的前提下，现有污泥处理与处置的情况仍不乐观，而造成这一结果的主要原因是污泥的含水率偏高，无法满足污泥后续处置的技术要求。
目前，传统的污水处理厂通常采用高分子絮凝剂【如聚丙烯酰胺（PAM）】或无机调理剂（如生石灰和氯化铁）对污泥进行调理，再通过带式压滤脱水、离心脱水或隔膜板框压滤脱水，污泥的含水率仅能从93%～98%降低至60%～80%，与污泥处置的含水率要求（填埋低于?60%，自持焚烧低于?50%）仍存在一定差距，因此常需要对脱水污泥进行二次深度脱水，以达到降低含水率的目的。同时，现阶段城市污水处理厂在污泥脱水过程中对污泥的处置和用途大多不明朗，无法对脱水药剂进行比选，造成脱水污泥的性质差异较大，在进行二次深度脱水时极易造成脱水工艺选择不当，进而影响污泥的脱水效果。
近年来，污泥在处置前如何进一步降低其含水率被认为是实现污泥处置的核心问题，也成了国内外学者研究的重点和难点。在传统技术无法满足污泥高效脱水的背景下，新型深度脱水技术的研究与开发层出不穷，相应的末端处理技术也应运而生。基于此，本书以城市污泥的传统和新型脱水技术为切入点，在对目前城市污泥脱水技术研究现状和进展进行综述的前提下，结合笔者及其团队多年来在污泥深度脱水及末端处理技术方面的研究成果，完整系统地对过硫酸盐强氧化污泥深度脱水和电渗透强化污泥深度脱水新技术在污泥深度脱水过程中的影响因素进行了研究和分析总结；在此基础上对城市污泥的末端处理技术，尤其是污泥动态仓式好氧堆肥新技术、污泥蒸压砖新技术和热解减排新技术等末端处理的研究成果进行了阐述。
本书在编著过程中注重内容的全面性和前瞻性，较为系统地对近年来污泥强化脱水和末端处理技术进行了介绍；同时理论联系实际，采用了大量的文献和翔实的数据资料，结合部分工程实例对城市污泥的强化脱水与末端处理技术进行了深入的研究和具体的分析。通过对国内外最新研究现状的搜集，结合笔者团队常年在城市污泥脱水及末端处理的研究成果和工程案例的分析，为从事污泥安全处理处置及资源化等领域的工程技术人员、科研人员和管理人员提供理论依据、技术参考和案例借鉴，也为高等学校环境科学与工程、市政工程及相关专业师生提供参考资料。
本书编著的具体分工如下：第1章～第7章由河南工程学院的李亚林副教授编著，第8章和第9章由河南工程学院的李钢副教授编著，同济大学的赵由才教授对全书的编著进行了整体指导，河南工程学院固体废物资源化与土壤修复科研课题组的刘蕾老师和史丹老师参与了本书部分章节的资料搜集和文字整理工作；河南工程学院“玩固?”新工科科创团队的王恩赐、韩欣宏、黄文宝、孙猛、李鹏、关明玥、孙丽莉、刘浩钊和何海洋同学参与了本书的文字整理、图形绘制和校对工作。同时，本书也得到了教育部中西部高等学校青年骨干教师国内访问学者项目（19042）、教育部产学合作协同育人项目（202101256020）、河南省科技攻关项目（212102310064）和河南省高等学校青年骨干教师培养计划（2019GGJS239）的资助。另外，本书在编著过程中参考了一些科研、设计、教学以及生产单位等同行的资料，也得到了相关高校和企业单位提供的项目案例资料，在此一并表示衷心的感谢。
限于编著者水平及编著时间，书中不足和疏漏之处在所难免，敬请读者提出修改建议。
 
编著者 
2022年2月 

李亚林，河南工程学院资源与环境学院，系主任、副教授；2012年毕业于华中科技大学，获环境科学与工程博士学位。2014年4月，在河南工程学院从事环境工程的教学与科研工作至今。2019年9月入选中西部高等学校青年骨干教师国内访问学者项目，就学于同济大学环境科学与工程学院从事访学工作。

本书以城市污泥脱水与处理为主线，介绍了城市污泥的产生，讨论了污泥脱水和末端处理的法规政策，分析了城市污泥强化脱水与末端处理的研究现状、相关技术以及应用工程案例。具体内容包括污泥的来源、成分及性质，污泥深度脱水与末端处理法规政策，污泥的浓缩和调理技术，污泥的脱水技术和脱水污泥末端处理技术，其中对过硫酸盐强氧化新技术、电渗透新技术在强化污泥深度脱水中的应用以及动态仓式好氧堆肥新技术、污泥蒸压砖新技术和热解减排新技术在污泥末端处理中的应用等进行了详细的介绍。
本书具有较强的技术应用性和针对性，可供污泥安全处理处置及资源化等领域的工程技术人员、科研人员和管理人员参考，也可供高等学校环境科学与工程、市政工程及相关专业师生参阅。
 

第1章 概论	
1.1 城市污泥的来源、成分及性质	2
1.1.1 城市污泥的来源	2
1.1.2 城市污泥的成分	3
1.1.3 城市污泥的性质	4
1.2 城市污泥深度脱水与末端处理法规政策	6
1.2.1 城市污泥脱水处理法规政策	6
1.2.2 城市污泥末端处理法规政策	7
1.3 城市污泥处理技术	21
1.3.1 污泥调理技术	21
1.3.2 污泥浓缩技术	21
1.3.3 污泥脱水技术	22
1.3.4 脱水污泥末端处理技术	22

第2章 城市污泥的浓缩和调理技术	
2.1 城市污泥中水分存在形式及去除方法	24
2.2 城市污泥的浓缩技术	26
2.2.1 重力浓缩	27
2.2.2 离心浓缩	28
2.2.3 气浮浓缩	29
2.3 城市污泥的调理技术	31
2.3.1 物理调理	32
2.3.2 化学调理	35
2.3.3 生物调理	39
2.3.4 联合调理	40

第3章 城市污泥的脱水技术	
3.1 城市污泥传统脱水技术	43
3.1.1 城市污泥的自然干化	43
3.1.2 城市污泥的机械脱水	46
3.2 城市污泥强化脱水技术	51
3.2.1 城市污泥的超声脱水技术	51
3.2.2 城市污泥的热水解脱水技术	54
3.2.3 城市污泥的化学强氧化脱水技术	58
3.2.4 城市污泥的电脱水技术	65

第4章 过硫酸盐强氧化新技术在强化污泥深度脱水中的应用	
4.1 过硫酸盐强氧化污泥深度脱水的基本原理	69
4.1.1 过硫酸盐强氧化对污泥脱水的作用原理	69
4.1.2 骨架构建体对污泥脱水的作用原理	70
4.1.3 过硫酸盐氧化-骨架构建体协同对污泥脱水的作用原理	71
4.2 试验材料与方法	71
4.2.1 试验污泥来源及性质	71
4.2.2 试验药品	72
4.2.3 试验方法	73
4.3 操作参数对污泥脱水的影响	77
4.3.1 过硫酸盐相关参数对脱水效果的影响	77
4.3.2 硫酸亚铁相关参数对脱水效果的影响	78
4.3.3 石灰相关因素对脱水效果的影响	83
4.3.4 粉煤灰相关因素对脱水效果的影响	84
4.3.5 优化参数对脱水效果的影响	86
4.3.6 污泥调理脱水的机理解析	94
4.4 典型应用案例分析	97
4.4.1 新疆某纺织工业城污泥脱水项目	97
4.4.2 上海某污水处理厂污泥脱水项目	98
4.4.3 武汉某污水处理厂污泥脱水项目	99

第5章 电渗透新技术在强化污泥深度脱水中的应用
5.1 电渗透污泥深度脱水的基本原理	102
5.1.1 单独电渗透污泥脱水的作用原理	102
5.1.2 电渗透-过硫酸盐氧化协同污泥脱水的作用原理	103
5.2 试验材料与方法	104
5.2.1 试验污泥来源及其性质	104
5.2.2 试验药品	105
5.2.3 试验装置	105
5.2.4 试验方法	106
5.3 操作参数对污泥脱水效果的影响	109
5.3.1 电压梯度对污泥脱水效果的影响	109
5.3.2 机械压力对脱水效果的影响	113
5.3.3 污泥厚度对脱水效果的影响	117
5.3.4 过硫酸盐用量对脱水效果的影响	120
5.3.5 优化参数对脱水效果的影响	124
5.4 污泥脱水能耗分析	136
5.4.1 试验流程及电渗透脱水能耗评价方法	137
5.4.2 不同脱水条件对污泥脱水效果和能耗的影响	137
5.5 典型应用案例分析	142
5.5.1 徐州某污水处理厂污泥电渗透干化工艺	142
5.5.2 北京某污水处理厂污泥电渗透处理工艺	143
5.5.3 南京某环保公司电渗透污泥深度脱水工艺	144
5.5.4 咸宁某电渗透污泥高干脱水项目	145

第6章 脱水污泥末端处理技术	
6.1 末端处理传统技术	148
6.1.1 卫生填埋	148
6.1.2 厌氧消化	151
6.1.3 好氧消化	159
6.2 末端处理新技术	163
6.2.1 污泥的土地利用处理技术	163
6.2.2 污泥的建材利用处理技术	166
6.2.3 污泥的能源利用处理技术	170

第7章 动态仓式好氧堆肥新技术在污泥末端处理中的应用	
7.1 动态仓式好氧堆肥技术的基本原理	176
7.1.1 污泥堆肥技术的基本作用原理	176
7.1.2 好氧堆肥技术的作用原理	176
7.1.3 动态仓式好氧堆肥的作用原理	178
7.2 试验材料与方法	179
7.2.1 试验污泥来源及其性质	179
7.2.2 其他主要原料及试验药剂	179
7.2.3 试验装置	180
7.2.4 试验方法	180
7.3 动态仓式好氧堆肥控制参数研究	182
7.3.1 堆肥污泥的前处理	182
7.3.2 堆肥污泥含水率的控制	187
7.3.3 填料的选择与混掺方式	188
7.3.4 堆肥过程中各参数的变化	189
7.4 堆肥后污泥中重金属形态、含量分析	192
7.4.1 污泥中重金属含量的变化	193
7.4.2 堆肥过程中重金属的总量变化	193
7.4.3 堆肥过程中重金属的形态变化	194
7.4.4 小结	197
7.5 堆肥后污泥肥效分析	197
7.5.1 堆肥中养分含量的变化	197
7.5.2 堆肥产品的腐熟度判定	198
7.5.3 种子发芽试验	198
7.6 典型应用案例分析	199
7.6.1 唐山城市污泥无害化处置工程	199
7.6.2 沈阳某污水处理厂污泥处理工程	200
7.6.3 洛阳两期污泥处理工程	202

第8章 污泥蒸压砖新技术在污泥末端处理中的应用	
8.1 制砖技术的基本原理	207
8.2 试验材料与方法	207
8.2.1 试验材料来源及其性质	207
8.2.2 试验方法	209
8.3 污泥制砖控制参数研究	213
8.3.1 脱水污泥含水率对制砖的影响	213
8.3.2 蒸养条件对制砖性能的影响	214
8.3.3 混料掺比对制砖性能的影响	215
8.4 污泥砖的耐久性分析	216
8.5 典型应用案例	219
8.5.1 浙江某环保公司掺烧污泥烧结制砖工艺	219
8.5.2 南京某建筑材料公司污泥干化烧结制功能砖工艺	220
8.5.3 盐城某污水处理厂污泥深度脱水制砖工程	221
8.5.4 宝鸡某污水处理厂污泥焙烧制砖工程	222

第9章 热解减排新技术在污泥末端处理中的应用	
9.1 脱水污泥末端热解减排的原理	225
9.2 试验材料与方法	228
9.2.1 试验污泥来源及其性质	228
9.2.2 试验原料	229
9.2.3 试验药品及仪器	231
9.2.4 试验装置	232
9.2.5 试验方法	232
9.3 不同添加剂对污泥热解的影响	234
9.3.1 添加煤的污泥热解试验	234
9.3.2 添加石英砂的污泥热解试验	238
9.3.3 添加煤矸石的污泥热解试验	244
9.3.4 添加碳酸钙的污泥热解试验	248
9.4 不同工况下污泥能量回收的计算比较	252
9.4.1 污泥热解过程中能耗问题的讨论	252
9.4.2 几种工况下污泥热解的能量回收计算比较	254
9.4.3 小结	255
9.5 典型应用案例分析	255
9.5.1 浙江某环保公司污泥干化-热解工艺	255
9.5.2 山东某环保公司污泥高温高压密闭热水解工艺	256
9.5.3 郑州某机械设备公司污泥热解工艺	257
9.5.4 长沙某污水处理厂污泥热水解工艺	258

参考文献