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推荐语：城市污泥强化脱水理论与技术专业丛书，深入阐述城市污泥处理关键技术。

作者：冯国红著

出版社：化学工业出版社

出版时间：2019-12-01

书籍编号：30617930

ISBN：9787122358646

正文语种：中文

字数：219071

版次：

所属分类：科学新知-环境科学

本书紧密围绕“污泥强化脱水理论与技术”这一科学目标,系统开展了基于末端处理处置的技术研发与应用工作。本书主要内容包括概述、污泥脱水预处理技术、污泥物性测试方法、絮凝剂单独调理强化污泥脱水技术、絮凝剂复合调理强化污泥脱水技术、热水解预处理强化污泥脱水技术、热水解污泥的流动行为、污泥资源化利用、总结与展望。

本书具有较强的技术性和针对性,为污泥脱水减量化工艺设计奠定了理论技术,提供了技术支撑,对解决污泥的脱水问题具有重要的理论意义和应用价值。可为污水处理厂的工艺设计提供依据和参考,也可供从事水处理、环境科学与工程等相关领域的技术人员和研究人员以及高等学校相关专业的师生参阅。

书名：城市污泥强化脱水技术

作者：冯国红著

CIP号：第287060号

ISBN：978-7-122-35864-6

责任编辑：刘兴春　刘兰妹

出版发行：化学工业出版社（北京市东城区青年湖南街13号 100011）

购书咨询：010-64518888

售后服务：010-64518899

网址：http://www.cip.com.cn

版权所有　违者必究

本书紧密围绕“污泥强化脱水理论与技术”这一科学目标,系统开展了基于末端处理处置的技术研发与应用工作。本书主要内容包括概述、污泥脱水预处理技术、污泥物性测试方法、絮凝剂单独调理强化污泥脱水技术、絮凝剂复合调理强化污泥脱水技术、热水解预处理强化污泥脱水技术、热水解污泥的流动行为、污泥资源化利用、总结与展望。

本书具有较强的技术性和针对性,为污泥脱水减量化工艺设计奠定了理论技术,提供了技术支撑,对解决污泥的脱水问题具有重要的理论意义和应用价值。可为污水处理厂的工艺设计提供依据和参考,也可供从事水处理、环境科学与工程等相关领域的技术人员和研究人员以及高等学校相关专业的师生参阅。

书名：城市污泥强化脱水技术

作者：冯国红著

CIP号：第287060号

ISBN：978-7-122-35864-6

责任编辑：刘兴春　刘兰妹

出版发行：化学工业出版社（北京市东城区青年湖南街13号 100011）

购书咨询：010-64518888

售后服务：010-64518899

网址：http://www.cip.com.cn

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前言

污水污泥是城市和工业污水处理厂的主要副产物,近几十年来,随着城市化进程的加快,污泥的产量急剧增加,带来了日益严重的环境污染问题。由于污泥中含有大量的细菌、微生物、无机粒子以及大量的结合水,其特殊本质决定了污泥很难脱水,脱水后滤饼的固含量仅为20%左右。然而我国关于污泥不同处置方式的标准均要求污泥脱水后滤饼固相质量含量大于40%,因此脱水成为污泥处理处置过程中的主要瓶颈。基于环保与经济并重的理念,如何最大限度地提高污泥的处理能力、降低滤饼含水率以满足污泥后续的处理处置要求是目前亟待解决的问题,也是编写本书的主要目的。

在众多的污泥预处理技术中,化学絮凝调理以其辅助设备成本低、操作简单等优点一直备受各个污水处理厂的青睐。热水解是污泥破壁处理的主要方法,近年来也得到了广泛关注,其研究焦点在于如何利用热水解技术提高污泥的厌氧消化性能、获取反硝化碳源以及如何利用热水解进一步对污泥进行脱水减量处理。

为了解决污泥脱水困难问题,笔者将自己十余年在污泥脱水方面取得的科研成果进行总结,紧密围绕“污泥强化脱水理论与技术”这一科学目标,系统开展了基于末端处理处置的技术研发与应用工作,针对化学絮凝预处理及热水解预处理改善污泥脱水理论展开了大量新颖、详细的论述,并介绍了不同预处理方式下污泥的物理化学特性。本书主要内容包括:概述;污泥脱水预处理技术;污泥物性测试方法;絮凝剂单独调理强化污泥脱水技术;絮凝剂复合调理强化污泥脱水技术;热水解预处理强化污泥脱水技术;热水解污泥的流动行为;污泥资源化利用;总结与展望。

本书具有较强的技术性和针对性,为污泥脱水减量化工艺设计奠定了理论基础,提供了技术支撑,对解决污泥的脱水问题具有重要的理论意义和应用价值。可为污水处理厂的工艺设计提供依据和参考,也可供从事水处理、环境科学与工程等相关领域的技术人员和研究人员以及高等学校相关专业的师生参阅。

本书部分研究成果是在国家青年基金(21606157)、山西省青年基金(20152014)、太原科技大学博士启动基金(20151024)的支持下完成的,在此表示衷心感谢。同时,笔者在研究和撰写本书过程中引用了部分相关期刊文献、专著和资料,在此对上述作品的作者表示感谢。

限于著者的知识水平和时间,不妥和疏漏之处在所难免,敬请读者批评指正。

著者　　　

2019 年8 月于太原

第1章　概述

污水污泥(简称污泥)是城市和工业污水处理厂的主要副产物,近几十年来,随着城市化进程的加快,废水的排放量急剧增加,带来了日益严重的环境污染问题^[1]。1991年,我国城市干污泥产量约8.9×10⁵t,2003年约2.96×10⁶t,2007年约3.88×10⁶t^[2,3]。截至2011年4月我国已投入运行的城镇污水处理厂2739座,总设计处理能力1.25×10⁸m³/d,平均处理水量为9.6×10⁷m³/d。按照污泥产量约为污水处理量的0.3%~0.5%计算,我国的污泥年产量已达到1.75×10⁸t(以含水率为97%计),干污泥产量5.32×10⁶t^[4]。据前瞻产业研究院发布的《中国污泥处理处置深度调研与投资战略规划分析报告》统计数据显示,预计2019年我国污泥总产生量将达到6.325×10⁷t,2020年我国污泥产生量将超7.0×10⁷t。2021年我国污泥产量将突破8.0×10⁷t。未来五年(2019~2023年)年均复合增长率约为11.49%,并预测在2023年我国污泥产生量将达到9.772×10⁷t,给环境带来日益严重的污染,尤其是对土壤平衡系统的破坏以及地下水体的污染。

1.1　污泥分类

污泥是指在废水和净水处理过程中产生的固态、半固态废物,是由各种有机微生物以及无机颗粒组成的絮状胶体悬浮液,其来源和形成过程极其复杂。污泥的成分、性质主要取决于处理水的成分、性质和处理工艺。

污泥按照不同的分类标准可以分为以下几类。

(1)按照来源特征

按照污水的来源特征可以将污泥分为生活污水处理厂污泥、工业废水污泥和净水厂污泥。

(2)按照处理方法和分离过程

按照处理方法和分离过程,污泥可分为沉淀污泥(包括物理沉淀污泥、混凝沉淀污泥和化学沉淀污泥)及生物处理污泥,生物处理污泥指在城市污水处理厂二级处理过程中产生的污泥,包括活性污泥法产生的剩余污泥和生物滤池及生物膜法产生的腐殖质污泥。

(3)按照化学成分

按照化学成分可以将污泥分为有机质污泥和无机质污泥,亲水污泥和疏水污泥。有机质污泥是指以有机物为主的污泥,其主要特性是有机物含量高,容易腐化发臭,颗粒较细,密度较小,含水率高且不易脱水,是呈胶状结构的亲水性物质,便于用管道输送,属于亲水性污泥。一般来说,生活污水污泥和混合污水污泥均属于有机质污泥。无机质污泥是指以无机物为主的污泥,又常称之为沉渣,其特点是颗粒较大,含水率较低且易于脱水,但流动性较差,不易用管道运输,属于疏水性污泥。给水处理沉砂池以及某些工业废水物理、化学处理过程中的沉淀物均为无机质污泥。

(4)按照处理工艺和阶段

按照处理的工艺和不同阶段,可以将污泥分为以下几类。

1)浮渣　主要来自除渣池、除油池、初次沉淀池、二次沉淀池、浓缩池、消化池等。这些池中形成的浮渣层组分可能包括油脂、植物油、矿物油、动物脂肪、蜡、食物残渣、菜叶、毛发、纸、纺织物、橡胶或者塑料制品等。

2)生污泥　一般是指从沉淀池(包括初沉池和二沉池)排出来的沉淀物或悬浮物的总称,又称为新鲜污泥。这类污泥含有大量的动植物残体,有机物含量很高,化学性质很不稳定,含水率一般为95%~97%,不易脱水干化。其中,从生化处理二次沉淀池产生的沉淀物又称为活性污泥。

3)活性污泥　是指在活性污泥法系统中的污泥。主要由菌胶团等微生物组成,呈凝聚状态,含水率达99%~99.5%,不易脱水,化学稳定性差。外观为褐色,不含大颗粒物质。如果颜色很深,则污泥可能腐化;如果颜色较淡,则可能曝气不足。当设施运行良好时,活性污泥无特别的异味,但会较快地腐化。由二次沉淀池排出至曝气池的活性污泥称为回流污泥,由二次沉淀池(或者由曝气池)排出至污泥处理设施的活性污泥称为剩余活性污泥。

4)膨胀污泥　污泥膨胀一般是由丝状菌过度繁殖引起的,使本应在二次沉淀池中沉淀的活性污泥漂浮在水面上。膨胀污泥中的固体物含量较低,但污泥指数很高。在二次沉淀池中产生污泥膨胀是污水生物处理过程中不希望发生的一种现象。

5)消化污泥　指污水处理厂中经消化设施消化处理后的污泥。如果是在好氧条件下消化(如在曝气池中)的污泥,称为好氧消化污泥(好氧稳定污泥);其为褐色至深褐色的絮状物,通常有令人讨厌的陈腐污泥的气味,消化好的污泥易于脱水。好氧消化后的污泥含水率一般为96%~98%。如果是在厌氧条件下消化(如在封闭的厌氧消化池中)的污泥,则称为厌氧消化污泥(厌氧稳定污泥);其为深褐色至黑色,并含有大量的气体。消化良好的污泥气味较轻,否则会有硫化氢和其他一些气体的气味。厌氧消化后的污泥含水率一般为90%~97%;含水率为90%~95%的初沉污泥,消化后的含水率典型值为93%;含水率为93%~97.5%的初沉污泥和剩余活性污泥的混合污泥,消化后的含水率典型值为96.5%。

6)浓缩污泥　是指生污泥经浓缩处理后得到的污泥。污泥浓缩主要是减缩污泥的间隙水,经浓缩后的污泥近似糊状,但仍保持流动性。污泥浓缩是降低污泥含水率、减少污泥体积的有效方法。污泥浓缩的方法有沉降法、气浮法和离心法。

7)脱水污泥　是指经脱水处理后得到的污泥。污泥脱水是将流态的原生、浓缩或消化污泥脱除水分,转化为半固态或固态泥块的一种污泥处理方法。经过脱水后,污泥含水率可降低到55%~80%,具体视污泥和沉渣的性质及脱水设备的效能而定。污泥脱水的方法,主要有自然干化法、机械脱水法和造粒法;其中,自然干化法和机械脱水法适用于污水污泥,造粒法适用于混凝沉淀的污泥。

8)干化污泥　是指经干化处理后得到的污泥,将脱水污泥再进一步脱水则称污泥干化,干化污泥的含水率低于10%。

1.2　污泥特性和危害

1.2.1　城市污泥的物理特性

城市污泥的物理性质主要包括污泥的含水量与含水率、流变特性、脱水性能(通常由过滤比阻评价)、压缩性、分形特征、湿污泥与干污泥的相对密度、挥发性固体和灰分、可消化程度、污泥的肥分、燃烧价值、毒性和环境危害性等^[5]。

(1)城市污泥的含水量与含水率

城市污泥中所含水分的多少叫作污泥的含水量,其大小通常用含水率来表示,指水分在污泥中所占的质量分数(%)。

P=×100%(1⁃1)

式中　P——城市污泥的含水率;

m_w——城市污泥中水分的质量;

m_s——城市污泥的总质量。

城市污泥的含水率较高通常达到95%以上,污泥中的水分主要包括间隙水、毛细水、内部水和附着水,如图1⁃1所示。

① 间隙水。又称为自由水,指存在于污泥颗粒间隙中的水,约占污泥水分的70%,一般通过重力浓缩即可去除。

② 毛细水。存在于污泥颗粒间的毛细管中,约占污泥水分的20%,通常采用高压机械脱水方法去除。

③ 内部水和附着水。黏附于污泥颗粒表面的附着水和存在于其内部(包括生物细胞内的水)的内部水,约占污泥中水分的10%,一般要通过细胞破碎或干化方法才能去除。

图1⁃1　污泥水分分类

(2)城市污泥的脱水性能

污泥的脱水性能不仅与污泥性质、调理方法等有关,还与脱水机械种类有关。在污泥脱水前进行预处理,改变污泥颗粒的物化性质,破坏其胶体结构,减少污泥颗粒与水的亲和力,从而改善脱水性能,这一过程称为污泥的预处理或调理。常用污泥过滤比阻(SRF)和毛细吸水时间(CST)两项指标来评价污泥的脱水性能,其值越大,越难过滤,污泥脱水性能越差。一般地说,SRF<10¹¹m/kg时,滤饼过滤时阻力小,为容易过滤的滤饼;SRF在10¹²~10¹³m/kg范围内的滤饼,为中等过滤阻力的滤饼;SRF>10¹³m/kg的滤饼,为过滤阻力很大的难过滤滤饼^[6,7]。

(3)城市污泥的压缩性

城市污泥的压缩性是指污泥脱水后滤饼的压缩性,指絮团颗粒在压力作用下的变形和颗粒在滤

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