废物资源综合利用技术丛书—污泥处理处置与资源综合利用技术

随着我国社会经济的快速发展和城市化水平的不断提高，国内生活污水和工业污水的排放量日益增多，污水处理厂污泥产量和工业污泥产量亦随之增加。污泥含水率很高，成分复杂多变，其中除了含有大量的有机物和丰富的氮、磷等营养物质，还存在各种细菌、病毒和寄生生物等有毒有害成分，同时由于来源的不同，污泥中还可能浓缩着汞、铬、铅和镉等重金属化合物以及难降解的有毒化合物等。若这些污泥得不到妥善处理，经会对生态环境造成破坏，并损害人类健康。然而，我国城市污水处理厂污泥处理起步较晚，与国外发达国家相比，我国的污泥处理处置和资源化利用技术还有一定差距。因此，中国在污水处理事业不断取得进步的同时，将面临巨大的污泥处理处置压力。对污泥进行因地制宜、因时制宜的处理处置与资源化利用技术是贯彻落实环境保护基本国策并推动战略性新兴产业的重要组成部分，是实现可持续发展的重要途径。 《污泥处理处置与资源综合利用技术》是《废物资源综合利用技术》丛书中的一分册，也是一本专门阐述污泥处理处置与资源综合利用技术的图书，主要内容包括：概论、污泥处理处置与资源化法规政策与标准、污泥浓缩和脱水技术、污泥稳定化技术、污泥干化技术、污泥焚烧技术、污泥堆肥与农用技术、污泥建材利用技术、污泥能源利用系统与技术。 本书在编著中非常注重内容的全面性和前瞻性，较系统的介绍了污泥的处理处置与资源综合利用技术；同时本书还具有理论联系实际的特点，在说明各种技术原理的基础上，结合了污泥处理处置与资源化利用的工程实例，对相关技术进行进一步阐述，具有一定程度的参考借鉴价值，可供环境科学与工程、能源工程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工程、市政工程及相关专业师生参阅。 

本书共9章，以污泥处理处置与资源化为主题，分析了污泥的产生、特性以及影响因素，讨论了国内外的技术应用情况，分析了国家的相关政策，介绍了污泥处理处置与资源化的技术、工艺和设备以及应用工程案例。具体包括污泥特性和来源、污泥处理处置与资源化现状分析、技术政策法规和标准、污泥浓缩调理和脱水、污泥消化、污泥干化、污泥焚烧、污泥堆肥、污泥建材利用、污泥热能利用以及污泥制备活性炭等其他资源化技术、污泥处理处置与资源化技术工程实例等相关内容。本书具有较强的技术应用性，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工程、市政工程及相关专业师生参阅。

蒋自力：国家环境保护污泥处理处置与资源化工程技术中心主任，高级工程师，环境理工学院工学博士。 曾参加北京市经济委员会组织的课题，获北京工业第十四届管理成果二等奖。先后主持过北京市科委项目的“危险废弃物焚烧项目”和“城市垃圾综合处理项目”。通过实施该项目，完成了十几台（套）的垃圾处理（成套）设备，分布全国十几个省市。先后参与多个具有国内先进水平和重要影响力的焚烧项目。2004-2005年，领导科技人员承担了四项国家863计划项目，开发出具有国际先进水平的XKH1600大型汽轮机叶片加工中心，实现了批量生产和销售，获得中国机械工业科学技术一等奖和北京市科学技术一等奖。2006年开始重点研究市政污泥处理、生活垃圾处理等环保领域。主持调研了带式污泥干化机、桨叶式污泥干化机等传统污泥干化设备。赴日本考察了横滨污泥处理处置中心，主持引进了澳大利亚For earth公司的生物菌种，此菌种可对活性污泥进行分解消化。通过对年对污泥处理的研究，开发了污泥干化、焚烧、堆肥、建材利用、生物处理等资源化利用技术。带队承揽机械局重点研发项目污泥水热干化项目。主持建设《呼和浩特100t/d污泥水热干化处置项目》、《温州240t污泥干化焚烧项目》等一批具有代表性的示范工程项目。目前正在主持《污泥水热干化技术的合作研究》，《污泥干化焚烧成套设备研发》等多个污泥项目。并发表多篇学术论文。

第1章概论

1.1污泥的来源、分类、成分和性质001

1.1.1污泥的来源001

1.1.2污泥的分类003

1.1.3污泥的成分005

1.1.4污泥的性质指标008

1.2污泥的危害及处理处置原则022

1.2.1污泥对水体环境的影响022

1.2.2污泥对土壤环境的影响023

1.2.3污泥对大气环境的影响024

1.2.4污泥的其他潜在环境影响024

1.2.5污泥处理处置与资源化的技术原则025

1.3污泥排放状况和产量预测026

1.3.1污泥排放状况分析与估算026

1.3.2影响污泥产量的因素028

1.3.3污泥产量的预测032

1.4污泥处理处置与资源化的基本方法040

1.4.1国内外污泥处理处置与资源化技术介绍042

1.4.2国内污泥处理处置的基本方法047

1.4.3国外污泥处理处置的基本方法049

参考文献052

第2章污泥处理处置与资源化法规政策与标准

2.1国外污泥处理处置与资源化法规政策与标准053

2.1.1欧盟及其成员国053

2.1.2美国060

2.1.3其他国家067

2.2我国污泥处理处置与资源化法规政策068

2.2.1法律法规068

2.2.2法令条例、管理办法069

2.2.3行业政策071

2.3我国污泥处理处置与资源化标准074

2.3.1我国现有的污泥标准概况074

2.3.2污泥处理处置及资源化利用标准083

参考文献083

第3章污泥浓缩和脱水技术

3.1污泥中水的存在形式及去除方式084

3.2污泥的调理技术085

3.2.1化学调理技术086

3.2.2物理调理技术102

3.2.3生物调理技术107

3.2.4其他污泥调理技术122

3.2.5发展趋势123

3.3污泥浓缩技术概况124

3.3.1污泥浓缩效果的测定124

3.3.2重力浓缩技术125

3.3.3气浮浓缩技术133

3.3.4离心浓缩技术138

3.3.5转鼓浓缩技术140

3.3.6其他浓缩技术142

3.3.7常用浓缩技术对比及发展趋势146

3.4污泥的脱水技术147

3.4.1污泥脱水性能的评价指标和影响因素147

3.4.2自然干化技术152

3.4.3带式压滤脱水技术156

3.4.4板框压滤脱水技术159

3.4.5螺旋压榨脱水技术162

3.4.6离心脱水技术164

3.4.7真空过滤脱水技术168

3.4.8电渗透脱水技术170

3.4.9污泥脱水技术发展趋势173

3.5工程实例175

3.5.1上海市石洞口污水处理厂污泥机械浓缩及脱水处理工程175

3.5.2桂林市北冲污水处理厂污泥离心脱水处理工程176

3.5.3石家庄第八水厂污泥浓缩及脱水处理工程178

3.5.4厦门市城市污泥深度脱水处理和资源化处置利用工程180

3.5.5广州市南洲水厂污泥浓缩及脱水处理工程180

3.5.6苏州新区水厂污泥浓缩及脱水处理工程182

3.5.7河南许昌污水处理厂污泥浓缩脱水一体化处理工程183

3.5.8荷兰斯鲁斯耶第克污泥处理厂浓缩处理工程184

3.5.9芝加哥市Stickney污水处理厂污泥离心脱水处理工程185

3.5.10德国明斯特污水处理厂污泥机械浓缩处理工程186

参考文献188

第4章污泥稳定化技术

4.1污泥稳定化技术概述189

4.2污泥厌氧消化技术190

4.2.1厌氧消化的原理191

4.2.2厌氧消化工艺203

4.2.3厌氧消化主要影响因素208

4.2.4厌氧消化过程的理论模型217

4.2.5厌氧消化的工艺设计226

4.2.6气体收集与处置244

4.2.7消化系统的运行管理与维护246

4.2.8厌氧消化的优缺点254

4.2.9厌氧消化经济性分析255

4.3污泥好氧消化技术256

4.3.1好氧消化的原理及工艺257

4.3.2好氧消化主要影响因素263

4.3.3好氧消化操作的控制参数264

4.3.4好氧消化稳定性的评价指标266

4.3.5好氧消化的工艺设计要点268

4.3.6好氧消化的优缺点271

4.3.7好氧消化费用分析271

4.4碱法稳定272

4.4.1预石灰稳定和后石灰稳定274

4.4.2工艺基本原理276

4.4.3碱性物质材料278

4.4.4碱法稳定工艺283

4.4.5碱法稳定工艺的控制参数289

4.4.6碱法稳定工艺的设计要点290

4.4.7碱法稳定工艺的经济分析294

4.5工程实例295

4.5.1北京小红门厌氧消化项目(卵形消化)295

4.5.2大连夏家河厌氧消化项目(柱形利浦消化)297

4.5.3北京方庄石灰稳定干化项目299

参考文献300

第5章污泥干化技术

5.1污泥干化技术概述301

5.1.1污泥干化技术概述301

5.1.2污泥干化技术的基础原理301

5.1.3污泥干化技术的分类303

5.1.4污泥干化技术的国内外研究及应用现状303

5.2直接加热转鼓干化技术304

5.2.1直接加热转鼓式干燥机的基本结构和工作原理305

5.2.2直接加热转鼓干化技术的工艺及设计要点306

5.2.3直接加热转鼓干化技术的平衡计算310

5.2.4直接加热转鼓干化技术的经济性分析313

5.3间接加热转鼓干化技术313

5.3.1间接加热转鼓干化技术的基本结构和工作原理314

5.3.2间接加热转鼓干化技术的工艺及设计要点322

5.3.3间接加热转鼓干化技术的平衡计算325

5.3.4间接加热转鼓干化技术的经济性分析329

5.4流化床干燥技术329

5.4.1流化床干燥机的工作原理和基本结构329

5.4.2流化床干化技术工艺及设计要点337

5.4.3流化床干燥机的平衡计算及参数控制339

5.4.4流化床干燥机主体工艺尺寸的计算343

5.4.5流化床干燥机的结构设计345

5.4.6流化床干燥机的经济性分析346

5.5桨叶式干化技术347

5.5.1桨叶式干燥机的工作原理和基本结构347

5.5.2桨叶式干化技术工艺及设计要点355

5.5.3桨叶式干燥机的平衡计算及参数控制357

5.5.4空心桨叶式干燥机结构设计361

5.5.5桨叶式干燥机的经济性分析362

5.6带式干化技术362

5.6.1带式干化技术的工作原理和基本结构362

5.6.2带式干化技术分类365

5.6.3带式干化技术工艺及设计要点367

5.6.4带式干化技术主要控制参数370

5.7污泥水热干化技术373

5.7.1水热干化设备的工作原理和基本结构373

5.7.2水热干化技术工艺及设计要点374

5.7.3水热干化技术的平衡计算及控制参数375

5.7.4水热干化技术的经济性分析376

5.8转盘干化技术376

5.8.1转盘干化技术的工作原理和基本结构376

5.8.2转盘干化技术工艺及设计要点378

5.8.3转盘式干燥机的平衡计算及参数控制380

5.8.4转盘式干燥机的经济性分析382

5.9薄层干化技术382

5.9.1涡轮薄层干化技术的工作原理和基本结构383

5.9.2涡轮薄层干化技术工艺及设计要点383

5.9.3卧式薄层污泥干化技术的经济性分析387

5.10污泥干燥过程的辅助系统388

5.10.1污泥接收及贮存系统388

5.10.2进出口输送系统388

5.10.3供热系统390

5.10.4除尘系统393

5.10.5除臭系统396

5.11污泥干燥的安全性400

5.11.1干化事故的原因400

5.11.2干化风险的形成机理及预防措施401

5.11.3干化过程的安全管理问题403

5.12工程实例404

5.12.1上海市竹园污泥处理工程桨叶式干燥工艺404

5.12.2北京水泥厂污泥涡轮干燥工艺405

5.12.3重庆市唐家沱污泥处理项目组合式两级干化工艺407

5.12.4深圳南山电厂低温带式干化工艺408

参考文献410

第6章污泥焚烧技术

6.1污泥焚烧技术概述411

6.1.1污泥焚烧的发展及其技术特点411

6.1.2污泥焚烧的基本原理412

6.1.3污泥焚烧技术的分类417

6.2多膛焚烧炉420

6.2.1多膛焚烧炉的工作原理和基本结构420

6.2.2多膛焚烧炉的工艺及设计要点421

6.2.3多膛焚烧炉的平衡计算及控制参数423

6.2.4多膛焚烧炉的优缺点分析426

6.3流化床焚烧炉427

6.3.1流化床焚烧炉的工作原理和基本结构427

6.3.2流化床焚烧炉的工艺及设计要点429

6.3.3流化床焚烧炉的平衡计算及控制参数433

6.3.4流化床焚烧炉的优缺点分析435

6.4回转窑焚烧炉435

6.4.1回转窑焚烧炉的工作原理和基本结构435

6.4.2回转窑焚烧炉的工艺及设计要点437

6.4.3回转窑焚烧炉的平衡计算及控制参数441

6.4.4回转窑焚烧炉的优缺点分析442

6.5污泥焚烧炉辅助系统及设备443

6.5.1给料系统443

6.5.2辅助燃料444

6.5.3筑炉材料446

6.5.4烟囱和烟道451

6.5.5飞灰排放453

6.5.6供水453

6.5.7空气传送装置453

6.5.8备用设备454

6.5.9其他系统454

6.6污泥焚烧炉节能技术454

6.6.1主要节能措施454

6.6.2余热回收技术458

6.7污泥焚烧污染控制463

6.7.1飞灰464

6.7.2灰渣466

6.7.3重金属467

6.7.4二英469

6.7.5其他污染物470

6.8工程实例473

6.8.1德国HSM污水处理厂流化床焚烧工艺473

6.8.2萧山污水处理厂污泥焚烧工程475

6.8.3荷兰SNB污泥焚烧厂477

参考文献478

第7章污泥堆肥与农用技术

7.1污泥堆肥技术概述479

7.2污泥的厌氧堆肥技术480

7.2.1厌氧堆肥原理480

7.2.2堆肥过程中碳、氮和磷的转化482

7.2.3堆肥过程中含水率和温度的变化483

7.2.4堆肥过程中pH值的变化483

7.2.5堆肥过程中的NH 4-N变化483

7.3污泥的好氧堆肥技术483

7.3.1好氧堆肥的操作原理484

7.3.2好氧堆肥基本工艺487

7.3.3好氧堆肥的工艺控制参数489

7.3.4堆肥化的质量控制指标492

7.3.5几种好氧堆肥工艺494

7.3.6污泥堆肥的应用前景及其市场分析498

7.4污泥混合堆肥技术499

7.4.1污泥混合城市垃圾堆肥技术499

7.4.2污泥与粉煤灰的混合堆肥工艺与技术500

7.5污泥农业利用技术502

7.5.1污泥农用技术国内外研究现状502

7.5.2污泥农用技术原则505

7.5.3污泥农用前处理技术506

7.5.4污泥堆肥农业回用的安全性要求511

7.5.5污泥农业利用场地的设计515

7.6堆肥过程中的臭气污染与控制518

7.6.1臭气的来源518

7.6.2臭气控制技术519

7.6.3填料状态的监测521

7.6.4气体质量的监测521

7.7工程实例522

7.7.1秦皇岛市污泥处理厂CTB高温好氧工程522

7.7.2北京庞各庄污泥堆肥厂ENS堆肥工艺524

7.7.3北京市密云污水处理厂污泥制肥工程525

参考文献526

第8章污泥建材利用技术

8.1污泥的建材利用技术概况527

8.1.1污泥建材利用概述527

8.1.2污泥建材利用的基本形式528

8.2污泥制砖529

8.2.1污泥制砖技术的基本原理529

8.2.2污泥制砖技术的工艺过程530

8.2.3污泥砖的产品指标532

8.2.4国内外污泥制砖研究应用概况534

8.2.5污泥制砖过程中污染物控制535

8.2.6污泥制砖技术发展中的问题537

8.2.7污泥制砖的经济效益和环境效益537

8.3污泥制水泥制品538

8.3.1水泥生产的基本原理538

8.3.2污泥制水泥工艺过程541

8.3.3污泥制水泥产品性能543

8.3.4国内外污泥制水泥研究应用现状543

8.3.5污泥制水泥的经济效益和环境效益545

8.4污泥制纤维板546

8.4.1纤维板概况546

8.4.2污泥制纤维板的基本原理549

8.4.3污泥制纤维板的一般工艺流程550

8.4.4污泥制纤维板的产品性能552

8.4.5污泥制纤维板的经济效益和环境效益552

8.5污泥制轻质陶粒553

8.5.1轻质陶粒概述553

8.5.2污泥制轻质陶粒的基本原理557

8.5.3污泥制轻质陶粒的工艺过程560

8.5.4不同污泥制取陶粒的研究及应用563

8.5.5污泥制轻质陶粒的产品性能566

8.5.6污泥制轻质陶粒的经济效益和环境效益568

8.6污泥其他建材利用技术568

8.6.1污泥玻璃态骨料等产品生产技术569

8.6.2污泥聚合物复合材料生产技术569

8.6.3污泥作混凝土混料的细填料569

8.6.4污泥制造沸石570

8.7工程实例570

8.7.1江苏金坛污泥制陶粒570

8.7.2上海水泥厂利用污泥制水泥570

8.7.3常州光源热电有限公司掺烧污泥制砖571

参考文献574

第9章污泥能源利用系统与技术

9.1污泥能源利用技术概述576

9.1.1污泥能源利用的理论基础576

9.1.2污泥能源利用技术途径577

9.2污泥制油能源利用系统与技术581

9.2.1污泥制油能源利用概述581

9.2.2污泥低温热解技术581

9.2.3污泥直接热化学液化技术591

9.2.4污泥热解制油技术与直接热化学液化制油技术对比599

9.3污泥焚烧热能利用系统与技术599

9.3.1污泥焚烧热能利用概述599

9.3.2污泥直接焚烧系统与技术600

9.3.3污泥混合焚烧系统与技术604

9.3.4污泥合成燃料技术610

9.3.5污泥焚烧的热能利用616

9.4污泥生物产气技术618

9.4.1污泥厌氧消化的沼气利用系统与技术618

9.4.2污泥厌氧消化的氢气利用系统与技术631

9.5其他污泥能源化利用技术641

9.5.1污泥制燃料电池技术641

9.5.2污泥湿式氧化技术645

9.5.3污泥高温气化制氢648

9.5.4污泥微波与等离子体处理技术649

9.6工程实例650

9.6.1Subiaco污水处理厂污泥制油工程实例650

9.6.2上海石洞口污泥干化焚烧处理工程654

9.6.3重庆市鸡冠石污水厂污泥厌氧消化工艺656

参考文献658

索引

随着我国社会经济的快速发展和城市化水平的不断提高，国内生活污水和工业污水的排放量日益增多，污水处理厂污泥产量和工业污泥产量亦随之增加。污泥含水率很高，成分复杂多变，其中除了含有大量的有机物和丰富的氮、磷等营养物质，还存在各种细菌、病毒和寄生生物等有毒有害成分；同时由于来源的不同，污泥中还可能浓缩着汞、铬、铅和镉等重金属化合物以及难降解的有毒化合物等。若这些污泥得不到妥善处理，就会对生态环境造成破坏，并损害人类健康。然而，我国城市污水处理厂污泥处理起步较晚，与国外发达国家相比，我国的污泥处理处置和资源化利用技术还有一定差距。因此，我国在污水处理事业不断取得进步的同时，将面临巨大的污泥处理处置压力。对污泥进行因地制宜、因时制宜的处理处置与资源化利用技术是贯彻落实环境保护基本国策并推动战略性新兴产业的重要组成部分，是实现可持续发展的重要途径。《污泥处理处置与资源综合利用技术》是《废物资源综合利用技术丛书》中的一个分册，也是一本专门阐述污泥处理处置与资源综合利用技术的图书，内容主要包括概论、污泥处理处置与资源化法规政策与标准、污泥浓缩和脱水技术、污泥稳定化技术、污泥干化技术、污泥焚烧技术、污泥堆肥与农用技术、污泥建材利用技术、污泥能源利用系统与技术。本书在编著中非常注重内容的全面性和前瞻性，较系统地介绍了污泥的处理处置与资源综合利用技术；同时还具有理论联系实际的特点，在说明各种技术原理的基础上，结合了污泥处理处置与资源化利用的工程实例，对相关技术进行进一步阐述，具有一定程度的参考借鉴价值，可供从事污泥处理及资源化工程的设计人员、科研人员和管理人员参考，也可供高等学校环境工程、市政工程及相关专业师生参阅。本书编著具体分工如下：第1章、第2章、第5章、第6章由蒋自力、赵传军、郭漫宇、申维真、李琳、高光宇、武志飞、徐兴华、刘洪伟、骆春晓、任泰峰、王姚、王娜、吴桐、刘红、张智杰（北京京城环保股份有限公司）编著；第3章、第4章由张辉、梁远、张静慧（北京排水集团）编著；第7章由王小庆（中国农业科学院）编著；第8章、第9章由金宜英（清华大学）编著。此外，本书编著过程中参考和引用了一些科研、设计、教学和生产工作同行撰写的著作、论文、手册、教材和学术会议文集等，在此对所有作者表示衷心感谢。同时，由于目前英国脱欧谈判仍在进行，书中所涉及的关于欧盟各成员国的内容也包括英国。受编著者学识和编著时间所限，书中疏漏和不妥之处在所难免，殷切希望读者批评指正。编著者2017年5月