污泥生物處理技術(shù)

前言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化水平的不斷提高，工業(yè)污水和生活污水的排放量日益增多，污水處理廠污泥產(chǎn)量急劇增加。據(jù)統(tǒng)計，2006年我國城市污水處理廠產(chǎn)生污泥（含水率80％）高達(dá)15000kt，是生活垃圾清運量的8％。我國環(huán)境保護(hù)“十一五”規(guī)劃明確要求，到2010年，所有城市的污水處理率不低于60％。我國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部計劃從2006年到2010年，新建城市污水處理廠1000余座，污水處理能力將由2005年的12000kt/d增加到50000～60000kt/d，污水處理廠污泥（含水率80％）年排放量將達(dá)到30000kt。另外，我國緊鄰城市的河流和湖泊已經(jīng)受到嚴(yán)重污染，含有高濃度重金屬和有毒有機(jī)物的底泥急需挖掘、疏浚和處理。有些湖泊的底泥，其有機(jī)物含量很高，污水處理廠處理污泥的方法也適合于處理湖泊底泥。為方便起見，本叢書把污水處理廠污泥和受到嚴(yán)重污染的河流湖泊底泥一起統(tǒng)稱為污泥。但是，在可能的情況下，仍然會把污水處理廠污泥和河流湖泊底泥分別描述。我國城市污水處理廠污泥處理起步較晚，與國外先進(jìn)國家相比，我國的污泥處理和處置技術(shù)還有一定差距。我國大多數(shù)較早建設(shè)的污水處理廠沒有完善的污泥處理系統(tǒng)，新建的規(guī)模較大的污水處理廠雖然一般都有比較完善的污泥處理工藝，但真正完全投入運行且運行情況良好的污水處理廠還不多，其中，利用污泥消化產(chǎn)生的沼氣發(fā)電的就更少了。究其原因，一方面是我國經(jīng)濟(jì)實力所限；另一方面是我國污泥處理起步較晚，缺乏設(shè)計及運行經(jīng)驗，管理規(guī)范不健全、資金投入不足，缺少成套處理處置技術(shù)設(shè)備以及足夠數(shù)量的管理和科技人才。污泥中含水率很高，其中高含量有機(jī)物寄生著各種細(xì)菌、病毒和寄生生物，同時，污泥中還濃縮著鋅、銅、鉛和鎘等重金屬化合物以及有毒化合物、殺蟲劑等。污泥結(jié)構(gòu)的復(fù)雜多變性決定了對其進(jìn)行高效處理存在一定的難度。在污泥堆肥方面，通過添加木屑、塊狀物等材料增加污泥孔隙率，降低污泥含水率，以實現(xiàn)強(qiáng)制通風(fēng)。污泥堆肥存在的主要問題是污泥所含重金屬和鹽量往往高于有機(jī)肥，使用受到限制。必須指出的是，未經(jīng)適當(dāng)處理的污泥，是不允許農(nóng)用的，也無法作為綠化有機(jī)肥使用。

內(nèi)容概要

　　《污泥生物處理技術(shù)》內(nèi)容包括污泥的厭氧消化產(chǎn)甲烷技術(shù)、厭氧消化過程的理論模型、污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷的工程設(shè)計與實例、污泥厭氧消化產(chǎn)氫技術(shù)、污泥堆肥技術(shù)和污泥的蚯蚓生態(tài)處置技術(shù)和常用檢測方法。　　《污泥生物處理技術(shù)》是《污泥處理與資源化叢書》中的一冊，適合從事污泥厭氧消化技術(shù)、污泥生物堆肥技術(shù)等工程設(shè)計人員和管理人員，以及大中專師生和科研人員參考閱讀。

書籍目錄

1 概論1.1 污泥的來源與分類1.1.1 城市污泥的來源1.1.2 城市污泥的分類1.1.3 城市污泥的性質(zhì)1.2 城市污泥的處理與處置工藝1.2.1 城市污泥的處理工藝1.2.2 城市污泥的處置工藝1.2.3 污泥的資源化利用1.2.4 污泥的減量化技術(shù)1.3 城市污泥的生物處理與處置現(xiàn)狀1.3.1 國內(nèi)對城市污泥的生物處理與處置現(xiàn)狀1.3.2 國外對城市污泥的生物處理與處置現(xiàn)狀1.4 適合生物方法處理的污泥性質(zhì)1.4.1 生物處理法對城市污泥性質(zhì)的要求1.4.2 不適合生物方法處理的污泥類別2 污泥的厭氧消化產(chǎn)甲烷技術(shù)2.1 污泥厭氧消化機(jī)理2.1.1 污泥厭氧消化階段學(xué)說2.1.2 污泥厭氧消化的微生物學(xué)原理2.2 污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷的工藝2.2.1 一段式厭氧消化工藝2.2.2 兩相厭氧消化工藝2.2.3 三階段污泥厭氧消化工藝2.3 影響污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷的因素2.3.1 pH值2.3.2 堿度2.3.3 丙酸2.3.4 攪拌2.3.5 重金屬2.3.6 碳氮摩爾比2.3.7 溫度2.3.8 氧化還原電位2.3.9 揮發(fā)性脂肪酸2.3.10 水力停留時間與有機(jī)負(fù)荷2.4 污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷技術(shù)進(jìn)展2.4.1 污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷研究現(xiàn)狀2.4.2 污泥厭氧消化處理存在的主要問題3 厭氧消化過程的理論模型3.1 污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷動力學(xué)原理3.1.1 概述3.1.2 厭氧消化動力學(xué)原理3.2 污泥厭氧消化模型的參數(shù)求解3.2.1 模型參數(shù)求解的方法3.2.2 微分法求解動力學(xué)參數(shù)3.2.3 遺傳算法在求解動力學(xué)參數(shù)中的應(yīng)用4 污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷的工程設(shè)計與實例4.1 完全混合式（CSTR）反應(yīng)器4.1.1 完全混合式反應(yīng)器的基本構(gòu)造4.1.2 完全混合式反應(yīng)器的運行實例4.2 UASB反應(yīng)器4.2.1 UASB原理4.2.2 UASB反應(yīng)器的構(gòu)成4.2.3 UASB反應(yīng)器的主要設(shè)備4.2.4 其他設(shè)計考慮4.2.5 附屬設(shè)備4.3 卵形反應(yīng)器4.3.1 卵形反應(yīng)器的基本構(gòu)造4.3.2 卵形反應(yīng)器的設(shè)計計算4.3.3 卵形反應(yīng)器的運行實例4.4 IC反應(yīng)器4.4.1 IC厭氧反應(yīng)器4.4.2 IC反應(yīng)器的運行實例5 污泥厭氧消化產(chǎn)氫技術(shù)5.1 污泥厭氧消化產(chǎn)氫技術(shù)進(jìn)展5.1.1 對生物制氫的認(rèn)識5.1.2 國內(nèi)外對污泥厭氧消化產(chǎn)氫的研究5.1.3 國內(nèi)外污泥厭氧消化產(chǎn)氫趨勢5.2 污泥厭氧消化產(chǎn)氫的機(jī)理5.2.1 厭氧消化產(chǎn)氫的微生物學(xué)原理5.2.2 影響污泥厭氧消化產(chǎn)氫的因素5.3 污泥厭氧消化產(chǎn)氫工藝5.3.1 預(yù)處理工藝5.3.2 污泥消化添加劑工藝6 污泥堆肥技術(shù)6.1 污泥制肥技術(shù)的研究進(jìn)展與應(yīng)用前景6.1.1 污泥堆肥的研究進(jìn)展6.1.2 污泥堆肥的應(yīng)用前景6.2 污泥好氧堆肥的原理6.2.1 污泥堆肥的原理6.2.2 污泥堆肥過程的物質(zhì)變化6.2.3 污泥及污泥堆肥農(nóng)業(yè)利用的效果6.3 污泥好氧堆肥的工藝控制參數(shù)6.3.1 原料6.3.2 水分6.3.3 碳氮摩爾比6.3.4 pH值6.3.5 粒度6.3.6 氧氣濃度6.3.7 發(fā)酵溫度6.3.8 重金屬含量的控制6.3.9 持久性有機(jī)污染物的控制6.4 污泥堆肥的重金屬問題6.4.1 污泥中的重金屬污染及研究狀況6.4.2 污泥中重金屬活性的控制6.4.3 污泥堆肥中重金屬殘留解決方案7 污泥的蚯蚓生態(tài)處置技術(shù)7.1 蚯蚓處理處置污泥的原理7.1.1 蚯蚓的生理特性7.1.2 蚯蚓的活動規(guī)律7.2 蚯蚓處理處置污泥的工藝7.2.1 坑池式處置法7.2.2 箱式處置法7.2.3 蚯蚓生物濾池7.3 蚯蚓處置污泥的操作方法7.3.1 處置前的準(zhǔn)備工作7.3.2 污泥預(yù)處理7.3.3 日常管理8 常用檢測方法8.1 CODcr的密封催化消解法8.1.1 范圍8.1.2 原理8.1.3 水樣的采集與保存8.1.4 試劑8.1.5 儀器8.1.6 操作步驟8.1.7 結(jié)果計算8.1.8 注意事項8.2 生化需氧量（BOD5）的測定——稀釋與接種法8.2.1 范圍8.2.2 定義8.2.3 原理8.2.4 試劑8.2.5 儀器8.2.6 樣品的貯存8.2.7 操作步驟8.2.8 結(jié)果計算8.3 堿度（總堿度、重碳酸鹽和碳酸鹽）的測定——酸堿滴定法8.3.1 范圍8.3.2 原理8.3.3 干擾及消除8.3.4 方法的適用范圍8.3.5 試劑8.3.6 儀器8.3.7 操作步驟8.3.8 結(jié)果計算8.4 堿度（總堿度、重碳酸鹽和碳酸鹽）的測定——電位滴定法8.4.1 范圍8.4.2 原理8.4.3 試劑8.4.4 儀器8.4.5 操作步驟8.4.6 結(jié)果計算8.4.7 精密度與準(zhǔn)確度8.5 總氮的測定——堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法8.5.1 范圍8.5.2 定義8.5.3 原理8.5.4 試劑8.5.5 儀器和設(shè)備8.5.6 試樣制備8.5.7 操作步驟8.5.8 結(jié)果計算8.6 氨氮的測定——納氏試劑比色法8.6.1 范圍8.6.2 原理8.6.3 試劑8.6.4 儀器8.6.5 采樣及樣品8.6.6 操作步驟8.6.7 結(jié)果計算8.6.8 樣品的蒸餾預(yù)處理（補(bǔ)充件）8.7 總磷的測定——鉬酸銨分光光度法8.7.1 范圍8.7.2 原理8.7.3 試劑8.7.4 儀器8.7.5 試樣制備8.7.6 操作步驟8.7.7 結(jié)果計算參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：丙酸濃度的增加對產(chǎn)甲烷菌有抑制作用，因此丙酸積累會造成系統(tǒng)失衡。研究表明，通過加入苯酚造成系統(tǒng)中丙酸濃度增加（苯酚厭氧降解產(chǎn)生丙酸）時，丙酸濃度最高積累至2750mg／L，同時pH值低于6.5在此條件下未觀察到對底物葡萄糖產(chǎn)甲烷的抑制作用，因此有人認(rèn)為，丙酸的高濃度并不意味著厭氧消化系統(tǒng)的失衡。從以上的分析可以看出，系統(tǒng)失衡時常常伴隨著丙酸的積累，但是丙酸積累可能只是系統(tǒng)失衡的結(jié)果，并不是原因。控制厭氧消化系統(tǒng)中的丙酸積累，應(yīng)當(dāng)控制合適的條件以減少丙酸的產(chǎn)生，并且同時創(chuàng)造有利條件促進(jìn)丙酸轉(zhuǎn)化。首先，可以采用兩相厭氧消化工藝。水解產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌的最佳生長環(huán)境條件不同，通過相分離可以有效地為兩類微生物提供優(yōu)化的環(huán)境條件。適當(dāng)控制產(chǎn)酸相的pH值從而抑制丙酸的產(chǎn)生，在產(chǎn)甲烷相中，由于較低的氫分壓以及利用氫的產(chǎn)甲烷菌的存在，促進(jìn)丙酸被有效轉(zhuǎn)化，從而提高反應(yīng)器效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性。在廢水高溫厭氧處理中，當(dāng)丙酸是主要的有機(jī)污染物而氫氣的產(chǎn)生不可避免時，應(yīng)采用兩相厭氧反應(yīng)器，在第二相中，丙酸可以被去除。兩相系統(tǒng)處理能力提高的原因主要為在第二個反應(yīng)器中，氫分壓的降低促進(jìn)了丙酸的氧化。由于有機(jī)負(fù)荷的提高往往造成丙酸的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致丙酸的積累和系統(tǒng)的失衡，所以，抑制厭氧消化系統(tǒng)中的丙酸積累，還可以選擇抗沖擊負(fù)荷的反應(yīng)器形式。當(dāng)處理水質(zhì)或水量波動大的廢水時，選用抗沖擊負(fù)荷的反應(yīng)器形式就能有效增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。和其他形式的厭氧反應(yīng)器相比，厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）具有良好的抗沖擊負(fù)荷能力，它將反應(yīng)器分成不同的隔室，在每一個隔室中，水流呈完全混合的狀態(tài)以促進(jìn)微生物和基質(zhì)的接觸，而整個反應(yīng)器中，水流則是推流狀態(tài)以實現(xiàn)微生物種群的分離。當(dāng)發(fā)生沖擊負(fù)荷時，第一個隔室中較低的pH值和較高的底物濃度使產(chǎn)乙酸菌和丁酸發(fā)酵菌大量生長，從而限制了產(chǎn)丙酸菌的生長。雖然第一個隔室會發(fā)生氫的積累，但是多隔室的構(gòu)造使過量的氫氣可以從系統(tǒng)排出，從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2.3.4 攪拌厭氧消化是細(xì)菌體內(nèi)的內(nèi)酶和外酶與底物進(jìn)行的接觸反應(yīng)，因此，必須使二者充分混合，才能有效地反應(yīng)。一般情況下，厭氧消化裝置需要設(shè)置攪拌設(shè)備。攪拌的目的是使消化原料分布均勻，增加微生物與消化基質(zhì)的接觸，也使發(fā)酵的產(chǎn)物及時分離，從而提高產(chǎn)氣量，加速反應(yīng)，充分利用厭氧消化池的體積。若攪拌不充分，除代謝率下降外，還會引起反應(yīng)器上部泡沫和浮渣層，以及反應(yīng)器底部沉積固體物的大量形成。通過改變消化罐的形狀和攪拌辦法，可提高攪拌效率?；旌蠑嚢璧姆椒S消化狀態(tài)的不同而異，對于液態(tài)發(fā)酵用泵噴水?dāng)嚢璺ǎ粚τ诠虘B(tài)或半固態(tài)用消化氣循環(huán)攪拌法和機(jī)械混合攪拌法等。適當(dāng)?shù)臄嚢枋枪に嚳刂频闹匾M成部分。

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