微生物在固体废物和大气污染治理中的应用.ppt

1、第13章 微生物在固体废物和大气污染治理中的应用,2,13.1 固体废物的生物处理,固体废物是指人类在生产、生活过程市产生的对所有者不再具有使用价值而被废弃的固态和半固态物质，包括从废水、废气中分离出来的固体颗粒物质。,3,1.按来源可分为五类：,工业固体废物,农业固体废物,矿业固体废物,城市垃圾,放射性废物,4,2.固体废物对环境的危害A.侵占土地,5,B.污染土壤,塑料垃圾残留3.9克/亩玉米减产 11%13%小麦减产 9%16%大豆减产 5.5%9%蔬菜减产 14.4%54.9%,6,C.污染水体,7,D.污染大气,有害气体如SO2，NH3，CH4和粉尘等,8,3.固体废物处理 是指通过

2、一定的技术手段将固体废物转变成适于运输、利用、贮存或处置的过程、常用的处理技术包括物理处理、化学处理、生物处理、热处理等。,9,生物处理是指依靠自然界广泛分布的微生物的作用，通过生物转化，将固体废物中易于生物降解的有机组分转化为腐殖质肥料、沼气或其他转化产品（如饲料蛋白、乙醇或糖类）等。从而达到固体废物无害化或综合利用的一种处理方法。,10,根据处理过程中起作用的微生物对氧气需求的不同，生物处理可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类。好氧生物处理是一种在提供游离氧的条件下，主要利用好氧微生物使有机物降解并稳定化的生物处理方法。厌氧生物处理是在没有游离氧的条件下。主要依赖厌氧微生物对有机物进行降

3、解并稳定化的一种生物处理方法。,11,目前，对于可生物降解的有机固体废物的处理，世界各同主要采用堆肥、卫生填埋、厌氧发酵等方法。近10年来，我国正在研究小型化有机垃圾微生物处理装置引进先进技术，现在上海除了有引进日本的处理装置外，还研制了日处理量100m3的有机垃圾微生物处理机。筛选、培养出具有高效分解性能的微生物菌种。,12,13.1.1 堆肥法,堆肥法是指在人工控制条件下，利用自然界广泛分布的细菌、放线菌和真菌等微生物将固体废物中可生物降解的有机组分分解，向比较稳定的腐殖质进行生化转化的微生物过程。适用于堆肥法处理的废物主要有城市垃圾、粪便、城市污水及某些工业废水处理过程中产生的污泥、农林

4、废物等。,13,根据堆肥化过程中微生物对氧气的需求情况不同，可区分为好氧堆肥和厌氧堆肥。好氧堆肥是在通气条件好、氧气充足的条件下借助好氧微生物的生命活动降解有机物，通常好氧堆肥堆温高，一般在5560，极限可达80一90所以好氧堆肥也称高温堆肥；厌氧堆肥则是在通气条件差、氧气不足的条件下借助厌氧微生物进行的一种发酵堆肥。现代化的堆肥工艺基本上都是好氧堆肥。,14,(1)好氧堆肥原理 与污水生物处理相似，但堆肥处理只进行到腐熟阶段，并不需有机物的彻底氧化分解。,15,(2)好氧堆肥过程 中温阶段 这是堆肥化过程的起始阶段，堆层基本呈1545的中温，嗜温细菌、真菌和放线菌等嗜温性微生物较为活跃并利用

5、堆肥中最容易分解的可溶性物质进行旺盛的生命活动而迅速增殖，释放出能量，使堆肥温度不断升高。,16,高温阶段 当堆温升至45以上时即进人高温阶段，在这一阶段，堆肥起始阶段的嗜温性微生物受到抑制甚至死亡，取而代之的是一系列嗜热性微生物。,17,高温对于堆肥的快速腐熟起着重要作用。在此阶段，堆肥开始形成腐殖质，并开始出现能溶解于弱碱的黑色物。一般认为，堆温在5060、持续67d，可达到较好的杀灭虫卵和病原菌的效果。,18,降温阶段 亦称腐熟阶段，在内源呼吸后期，剩下的是木质素等较难分解的有机物和新形成的腐殖质。此时微生物的活性下降，发热量减少。温度逐渐下降，嗜温性微生物又逐渐占优势，对残余较难分解的

6、有机物做进一步分解，腐殖质不断积累且稳定化。堆肥进入腐熟阶段。,19,(3)推肥工艺 堆肥工艺有：静态堆肥工艺、高温动态二次堆肥工艺、立仓式堆肥工艺、滚筒式堆肥工艺等。,20,静态堆肥工艺：工艺简单，设备少、处理成本低，发酵周期50d。操作条件差。用人工翻动，第2、7、12d各翻动一次。在以后35d的腐熟阶段每周翻动一次，在翻动的同时可喷洒适量水以补充蒸发的水分。,图 13-1,21,高温动态二次堆肥工艺：分两个阶段,前5-7d为动态发酵，机械搅拌，通气充足空气，好氧菌活性强，温度高，快速分解有机物。发酵7d绝大部分致病菌死亡。7d后用皮带将发酵半成品输送到另一车间进行静态二次发酵，垃圾进一步

7、降解稳定，20-25d完全腐熟。,22,图 13-2,23,立仓式堆肥工艺：立式发酵仑高10-15m、分隔6格。经分选、破碎后的垃圾由皮带输送至仓顶一格，受自重力和栅板的控制，逐日下降至下一格。一周全下降至底部，出料运送到二次发酵车间继续发酵使之腐熟稳定。从顶部至以下五格均通入空气，从顶部补充适量水，温度高，发酵过程极迅速，24h温度上升到50以上，70可维持3d，之后温度逐渐下降。,24,图 13-3,该工艺占地少，升温快，垃圾分解彻底，远行费用低。缺点：水分分布不均匀。,25,滚筒式堆肥工艺：又称达诺生物稳定法。滚筒直径2-4m、长度25-30m，滚筒转速0.4-2.0 r/min。滚筒横

8、卧稍倾斜。经分选、粉碎的垃圾送入滚筒，旋转滚筒垃圾随着翻动并向滚筒层部移动。在旋转过程中完成有机物生物降解、升温、杀菌等过程。5-7d出料。,26,图 13-4,27,第七章,环境生态学导论,垃圾堆肥处理,28,(4)厌氧堆肥原理厌氧堆肥的原理与废水厌氧消化原理相同。厌氧堆肥主要分成两个阶段。第一阶段是产酸阶段。第二阶段为产气阶段。,29,(5)堆肥微生物来源主要有两方面：来自废物里面固有的大量的微生物种群，如在城市垃圾中一般的细菌数量在10141016个kg；人工加入的特殊菌种，这些菌种在一定条件下对某些有机废物具有较强的分解能力，具有活性强、繁殖快、分解有机物迅速等特点，能加速堆肥反应的进

9、程，缩短堆肥反应的时间。,30,13.1.2 卫生填埋法,卫生填埋法：是在堆肥法的基础上发展起来的，其处理原理是利用好氧微生物、兼性厌氧微生物和厌氧微生物处理。填埋场选址通常在市郊，底部要铺水泥层，以防止渗滤液渗漏到地下水。有机固体废弃物一层一层倒入填埋场，压实，按一定路径铺设排气管，以收集甲烷气体。底部铺设渗滤液收集管，以便排放渗滤液处理场处理。渗滤液的化学组分复杂，含有大量有机酸，氨氮含量高，还含有重金属，用厌氧-缺氧-好氧生物处理方法综合处理，最后用化学混凝剂混凝、沉淀再排放到水体，净化程度较高。,31,32,工业废物安全填埋场,33,第七章,环境生态学导论,垃圾填理处理,34,国内外渗

10、滤液处理的主要工艺路线有两条：渗滤液直接(或预处理后)排入市政管网或其他管网，进入市政污水处理厂或其他污水处理厂进行处理；在填埋场内处理渗滤液，达标后直接排放。填埋的废物分解速度较为缓慢，一般需5年的发酵产气。,35,13.1.3 厌氧发酵 厌氧发酵或称沼气发酵，是指在无分子氧存在的条件下，通过厌氧微生物（或兼性微生物）的作用，将有机物分解转化为沼气（主要是甲烷和二氧化碳）的过程。可利用有机垃圾、植物桔秆、人畜粪便、污泥等制取沼气。,36,13.2 废气的生物处理,大气污染物有颗粒物和气体物两类，其中气体污染物占主要部分，包括无机污染物和有机污染物。废气的处理方法有物理方法、化学方法和生物处理

11、法。生物处理法是近年来发展起来的空气污染控制技术，目前主要是利用微生物将废气中的挥发性有机污染物及恶臭物质降解或转化为无害或低害类物质。,37,13.2.1 废气生物处理微生物学,用来净化气态污染物的微生物种类繁多，按其获取营养的方式不同，可分为自养微生物和异养微生物两大类。生物处理法具有设备简单、运行费用低、较少形成二次污染等优点，尤其是处理低浓度、生物降解性好的气态污染物时更显其经济性。,38,目前适合生物处理的气态有机污染物主要有乙醇、硫醇、酚甲酚、吲哚、脂肪酸、乙醛、酮和胺等。近年来，挥发性有机污染物已成为研究的热点。,39,气态污染物质净化过程的实质与废水净化过程相似。主要经历以下几

12、个步骤：（1）废气中的有机污染物首先与水接触，并溶解于水中，（即由气膜扩散进入液膜）；（2）溶解于液膜中的污染成分在浓度差的推动下进一步扩散到生物膜，进而被微生物捕获并吸收；（3）微生物对吸收的污染物成分进行氧化分解和同化合成。,40,13.2.2 废气生物处理方法,废气的生物处理，按系统中微生物的存在形式可分成悬浮生长系统和附着生长系统。悬浮生长系统其典型的形式有生物吸收法、生物洗涤法。,41,附着生长系统其典型的形式是微生物过滤法。包含土壤法、堆肥法、和微生物过滤箱。生物滴滤法是目前较新的一种废气处理方法。其同时具有悬浮生长系统和附着生长系统的特征。与微生物过滤法相比。其填料上方喷淋循环液

13、，而与生物洗涤法相比，又增设了附着微生物的填料。,42,(1)生物吸收法 生物吸收法是利用由微生物、营养物和水组成的微生物混合液作为吸收液，吸收废气中可溶性的气态污染物，然后将吸收了废气的微生物混合液进行好氧处理。去除液体中吸收的污染物，经处理后的吸收液再重复使用。,43,图 13-5,44,生物吸收法处理工艺一般由废气吸收段和吸收液再生段两部分组成。吸收液（循环液）由吸收设备项部布液装置喷淋而下，与沿吸收室而上的气相主体逆流接触，使气相中的有机物和氧气进入液相，进入生物反应器，被微生物降解，从而使液相得以再生，继续循环使用。吸收设备的主要作用是为气液两相提供充分的接触机会，使两相间的作用能够

14、有效进行。,45,一般吸收过程进行非常迅速，吸收液在吸收设备中的停留时间仅为几秒钟，而生物反应的净化过程相对较慢，吸收液在生物反应器中一般需要停留几分钟至十几个小时，所以吸收设备和生物反应器要分开设置。,46,(2)生物洗涤法 是利用污水处理厂剩余的活性污泥配置混合液，作为吸收剂处理废气，类似微生物吸收工艺。该法适用于处理含量小于1010-6的废气，可以把臭气氧化成二氧化碳和水，该技术工艺对脱除复合型臭气效果显著，脱臭率可达90，而且能脱除很难治理的胶臭。,47,(3)微生物过滤法 微生物过滤法是用含有微生物的固体颗粒作为过滤介质，废气通过由过滤介质构成的固定床层时，其中的污染物被吸附、吸收，

15、最终被微生物降解。,48,生物过滤法应用较多，技术较成熟。最初的生物滤床采用土壤为过滤介质，随后采用含微生物量较高的堆肥等为滤料。近年来，又有采用工程材料，诸如活性炭等新型介质作为滤床的滤料。常用的生物过滤工艺有土壤法、堆肥法和微生物过滤箱。,49,土壤法 它是以土壤中的胶状颗粒作为滤料，利用其吸附性能和土壤中微生物的分解作用将污染物去除的生物过滤工艺。该法能有效的去除丙烷、丁烷等烷烃类化合物，对酸及乙醇等生物易降解物质的净化效果更好。,50,堆肥法 该法是继土壤法后，开发的另一种相对成熟的生物过滤工艺。由于堆肥法采用的是熟化后的堆肥，因此内含大量的微生物，种类高于土壤法，在去除相同负荷有机污

16、染物时，可大大缩短停留时间，减少占地面积，克服了土壤法占地面积大的缺点。其自身的缺点是寿命有限，运行15年后就必须更换滤料。,51,52,微生物过滤箱 微生物过滤箱为封闭式装置，主要由箱体、生物活性床层、喷水器等组成。床层由多种有机物混合制成的颗粒状载体构成，有较强的生物活性和耐用性。微生物一部分附着在载休表面，一部分悬浮于床层水体中。,53,54,微生物过滤箱的净化过程可按需要控制，因而能选择适当的条件，充分发挥微生物的作用。微生物过滤箱已成功地用于化工厂、食品厂、污水处理厂等的废气净化和脱臭。德国和荷兰建有几百座微生物过滤池(箱)，多数处理食品和屠宰业的废气，处理效果很好。,55,(3)生物滴滤法 生物滴滤法是目前较新的一种废气处理方法。与微生物过滤法相比。其填料上方喷淋循环液，而与生物洗涤法相比，又增设了附着微生物的填料。气体由塔（池）底进入，在流动过程中与已接种挂膜的生物滤料接触而被净化，净化后的气体由塔（池）顶排出。,56,57,13.2.3 废气中挥发性有机污染物的微生物 处理,挥发性有机污染物中许多是“三致物”，净化此类污染物受到人们高度的重视，成为目前研究的热点。挥发性