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1、第十一章 有机固体废弃物与废气的微生物处理及其微生物群落,11-1 有机固体废弃物的微生物处理及其微生物群落,一、概述,1、固体废物,2、分类,是指人类在生产、生活和消费等活动中产生的固态、半固态和高浓度液态丢弃物。,3、固体废物危害,固体废物按成分可分为有机物和无机物，按形状可分为固体的和泥状的，按其危害状况可分为有毒的、有害的和一般的，按其来源可分为工业的、农业的、生活的和混合的。,侵占土地、污染水体、污染大气、污染土壤及农作物、影响市容环境卫生、传播疾病、危害健康，甚至产生其它的环境灾害。,4、固废处理处置目标与原则,减量化、资源化、无害化、稳定化,5、处理方法,常规处理技术主要有4种：
2、填埋、堆肥、焚烧和热解处理，前3种是长期以来的常用方法。,表11-1-1 固体废物处理处置方法及其特点,热解处理是利用固体废弃物的热不稳定性，在无氧或缺氧的条件下受热分解的过程，即把固体废弃物中的能源转变为可贮存与可输送的燃料。热解处理包括热解法(无氧)和气化法(缺氧)两种。因热解技术处理复杂，成本高，进行推广有一定的困难。,二、堆肥法,堆肥法过程虽然是20世纪才发展起来的科学技术，但原始的堆肥方式很早就出现了，在我国和印度等东方国家历史尤其悠久。如我国古籍氾(Fn)胜之书、齐民要术和农书等中对积肥制肥均作过较详细的阐述。,现代的堆肥技术是在原始的堆肥方式基础上发展起来的。1922年贝卡里采用
3、密闭容器对有机物料进行厌氧发酵再通入空气进行好氧发酵的方法在意大利取得专利，并在意大利和法国广泛使用。,1925年印度人爱德华霍华德将堆肥化推向系统化和工厂化，开发了用垃圾、人粪尿、污水污泥、树叶或秸秆等混合物料进行好氧发酵(堆肥)的班加罗法(Bangalore process)，将堆肥化技术向前推进了一大步。,1931年荷兰VAW公司在搅拌方法方面对班加罗法进行改进，采用起重抓斗车翻堆方式，并于1932年建立了范曼奈法工艺堆肥厂。几乎同时，德国的Schweinfurt和瑞士Biel采用了固定式固定床法工艺对磨碎物料进行堆肥。1933年在丹麦出现了Dano(丹诺)堆肥装置，其装置实际上是一种卧
4、式旋转圆筒生物反应器。此法广为西欧和日本采用。,20世纪70年代至80年代，由于城市生活垃圾的成分日趋复杂，特别是无机成分日益复杂化，限制了这些机械化程度高的堆肥工艺的推广与利用，堆肥技术曾一度被土地填埋与焚烧所替代。进入80年代后期，由于可供填埋的土地资源日益紧张，焚烧垃圾二次污染严重，用堆肥化技术来处理各种有机废弃物又重新引起各国的关注与重视。,(一)堆肥法、堆肥化和堆肥,1、堆肥法(posting)指在控制条件下，利用微生物的生化作用，将废弃物中的有机物质分解、腐熟并转化成稳定腐殖土的微生物学过程。,2、堆肥(post)指有机废弃物经过堆肥化处理，制得的成品。它是堆肥化过程生物降解和转化
5、的产物，是一类腐殖质含量高的疏散物质，故也称为腐殖土。,(二)好氧堆肥,1、好氧堆肥机理,好氧堆肥是在通气条件下，好氧微生物对废物进行吸收、氧化、分解。微生物通过自身的生命活动，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，同时释放出可供微生物生长活动所需的能量，而另一部分有机物则被合成自身细胞物质，使微生物不断生长繁殖，产生出更多的生物体的过程。,2、堆肥发酵微生物,发酵的初期有中温好氧的细菌和真菌，分解碳水化合物、蛋白质和脂肪，同时散发热量，使温度升至50；好热性的细菌、放线菌和真菌分解纤维素和半纤维素。温度升高至60，真菌停止活动，继续由好热的细菌和放线菌分解纤维素和半纤维素。温度升高至70
6、，致病菌和虫卵被杀死，此时，一般的嗜热高温细菌和放线菌也停止活动，堆肥腐熟稳定。,3、有机堆肥好氧分解要求,CN在251301发酵最好，有机物含量若不够，可掺杂粪肥；湿度适当，30时含水量应控制在45，45时应在50左右；氧要供应充分，通气量0.050.2m3/minm2；有一定数量的氮和磷，可加速堆肥速率，增加成品的肥力；嗜温菌发酵最适温度3040，嗜热菌发酵最适温度5560，57d能达到卫生无害化。发酵周期7d左右；整个发酵过程，不需外加任何中和剂。,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。,4、堆肥工艺,(三)社区小型化微生物有机垃圾处理装置,在社区使用可及
7、时将居民的生活垃圾在源头就被彻底分解，无害化，有利环境保护，并制造有机肥料。环境效益大，但投资成本高。,是好氧装置，一般有2部分：前一部分由好氧微生物和兼性厌氧微生物降解各种有机物，并部分无机化。第二部分是除臭装置。整个工艺历时24h，完成垃圾发酵和稳定化的过程。,微生物菌种：有机垃圾微生物处理装置所用的菌种都是经人工筛选、培育的多种高效生理功能的微生物。,(1)有分解碳水化合物、蛋白质、脂肪、骨头、蟹壳、蛋壳等功能的混合微生物群体；,(2)有氨化微生物、氧化氨的亚硝化细菌和氧化亚硝酸的硝化细菌；,(3)有将H2S氧化为SO42的氧化硫细菌。,(四)厌氧堆肥,其原理与废水厌氧消化原理相同。其实
8、质是厌氧微生物在无氧状态下通过对有机固体物质进行液化、酸性发酵(产乙酸)、碱性发酵(产甲烷发酵)3个阶段后使有机物转化并稳定化的过程。,三、卫生填埋法及渗滤液,1、卫生填埋法概念,填埋是废弃物的中间处理及最终处置方法。根据美国土木工程学会的定义：“垃圾卫生填埋是一种不产生公害，或对公众健康和安全不产生危害的废弃物处置方法，该法使用工程原理将废弃物局限在最小的区域内，每日废弃物倾倒处理完毕后加覆土壤”。,与有机垃圾堆肥生物处理不同的是，垃圾卫生填埋法是一种自然生物处理方法。它是在自然条件下，构建特殊的人工生态系统，利用土壤微生物，将固体废弃物中有机物质分解，使其体积减少而渐趋稳定的过程。,2、垃
9、圾渗滤液,垃圾填埋过程中和填埋之后，由于雨水和地表水的渗入，将会在填埋体内产生相当数量的渗滤液。垃圾渗滤液的产生来自3个方面：一是大气降雨和径流；二是垃圾中原有的含水；三是在垃圾填埋后由于微生物的分解作用而产生的水。垃圾渗滤液的水质极为复杂，既有有机污染成分，也有无机污染成分，还含有一些微量重金属污染成分，呈现出浓度高、污染强、组分复杂、水质水量波动大的组合污染特征。,11-2 废气的生物处理,一、废气的处理方法,1、废气来源,各类化工厂、化纤厂、石油化工、发电厂、垃圾焚烧厂等的废气和汽车尾气，牲畜养殖、饲料加工，污水处理厂和垃圾填埋场均产生臭气。,2、废气的处理方法,(1)物理法,(2)化学
10、法,(3)生物法,(1)物理法：包括掩蔽法、稀释扩散法、吸附法、等离子体法等,掩蔽法是利用气体的缓和作用原理，用比恶臭更强烈的令人愉快的气味掩蔽恶臭，如家庭及公共场所常用的空气清新剂即属此类。该法宜用于在不适于采用除臭装置的情况和场合。稀释扩散法是将气体由烟囱排向大气扩散，以保证下风向臭源附近人群免受恶臭危害。该法适合于工业有组织排放臭气。吸附法又分化学吸附法和活性炭吸附法，系采用吸附剂吸附恶臭物质的除臭方法，适于低浓度、高净化要求的恶臭气体处理。,(2)化学法：燃烧法、臭氧氧化、催化氧化及酸碱吸收法,燃烧法指通过强氧化反应降解可燃性恶臭物质的方法。适用于高浓度、小气量的可燃性气体处理。具有净
11、化效率高、分解彻底的特点，但也有设备易腐蚀、消耗燃料、成本高、处理中可能形成二次污染物的缺点。臭氧氧化法是利用O3做氧化剂氧化恶臭物质的方法。适用于中低浓度恶臭物质的处理。催化氧化法是利用催化剂降低氧化反应的活化能对恶臭物质进行氧化的方法。如利用Fe3+作催化剂，可去除高浓度的H2S气体，工艺简单、效率高，但设备较大、投资成本高。酸碱吸收法是利用酸或碱作为吸收剂，对废气中难溶于水的成分进行处理的方法。适用于快速消除低浓度恶臭气体及难溶于水恶臭气体的场合，灵活性大，但恶臭气体并未彻底去除，吸收液需进行进一步处理。,(3)生物法,生物处理法是指利用微生物吸附分解有机物能力降解恶臭物质与有机废气的方
12、法。主要分生物过滤法和活性污泥法2种。生物过滤法按滤料及过滤方式不同又分为生物滤池(biological filter)法和生物滴滤池(biological trickling filter)法，活性污泥法则按气液接触方式不同分为生物曝气法和生物洗涤法。,表11-2-1 废气生物处理工艺应用范围与比较,3、有机废气生物处理的条件,是由微生物生命活动的要求所决定的：有机废(臭)气成分是可被吸收的，溶于水；被吸收的成分是可以生物降解的；废气成分是没有毒性或对微生物生长没有抑制作用的；具备微生物生长的营养需求；具备微生物生长的最佳环境。,二、含硫恶臭污染物及NH3、CO2的微生物处理,(一)含硫恶臭
13、污染物的净化,生物处理恶臭硫化物的细菌有：生丝微菌属、硫杆菌属、黄单胞菌属、氧化硫硫杆菌等。荷兰Pagues公司和Hoogovens能源技术服务公司开发了Biostar工艺。先吸附气体并使之与NaOH反应生成亚硫酸盐，然后由硫酸还原菌将其转化为H2S，最后采用硫醚杆菌将H2S转化为元素S。该技术在荷兰一造纸厂的工业应用表明，可将废气中的SO2由1200g/g降至40g/g，产硫0.2 t/d。,NOx的构成中不含碳元素，属于无机气体，因此，微生物净化NOx气体时需要外加碳源。用于生物净化气体NOx的脱氮菌主要有异养菌(如无色杆菌属Achromobacter、产碱杆菌属Alcaligenes、杆
14、菌属Bacillus、色杆菌属Chromobacterium、棒杆菌属Corynebacterium、微球菌属Micrococcus、莫拉式菌属Moraxella、丙酸杆菌属Propionibacterium、假单胞菌属Pseudomonas、螺菌属Spirillum、黄单胞菌属Xanthomonas)及少数专性和兼性自养菌如硫杆菌属(Thiobacillus)中的脱氮硫杆菌(T.denitrificans)。用于生物净化NOx气体的主要方法与工艺有生物洗涤法和生物滤床2种。国外等人用自养型脱硫杆菌在厌氧条件下，以CO2作碳源、硫代硫酸盐为能源生物脱NOx，效果良好。,(二)NOx的生物处理,
15、(三)废气中NH3和CO2的净化,单纯含NH3或单纯含CO2的废气可合在一起，调节两者的比例用硝化细菌处理。首先将NH3溶于水成NH4+N，再通入生物滴滤池。同时按亚硝化细菌和硝化细菌要求的CN通入CO2和无机营养盐，再通入空气，即可运行处理。对于CO2，还可筛选对人类无害的、有经济效益的藻类同化CO2。日本利用能合成谷氨酸的海藻在光照下进行光合作用，吸收海水中的无机元素，对水进行光解产生H2，用以还原CO2合成谷氨酸。,(四)废气中挥发性有机污染物生物处理,废气中挥发性有机污染物包括：苯及其衍生物、酚及其衍生物、醇类、醛类、酮类、脂肪酸等。采用较多的是生物滴滤池法。菌种有细菌、放线菌和真菌。处理苯系有机污染物的细菌是黄杆菌属(Flavobacterium)、假单胞菌属(Pseudomonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)。,
