微生物在固體廢物和大氣污染治理中的應用

微生物在固體廢物和大氣污染治理中的應用第一頁，共五十五頁，2022年，8月28日13.1固體廢物的生物處理

固體廢物是指人類在生產(chǎn)、生活過程市產(chǎn)生的對所有者不再具有使用價值而被廢棄的固態(tài)和半固態(tài)物質(zhì)，包括從廢水、廢氣中分離出來的固體顆粒物質(zhì)。2第二頁，共五十五頁，2022年，8月28日1.按來源可分為五類：工業(yè)固體廢物農(nóng)業(yè)固體廢物礦業(yè)固體廢物城市垃圾放射性廢物3第三頁，共五十五頁，2022年，8月28日2.固體廢物對環(huán)境的危害A.侵占土地4第四頁，共五十五頁，2022年，8月28日

B.污染土壤塑料垃圾殘留3.9克/畝玉米減產(chǎn)11%~13%小麥減產(chǎn)9%~16%大豆減產(chǎn)5.5%~9%蔬菜減產(chǎn)14.4%~54.9%5第五頁，共五十五頁，2022年，8月28日

C.污染水體6第六頁，共五十五頁，2022年，8月28日D.

污染大氣

有害氣體如SO2，NH3，CH4和粉塵等7第七頁，共五十五頁，2022年，8月28日3.固體廢物處理是指通過一定的技術(shù)手段將固體廢物轉(zhuǎn)變成適于運輸、利用、貯存或處置的過程、常用的處理技術(shù)包括物理處理、化學處理、生物處理、熱處理等。

8第八頁，共五十五頁，2022年，8月28日生物處理是指依靠自然界廣泛分布的微生物的作用，通過生物轉(zhuǎn)化，將固體廢物中易于生物降解的有機組分轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)肥料、沼氣或其他轉(zhuǎn)化產(chǎn)品（如飼料蛋白、乙醇或糖類）等。從而達到固體廢物無害化或綜合利用的一種處理方法。9第九頁，共五十五頁，2022年，8月28日根據(jù)處理過程中起作用的微生物對氧氣需求的不同，生物處理可分為好氧生物處理和厭氧生物處理兩大類。好氧生物處理是一種在提供游離氧的條件下，主要利用好氧微生物使有機物降解并穩(wěn)定化的生物處理方法。厭氧生物處理是在沒有游離氧的條件下。主要依賴厭氧微生物對有機物進行降解并穩(wěn)定化的一種生物處理方法。10第十頁，共五十五頁，2022年，8月28日目前，對于可生物降解的有機固體廢物的處理，世界各同主要采用堆肥、衛(wèi)生填埋、厭氧發(fā)酵等方法。近10年來，我國正在研究小型化有機垃圾微生物處理裝置引進先進技術(shù)，現(xiàn)在上海除了有引進日本的處理裝置外，還研制了日處理量100m3的有機垃圾微生物處理機。篩選、培養(yǎng)出具有高效分解性能的微生物菌種。11第十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日13.1.1堆肥法堆肥法是指在人工控制條件下，利用自然界廣泛分布的細菌、放線菌和真菌等微生物將固體廢物中可生物降解的有機組分分解，向比較穩(wěn)定的腐殖質(zhì)進行生化轉(zhuǎn)化的微生物過程。適用于堆肥法處理的廢物主要有城市垃圾、糞便、城市污水及某些工業(yè)廢水處理過程中產(chǎn)生的污泥、農(nóng)林廢物等。12第十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日根據(jù)堆肥化過程中微生物對氧氣的需求情況不同，可區(qū)分為好氧堆肥和厭氧堆肥。好氧堆肥是在通氣條件好、氧氣充足的條件下借助好氧微生物的生命活動降解有機物，通常好氧堆肥堆溫高，一般在55—60℃，極限可達80一90℃．所以好氧堆肥也稱高溫堆肥；厭氧堆肥則是在通氣條件差、氧氣不足的條件下借助厭氧微生物進行的一種發(fā)酵堆肥?，F(xiàn)代化的堆肥工藝基本上都是好氧堆肥。13第十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日

(1)好氧堆肥原理與污水生物處理相似，但堆肥處理只進行到腐熟階段，并不需有機物的徹底氧化分解。14第十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日(2)好氧堆肥過程①中溫階段

這是堆肥化過程的起始階段，堆層基本呈15～45℃的中溫，嗜溫細菌、真菌和放線菌等嗜溫性微生物較為活躍并利用堆肥中最容易分解的可溶性物質(zhì)進行旺盛的生命活動而迅速增殖，釋放出能量，使堆肥溫度不斷升高。15第十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日②高溫階段

當堆溫升至45℃以上時即進人高溫階段，在這一階段，堆肥起始階段的嗜溫性微生物受到抑制甚至死亡，取而代之的是一系列嗜熱性微生物。16第十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日高溫對于堆肥的快速腐熟起著重要作用。在此階段，堆肥開始形成腐殖質(zhì)，并開始出現(xiàn)能溶解于弱堿的黑色物。一般認為，堆溫在50～60℃、持續(xù)6～7d，可達到較好的殺滅蟲卵和病原菌的效果。17第十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日

③降溫階段

亦稱腐熟階段，在內(nèi)源呼吸后期，剩下的是木質(zhì)素等較難分解的有機物和新形成的腐殖質(zhì)。此時微生物的活性下降，發(fā)熱量減少。溫度逐漸下降，嗜溫性微生物又逐漸占優(yōu)勢，對殘余較難分解的有機物做進一步分解，腐殖質(zhì)不斷積累且穩(wěn)定化。堆肥進入腐熟階段。18第十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日(3)推肥工藝堆肥工藝有：靜態(tài)堆肥工藝、高溫動態(tài)二次堆肥工藝、立倉式堆肥工藝、滾筒式堆肥工藝等。19第十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日①靜態(tài)堆肥工藝：工藝簡單，設(shè)備少、處理成本低，發(fā)酵周期50d。操作條件差。用人工翻動，第2、7、12d各翻動一次。在以后35d的腐熟階段每周翻動一次，在翻動的同時可噴灑適量水以補充蒸發(fā)的水分。圖13-120第二十頁，共五十五頁，2022年，8月28日②高溫動態(tài)二次堆肥工藝：分兩個階段,前5-7d為動態(tài)發(fā)酵，機械攪拌，通氣充足空氣，好氧菌活性強，溫度高，快速分解有機物。發(fā)酵7d絕大部分致病菌死亡。7d后用皮帶將發(fā)酵半成品輸送到另一車間進行靜態(tài)二次發(fā)酵，垃圾進一步降解穩(wěn)定，20-25d完全腐熟。21第二十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日圖13-222第二十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日③立倉式堆肥工藝：立式發(fā)酵侖高10-15m、分隔6格。經(jīng)分選、破碎后的垃圾由皮帶輸送至倉頂一格，受自重力和柵板的控制，逐日下降至下一格。一周全下降至底部，出料運送到二次發(fā)酵車間繼續(xù)發(fā)酵使之腐熟穩(wěn)定。從頂部至以下五格均通入空氣，從頂部補充適量水，溫度高，發(fā)酵過程極迅速，24h溫度上升到50℃以上，70℃可維持3d，之后溫度逐漸下降。23第二十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日圖13-3該工藝占地少，升溫快，垃圾分解徹底，遠行費用低。缺點：水分分布不均勻。24第二十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日④滾筒式堆肥工藝：又稱達諾生物穩(wěn)定法。滾筒直徑2-4m、長度25-30m，滾筒轉(zhuǎn)速0.4-2.0r/min。滾筒橫臥稍傾斜。經(jīng)分選、粉碎的垃圾送入滾筒，旋轉(zhuǎn)滾筒垃圾隨著翻動并向滾筒層部移動。在旋轉(zhuǎn)過程中完成有機物生物降解、升溫、殺菌等過程。5-7d出料。25第二十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日圖13-426第二十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日第七章環(huán)境生態(tài)學導論垃圾堆肥處理27第二十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日(4)厭氧堆肥原理厭氧堆肥的原理與廢水厭氧消化原理相同。厭氧堆肥主要分成兩個階段。第一階段是產(chǎn)酸階段。第二階段為產(chǎn)氣階段。28第二十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日(5)堆肥微生物來源主要有兩方面：

①來自廢物里面固有的大量的微生物種群，如在城市垃圾中一般的細菌數(shù)量在1014～1016個／kg；②人工加入的特殊菌種，這些菌種在一定條件下對某些有機廢物具有較強的分解能力，具有活性強、繁殖快、分解有機物迅速等特點，能加速堆肥反應的進程，縮短堆肥反應的時間。29第二十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日13.1.2衛(wèi)生填埋法衛(wèi)生填埋法：是在堆肥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其處理原理是利用好氧微生物、兼性厭氧微生物和厭氧微生物處理。填埋場選址通常在市郊，底部要鋪水泥層，以防止?jié)B濾液滲漏到地下水。有機固體廢棄物一層一層倒入填埋場，壓實，按一定路徑鋪設(shè)排氣管，以收集甲烷氣體。底部鋪設(shè)滲濾液收集管，以便排放滲濾液處理場處理。滲濾液的化學組分復雜，含有大量有機酸，氨氮含量高，還含有重金屬，用厭氧-缺氧-好氧生物處理方法綜合處理，最后用化學混凝劑混凝、沉淀再排放到水體，凈化程度較高。

30第三十頁，共五十五頁，2022年，8月28日31第三十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日工業(yè)廢物安全填埋場32第三十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日第七章環(huán)境生態(tài)學導論垃圾填理處理

33第三十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日國內(nèi)外滲濾液處理的主要工藝路線有兩條：①滲濾液直接(或預處理后)排入市政管網(wǎng)或其他管網(wǎng)，進入市政污水處理廠或其他污水處理廠進行處理；②在填埋場內(nèi)處理滲濾液，達標后直接排放。

填埋的廢物分解速度較為緩慢，一般需5年的發(fā)酵產(chǎn)氣。34第三十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日13.1.3厭氧發(fā)酵厭氧發(fā)酵或稱沼氣發(fā)酵，是指在無分子氧存在的條件下，通過厭氧微生物（或兼性微生物）的作用，將有機物分解轉(zhuǎn)化為沼氣（主要是甲烷和二氧化碳）的過程。可利用有機垃圾、植物桔稈、人畜糞便、污泥等制取沼氣。35第三十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日13.2廢氣的生物處理大氣污染物有顆粒物和氣體物兩類，其中氣體污染物占主要部分，包括無機污染物和有機污染物。

廢氣的處理方法有物理方法、化學方法和生物處理法。生物處理法是近年來發(fā)展起來的空氣污染控制技術(shù)，目前主要是利用微生物將廢氣中的揮發(fā)性有機污染物及惡臭物質(zhì)降解或轉(zhuǎn)化為無害或低害類物質(zhì)。36第三十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日13.2.1廢氣生物處理微生物學用來凈化氣態(tài)污染物的微生物種類繁多，按其獲取營養(yǎng)的方式不同，可分為自養(yǎng)微生物和異養(yǎng)微生物兩大類。生物處理法具有設(shè)備簡單、運行費用低、較少形成二次污染等優(yōu)點，尤其是處理低濃度、生物降解性好的氣態(tài)污染物時更顯其經(jīng)濟性。37第三十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日目前適合生物處理的氣態(tài)有機污染物主要有乙醇、硫醇、酚甲酚、吲哚、脂肪酸、乙醛、酮和胺等。近年來，揮發(fā)性有機污染物已成為研究的熱點。38第三十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日氣態(tài)污染物質(zhì)凈化過程的實質(zhì)與廢水凈化過程相似。主要經(jīng)歷以下幾個步驟：（1）廢氣中的有機污染物首先與水接觸，并溶解于水中，（即由氣膜擴散進入液膜）；（2）溶解于液膜中的污染成分在濃度差的推動下進一步擴散到生物膜，進而被微生物捕獲并吸收；（3）微生物對吸收的污染物成分進行氧化分解和同化合成。39第三十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日13.2.2廢氣生物處理方法廢氣的生物處理，按系統(tǒng)中微生物的存在形式可分成懸浮生長系統(tǒng)和附著生長系統(tǒng)。懸浮生長系統(tǒng)其典型的形式有生物吸收法、生物洗滌法。40第四十頁，共五十五頁，2022年，8月28日附著生長系統(tǒng)其典型的形式是微生物過濾法。包含土壤法、堆肥法、和微生物過濾箱。生物滴濾法是目前較新的一種廢氣處理方法。其同時具有懸浮生長系統(tǒng)和附著生長系統(tǒng)的特征。與微生物過濾法相比。其填料上方噴淋循環(huán)液，而與生物洗滌法相比，又增設(shè)了附著微生物的填料。41第四十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日(1)生物吸收法生物吸收法是利用由微生物、營養(yǎng)物和水組成的微生物混合液作為吸收液，吸收廢氣中可溶性的氣態(tài)污染物，然后將吸收了廢氣的微生物混合液進行好氧處理。去除液體中吸收的污染物，經(jīng)處理后的吸收液再重復使用。42第四十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日圖13-543第四十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日生物吸收法處理工藝一般由廢氣吸收段和吸收液再生段兩部分組成。吸收液（循環(huán)液）由吸收設(shè)備項部布液裝置噴淋而下，與沿吸收室而上的氣相主體逆流接觸，使氣相中的有機物和氧氣進入液相，進入生物反應器，被微生物降解，從而使液相得以再生，繼續(xù)循環(huán)使用。吸收設(shè)備的主要作用是為氣液兩相提供充分的接觸機會，使兩相間的作用能夠有效進行。44第四十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日一般吸收過程進行非常迅速，吸收液在吸收設(shè)備中的停留時間僅為幾秒鐘，而生物反應的凈化過程相對較慢，吸收液在生物反應器中一般需要停留幾分鐘至十幾個小時，所以吸收設(shè)備和生物反應器要分開設(shè)置。45第四十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日(2)生物洗滌法是利用污水處理廠剩余的活性污泥配置混合液，作為吸收劑處理廢氣，類似微生物吸收工藝。該法適用于處理含量小于10×10-6的廢氣，可以把臭氣氧化成二氧化碳和水，該技術(shù)工藝對脫除復合型臭氣效果顯著，脫臭率可達90％，而且能脫除很難治理的膠臭。46第四十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日(3)微生物過濾法微生物過濾法是用含有微生物的固體顆粒作為過濾介質(zhì)，廢氣通過由過濾介質(zhì)構(gòu)成的固定床層時，其中的污染物被吸附、吸收，最終被微生物降解。47第四十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日生物過濾法應用較多，技術(shù)較成熟。最初的生物濾床采用土壤為過濾介質(zhì)，隨后采用含微生物量較高的堆肥等為濾料。近年來，又有采用工程材料，諸如活性炭等新型介質(zhì)作為濾床的濾料。常用的生物過濾工藝有土壤法、堆肥法和微生物過濾箱。48第四十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日①土壤法它是以土壤中的膠狀顆粒作為濾料，利用其吸附性能和土壤中微生物的分解作用將污染物去除的生物過濾工藝。該法能有效的去除丙烷、丁烷等烷烴類化合物，對酸及乙醇等生物易降解物質(zhì)的凈化效果更好。49第四十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日