第九章固體廢物的生物處理

第九章固體廢物的生物處理2023/5/27第九章固體廢物的生物處理廢氣主要來源人類生產及生活中的燃料燃燒生產活動，例如化工、冶金、生物制品、屠宰、污水處理及垃圾處理等工廠所產生的廢氣。第九章固體廢物的生物處理廢氣的處理廢氣處理是環(huán)境污染控制的一個重要方面。廢氣處理方法：理化法：目前主要采用的方法，如燃燒、吸附、吸收和還原等。工藝或設備較復雜，運行費用較高；用于處理某些惡臭廢氣時，效果不甚理想。生物法：具有處理效率較高、適應性較廣、工藝較簡單以及費用較省等優(yōu)點。第九章固體廢物的生物處理廢氣的微生物處理于1957年在美國獲得專利，但到1970年代才開始引起重視，直到1980年代才在德國、日本、荷蘭等國家有相當數(shù)量工業(yè)規(guī)模的各類生物凈化裝置投入運行。廢氣生物反應器處理對許多一般性的空氣污染物的去除率可達到90％以上。第一節(jié)廢氣的生物反應器處理第九章固體廢物的生物處理一、廢氣生物處理的特點廢氣或尾氣(wastegas，off-gas)在生物反應器內進行。揮發(fā)性有機化合物(volatileorganiccompounds，VOCs)以及其它有毒或有臭味的氣體，如NH3和H2S等?；?、制藥、電鍍、噴漆、印刷等行業(yè)產生的有害污染物(hazardousairpollutants，HAPs)以及廢水處理廠、堆肥廠、垃圾填埋廠產生惡臭(odor)等。第九章固體廢物的生物處理去除效率高一般的空氣污染物去除效率超過90％。投資少，運行費用低不需要投入額外的化學品;化學法則需加催化劑和氧化劑等，如次氯酸鹽、過氧化氫、二氧化氯等。第九章固體廢物的生物處理污染少生物處理的產物是生物量，很容易處理。耗能低生物反應在常溫常壓下進行，能量來自微生物利用VOCs成分本身產生的能量。生物處理法消耗的動力只是污染氣體進入處理系統(tǒng)時所消耗的能量(正壓送風或負壓引風)。第九章固體廢物的生物處理水溶性強

兼具有蒸汽壓低、亨利定律常數(shù)低的特點，向介質表面微生物膜擴散速率高；主要有無機物如H2S和NH3等、醇類、醛類、酮類以及簡單芳烴(如BTEX)等有機物。適宜處理的污染氣體應具有的特點：第九章固體廢物的生物處理易降解

分子被吸附在生物膜上必需被降解，否則將導致污染物濃度增高，毒害生物膜或影響傳質，降低生物濾器效率，或使處理完全失敗。第九章固體廢物的生物處理

二、廢氣生物處理的基本形式根據(jù)介質性質不同，分為：生物洗滌(bioscrubbing)生物洗滌器(bioscrubber)內是液態(tài)介質。生物濾過(biofiltration)生物濾過采用是固態(tài)介質生物濾池(biofilters)生物滴濾池(biotricklingfilters)第九章固體廢物的生物處理1．生物濾池生物濾池內的固態(tài)介質是一些天然材料，常用的固體顆粒有土壤和堆肥，這些材料為微生物的附著和生長提供表面，微生物可以吸收廢氣中的污染物將其轉化為無害物質。第九章固體廢物的生物處理微生物濾池適用于處理肉類加工廠、動物飼養(yǎng)場、污水處理廠和堆肥廠等處產生的廢氣。這類廢氣的主要特點是濃度不高，但帶有強烈的臭味。第九章固體廢物的生物處理第九章固體廢物的生物處理第九章固體廢物的生物處理濾料的選擇堆肥原料常用污水處理廠污泥、有機垃圾和畜糞以及植物凋落物。須篩選，濾層要均勻、疏松，空隙率>40％，濾料須保持濕潤，濾層含水量不低于40％，但不能有積水。濾層保持適當?shù)臏囟?。土壤腐殖土為好，其它土質需要改良，有效厚度不應小于50cm，土壤水分40％~70％，草炭其通氣性能良好，適于微生物生長，除臭效果比用土壤好。第九章固體廢物的生物處理第九章固體廢物的生物處理2．生物滴濾池生物滴濾池主要由箱體、生物活性床層、噴水器等組成。廢氣經(jīng)過預處理室去除顆粒物和增濕后進入濾床底部。濾料使用人工材料，如陶瓷、塑料或金屬等，使用顆粒狀或有空隙的材料，床層厚度一般在0.5~1.0m，依需要而定。第九章固體廢物的生物處理優(yōu)點：濾料重量輕、空隙大、表面積大、廢氣和介質接觸時間短(幾秒鐘)，處理效率高，同時濾料不需更換。處理的濃度100mg/m3~5g/m3，流量5~50000m3/h。第九章固體廢物的生物處理第九章固體廢物的生物處理第九章固體廢物的生物處理應用微生物過濾床已成功地用于化工廠、食品廠、污水泵站等方面的廢氣凈化和脫臭。污染物包括硫化氫、二硫化碳、苯乙烯、甲苯、丙烷、異丁烷、苯酚、乙醇、四氫呋喃、環(huán)已酮、甲基乙基甲酮等。第九章固體廢物的生物處理3．生物洗滌生物洗滌裝置一般由洗滌器和生物反應器兩部分組成，吸收器和生物反應器分開設置。吸收主要是物理溶解過程，采用的吸收設備有噴淋塔、篩板塔、鼓泡塔等，吸收過程進行很快，水在吸收設備中的停留時間僅約幾秒鐘；第九章固體廢物的生物處理生物反應的凈化過程較慢，吸收了揮發(fā)性氣體的廢水在反應器中一般需要停留幾分鐘至十幾小時。生物反應器中可進行好氧處理，活性污泥法和生物膜法。第九章固體廢物的生物處理第九章固體廢物的生物處理生物洗滌裝置第九章固體廢物的生物處理循環(huán)廢水的利用可以直接進入吸收器重復使用；經(jīng)過泥水分離后再重復使用。第九章固體廢物的生物處理吸收液組成：微生物、營養(yǎng)物和水；適合處理水溶性強的氣態(tài)污染物，如醇類、酯類、醛類和酮類等。污水處理廠剩余活性污泥配制混合液作為吸收劑可用于處理復合型臭氣，特別能脫除很難治理的焦臭。德國開發(fā)一套二級洗滌裝置，臭氣濃度由1.110-3降低至510-5，并且抗沖擊負荷。第九章固體廢物的生物處理三、生物法處理廢氣的機理生物反應器處理廢氣一般經(jīng)歷以下三個階段：溶解過程廢氣與水或固相表面的水膜接觸，污染物溶于水中成為液相中的分子或離子，這一過程是物理過程，符合亨利定律。第九章固體廢物的生物處理吸著過程溶于水中的污染物被微生物吸附、吸收，污染物從水中轉入微生物體內。作為吸收劑的水被再生復原，繼而再用以溶解新的廢氣成分。第九章固體廢物的生物處理生物降解過程進入微生物細胞的污染物作為微生物生命活動的能源或養(yǎng)分被分解和利用，從而使污染物得以去除。烴類和其它有機物成分被氧化分解為CO2和H2O，含硫還原性成分被氧化為S、SO42-，含氮成分被氧化分解成NH3，NO2-和NO3-等。第九章固體廢物的生物處理第九章固體廢物的生物處理第九章固體廢物的生物處理第九章固體廢物的生物處理污染物轉移的三種可能情況(1)氣流→吸附在有機介質上→在水相解析膨解→生物降解(2)氣流→在生物膜上直接吸附→生物降解(3)氣流→在水相中溶解→生物降解第九章固體廢物的生物處理四、處理廢氣的微生物多為混合微生物，因為：①含有多種成分的混合廢氣，需要多種微生物分別降解；②有的成分需要幾種微生物的相繼作用才能分解轉化為無害物質，氨先經(jīng)硝化細菌再經(jīng)反硝化作用細菌才能成為分子態(tài)氮；第九章固體廢物的生物處理四、處理廢氣的微生物③一些難降解的成分要由幾種微生物聯(lián)合作用才能被完全降解；鹵代有機化合物先經(jīng)厭氧微生物還原脫鹵，再被好氧微生物徹底分解；④工藝需要，盡管廢氣成分能夠被單一微生物分解，但還需利用其它微生物，在硫化氫氧化中，為了使自養(yǎng)型脫氮硫桿菌(Thiobacillusdenitrificans)凝絮持留于反應器內，需與活性污泥中的異養(yǎng)型微生物—起共培養(yǎng)。第九章固體廢物的生物處理紫紅紅球菌(Rhodococcusrhodochrous)第九章固體廢物的生物處理RhodococcusrhodochrousCF222第九章固體廢物的生物處理五、廢氣生物處理的基本條件主要有水分，養(yǎng)分、溫度、氧氣(有氧或無氧)以及酸堿度等。1．水分微生物生命活動的必要成分；吸收廢氣的溶劑。采用土壤或堆肥等固態(tài)處理系統(tǒng)時，適宜的水分含量可保證氧與水分的供給。50％~70％為適宜的含水量。通常預處理需要加濕，防止濾料變干。第九章固體廢物的生物處理2．養(yǎng)分廢氣可為微生物提供一定的養(yǎng)分，VOCs可以提供碳源和能源，但是需要適當補足其它養(yǎng)分。不同的處理工藝對養(yǎng)分控制有差異，例如生物滴濾池補充營養(yǎng)鹽十分重要，但是堆肥生物濾池補給營養(yǎng)鹽的次數(shù)可以減少，一年補給二次即可。第九章固體廢物的生物處理3．溫度廢氣生物處理多用中溫條件(25～35℃)，少用高溫。土壤或堆肥處理廢氣時通常采用自然溫度，如果微生物分解基質放熱造成溫度過高則需采取降溫措施。第九章固體廢物的生物處理4．氧氣廢氣處理多用異養(yǎng)型好氧微生物；氧的供給量與供給方式對處理效率的影響很大，微生物數(shù)量、基質濃度和溫度等因素也會影響供氧。少數(shù)厭氧條件，例如著色菌處理硫化氫，則需控制無氧條件，以氨氣取代反應系統(tǒng)的氧氣。第九章固體廢物的生物處理5、酸堿度以中性或微堿性為宜。廢氣生物處理中的細菌多數(shù)適應于中性至微堿性環(huán)境，只有少數(shù)種類對酸堿度要求比較特殊，例如氧化硫硫桿菌最適pH為2.6~2.8，最低為pH1.0，最高為pH4.0~6.0。第九章固體廢物的生物處理第二節(jié)惡臭的原位處理一、惡臭污染物和污染源惡臭污染物(odorpollutants)指一切刺激嗅覺器官引起人們不愉快及損害生化環(huán)境的氣體物質。第九章固體廢物的生物處理第二節(jié)惡臭的原位處理畜禽場是重要的污染源O'Neil和Phillips從養(yǎng)豬場中分離鑒定到160種化合物，主要成分有氨、胺、含硫化合物、揮發(fā)性脂肪酸、吲哚類、糞臭類、酚類、醇類和羰基類化合物。

第九章固體廢物的生物處理我國規(guī)定的惡臭污染物(GBl4554-93)氨、三甲胺、硫化氫、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫醚、二硫化碳、苯乙烯。

惡臭物質的發(fā)臭原因與分子結構有關：如兩個烷基同硫結合時，就會變成二甲基硫醚和甲基乙基硫醚等帶有異臭的硫醚。若再改變某些化合物分子結構中S的位置，其臭味的性質也會改變。第九章固體廢物的生物處理各種化合物分子結構中的硫(=S)、巰基(-SH和硫氰基(-SCN)是形成惡臭的原子團，通稱“發(fā)臭團”。有些有機物如苯酚、甲醛、丙酮等，其分子結構含有羥基、醛基、羰基和羧基，也散發(fā)各種臭味，起發(fā)臭團的作用。第九章固體廢物的生物處理二、惡臭的控制①焚燒，如對垃圾和食品加工廠的殘渣等可燃性物質焚燒；②氧化，氧化劑有臭氧、氯氣和高錳酸鉀等；③吸附，吸附劑有活性炭、硅膠、活性氧化鋁等；④酸堿處理，稀酸處理堿性惡臭物質(如三甲胺)，稀堿處理酸性惡臭物質(如硫化氫)：⑤生物氧化，利用生物酶的催化氧化作用；⑥掩蔽，不便處理的低濃度臭氣施放有香氣的物質來掩蔽臭氣，如果濃度太高則不起作用。第九章固體廢物的生物處理畜禽飼養(yǎng)場惡臭的控制

1．日糧設計與惡臭控制2．飼料添加劑的應用(1)酶制劑(2)抗生素(3)益生菌(probiotics)(4)酸化劑3．除臭劑(deodourant)的使用(1)化學除臭劑(chemicaldeodoulant)(2)生物除臭劑(biologicaldeodourant)第九章固體廢物的生物處理三、惡臭的原位微生物處理產生惡臭的微生物多是一些動物腸道細菌，包括埃希氏菌屬、擬桿菌屬、檸檬酸桿菌屬、假單胞菌屬和變形菌屬。微生物除臭機理：將惡臭物質轉化為非惡臭物質；利用惡臭物