第九章固體廢物的生物處理

第四章污染氣體的生物處置廢氣主要來源人類消費(fèi)及生活中的燃料熄滅消費(fèi)活動(dòng)，例如化工、冶金、生物制品、屠宰、污水處置及渣滓處置等工廠所產(chǎn)生的廢氣。廢氣的處置廢氣處置是環(huán)境污染控制的一個(gè)重要方面。廢氣處置方法：理化法：目前主要采用的方法，如熄滅、吸附、吸收和復(fù)原等。工藝或設(shè)備較復(fù)雜，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較高；用于處置某些惡臭廢氣時(shí)，效果不甚理想。生物法：具有處置效率較高、順應(yīng)性較廣、工藝較簡(jiǎn)單以及費(fèi)用較省等優(yōu)點(diǎn)。廢氣的微生物處置于1957年在美國(guó)獲得專利，但到1970年代才開場(chǎng)引起注重，直到1980年代才在德國(guó)、日本、荷蘭等國(guó)家有相當(dāng)數(shù)量工業(yè)規(guī)模的各類生物凈化安裝投入運(yùn)轉(zhuǎn)。廢氣生物反響器處置對(duì)許多普通性的空氣污染物的去除率可到達(dá)90％以上。第一節(jié)廢氣的生物反響器處置一、廢氣生物處置的特點(diǎn)廢氣或尾氣(wastegas，off-gas)在生物反響器內(nèi)進(jìn)展。揮發(fā)性有機(jī)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(chǎn)生的有害污染物(hazardousairpollutants，HAPs)以及廢水處置廠、堆肥廠、渣滓填埋廠產(chǎn)生惡臭(odor)等。去除效率高普通的空氣污染物去除效率超越90％。投資少，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低不需求投入額外的化學(xué)品;化學(xué)法那么需加催化劑和氧化劑等，如次氯酸鹽、過氧化氫、二氧化氯等。污染少生物處置的產(chǎn)物是生物量，很容易處置。耗能低生物反響在常溫常壓下進(jìn)展，能量來自微生物利用VOCs成分本身產(chǎn)生的能量。生物處置法耗費(fèi)的動(dòng)力只是污染氣體進(jìn)入處置系統(tǒng)時(shí)所耗費(fèi)的能量(正壓送風(fēng)或負(fù)壓引風(fēng))。水溶性強(qiáng)兼具有蒸汽壓低、亨利定律常數(shù)低的特點(diǎn)，向介質(zhì)外表微生物膜分散速率高；主要有無機(jī)物如H2S和NH3等、醇類、醛類、酮類以及簡(jiǎn)單芳烴(如BTEX)等有機(jī)物。適宜處置的污染氣體應(yīng)具有的特點(diǎn)：易降解分子被吸附在生物膜上必需被降解，否那么將導(dǎo)致污染物濃度增高，毒害生物膜或影響傳質(zhì)，降低生物濾器效率，或使處置完全失敗。二、廢氣生物處置的根本方式根據(jù)介質(zhì)性質(zhì)不同，分為：生物洗滌(bioscrubbing)生物洗滌器(bioscrubber)內(nèi)是液態(tài)介質(zhì)。生物濾過(biofiltration)生物濾過采用是固態(tài)介質(zhì)生物濾池(biofilters)生物滴濾池(biotricklingfilters)1．生物濾池生物濾池內(nèi)的固態(tài)介質(zhì)是一些天然資料，常用的固體顆粒有土壤和堆肥，這些資料為微生物的附著和生長(zhǎng)提供外表，微生物可以吸收廢氣中的污染物將其轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。微生物濾池適用于處置肉類加工廠、動(dòng)物豢養(yǎng)場(chǎng)、污水處置廠和堆肥廠等處產(chǎn)生的廢氣。這類廢氣的主要特點(diǎn)是濃度不高，但帶有劇烈的臭味。濾料的選擇堆肥原料常用污水處置廠污泥、有機(jī)渣滓和畜糞以及植物凋落物。須挑選，濾層要均勻、疏松，空隙率>40％，濾料須堅(jiān)持潮濕，濾層含水量不低于40％，但不能有積水。濾層堅(jiān)持適當(dāng)?shù)臏囟?。土壤腐殖土為好，其它土質(zhì)需求改良，有效厚度不應(yīng)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(zhǎng)，除臭效果比用土壤好。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(yù)處置室去除顆粒物和增濕后進(jìn)入濾床底部。濾料運(yùn)用人工資料，如陶瓷、塑料或金屬等，運(yùn)用顆粒狀或有空隙的資料，床層厚度普通在0.5~1.0m，依需求而定。優(yōu)點(diǎn)：濾料分量輕、空隙大、外表積大、廢氣和介質(zhì)接觸時(shí)間短(幾秒鐘)，處置效率高，同時(shí)濾料不需改換。處置的濃度100mg/m3~5g/m3，流量5~50000m3/h。運(yùn)用微生物過濾床已勝利地用于化工廠、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。3．生物洗滌生物洗滌安裝普通由洗滌器和生物反響器兩部分組成，吸收器和生物反響器分開設(shè)置。吸收主要是物理溶解過程，采用的吸收設(shè)備有噴淋塔、篩板塔、鼓泡塔等，吸收過程進(jìn)展很快，水在吸收設(shè)備中的停留時(shí)間僅約幾秒鐘；生物反響的凈化過程較慢，吸收了揮發(fā)性氣體的廢水在反響器中普通需求停留幾分鐘至十幾小時(shí)。生物反響器中可進(jìn)展好氧處置，活性污泥法和生物膜法。生物洗滌安裝循環(huán)廢水的利用可以直接進(jìn)入吸收器反復(fù)運(yùn)用；經(jīng)過泥水分別后再反復(fù)運(yùn)用。吸收液組成：微生物、營(yíng)養(yǎng)物和水；適宜處置水溶性強(qiáng)的氣態(tài)污染物，如醇類、酯類、醛類和酮類等。污水處置廠剩余活性污泥配制混合液作為吸收劑可用于處置復(fù)合型臭氣，特別能脫除很難治理的焦臭。德國(guó)開發(fā)一套二級(jí)洗滌安裝，臭氣濃度由1.110-3降低至510-5，并且抗沖擊負(fù)荷。三、生物法處置廢氣的機(jī)理生物反響器處置廢氣普通閱歷以下三個(gè)階段：溶解過程廢氣與水或固相外表的水膜接觸，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。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(zhuǎn)入微生物體內(nèi)。作為吸收劑的水被再生復(fù)原，繼而再用以溶解新的廢氣成分。生物降解過程進(jìn)入微生物細(xì)胞的污染物作為微生物生命活動(dòng)的能源或營(yíng)養(yǎng)被分解和利用，從而使污染物得以去除。烴類和其它有機(jī)物成分被氧化分解為CO2和H2O，含硫復(fù)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。污染物轉(zhuǎn)移的三種能夠情況(1)氣流→吸附在有機(jī)介質(zhì)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→生物降解四、處置廢氣的微生物多為混合微生物，由于：①含有多種成分的混合廢氣，需求多種微生物分別降解；②有的成分需求幾種微生物的相繼作用才干分解轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，氨先經(jīng)硝化細(xì)菌再經(jīng)反硝化作用細(xì)菌才干成為分子態(tài)氮；四、處置廢氣的微生物③一些難降解的成分要由幾種微生物結(jié)協(xié)作用才干被完全降解；鹵代有機(jī)化合物先經(jīng)厭氧微生物復(fù)原脫鹵，再被好氧微生物徹底分解；④工藝需求，雖然廢氣成分可以被單一微生物分解，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)凝絮持留于反響器內(nèi)，需與活性污泥中的異養(yǎng)型微生物—起共培育。紫紅紅球菌(Rhodococcusrhodochrous)RhodococcusrhodochrousCF222五、廢氣生物處置的根本條件主要有水分，營(yíng)養(yǎng)、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(dòng)的必要成分；吸收廢氣的溶劑。采用土壤或堆肥等固態(tài)處置系統(tǒng)時(shí)，適宜的水分含量可保證氧與水分的供應(yīng)。50％~70％為適宜的含水量。通常預(yù)處置需求加濕，防止濾料變干。2．養(yǎng)分廢氣可為微生物提供一定的營(yíng)養(yǎng)，VOCs可以提供碳源和能源，但是需求適當(dāng)補(bǔ)足其它營(yíng)養(yǎng)。不同的處置工藝對(duì)營(yíng)養(yǎng)控制有差別，例如生物滴濾池補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)鹽非常重要，但是堆肥生物濾池補(bǔ)給營(yíng)養(yǎng)鹽的次數(shù)可以減少，一年補(bǔ)給二次即可。3．溫度廢氣生物處置多用中溫條件(25～35℃)，少用高溫。土壤或堆肥處置廢氣時(shí)通常采用自然溫度，假設(shè)微生物分解基質(zhì)放熱呵斥溫度過高那么需采取降溫措施。4．氧氣廢氣處置多用異養(yǎng)型好氧微生物；氧的供應(yīng)量與供應(yīng)方式對(duì)處置效率的影響很大，微生物數(shù)量、基質(zhì)濃度和溫度等要素也會(huì)影響供氧。少數(shù)厭氧條件，例如著色菌處置硫化氫，那么需控制無氧條件，以氨氣取代反響系統(tǒng)的氧氣。5、酸堿度以中性或微堿性為宜。廢氣生物處置中的細(xì)菌多數(shù)順應(yīng)于中性至微堿性環(huán)境，只需少數(shù)種類對(duì)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。第二節(jié)惡臭的原位處置一、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(zhì)。第二節(jié)惡臭的原位處置畜禽場(chǎng)是重要的污染源O'Neil和Phillips從養(yǎng)豬場(chǎng)中分別鑒定到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。我國(guó)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(zhì)的發(fā)臭緣由與分子構(gòu)造有關(guān)：如兩個(gè)烷基同硫結(jié)合時(shí)，就會(huì)變成二甲基硫醚和甲基乙基硫醚等帶有異臭的硫醚。假設(shè)再改動(dòng)某些化合物分子構(gòu)造中S的位置，其臭味的性質(zhì)也會(huì)改動(dòng)。各種化合物分子構(gòu)造中的硫(=S)、巰基(-SH和硫氰基(-SCN)是構(gòu)成惡臭的原子團(tuán)，通稱“發(fā)臭團(tuán)〞。有些有機(jī)物如苯酚、甲醛、丙酮等，其分子構(gòu)造含有羥基、醛基、羰基和羧基，也分發(fā)各種臭味，起發(fā)臭團(tuán)的作用。二、惡臭的控制①熄滅，如對(duì)渣滓和食品加工廠的殘?jiān)瓤扇夹晕镔|(zhì)熄滅；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酸堿處置，稀酸處置堿性惡臭物質(zhì)(如三甲胺)，稀堿處置酸性惡臭物質(zhì)(如硫化氫)：⑤生物氧化，利用生物酶的催化氧化作用；⑥掩蔽，不便處置的低濃度臭氣施放有香氣的物質(zhì)來掩蔽臭氣，假設(shè)濃度太高那么不起作用。畜禽豢養(yǎng)場(chǎng)惡臭的控制1．日糧設(shè)計(jì)與惡臭控制2．飼料添加劑的運(yùn)用(1)酶制劑(2)抗生素(3)益生菌(probiotics)(4)酸化劑3．除臭劑(deodourant)的運(yùn)用(1)化學(xué)除臭劑(chemicaldeodoulant)(2)生物除臭劑(biologicaldeodourant)三、惡臭的原位微生物處置產(chǎn)生惡臭的微生物多是一些動(dòng)物腸道細(xì)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(jī)理：將惡臭物質(zhì)轉(zhuǎn)化為非惡臭物質(zhì)；利用惡臭物質(zhì)為細(xì)胞物質(zhì)。原位微生物處置優(yōu)良菌種應(yīng)具備的特征