第九章固体废物的生物处理

1、 人类生产及生活中的燃料燃烧人类生产及生活中的燃料燃烧 生产活动，例如化工、冶金、生物制品、生产活动，例如化工、冶金、生物制品、屠宰、污水处理及垃圾处理等工厂所产生屠宰、污水处理及垃圾处理等工厂所产生的废气。的废气。 废气处理是环境污染控制的一个重要方面。废气处理方法：废气处理方法：理化法：目前主要采用的方法，如燃烧、理化法：目前主要采用的方法，如燃烧、 吸附、吸收和还原等。工艺或设备较复杂，吸附、吸收和还原等。工艺或设备较复杂，运行费用较高；用于处理某些恶臭废气时，运行费用较高；用于处理某些恶臭废气时，效果不甚理想。效果不甚理想。生物法：具有处理效率较高、适应性较广、生物法：具有处理效率较高

2、、适应性较广、工艺较简单以及费用较省等优点。工艺较简单以及费用较省等优点。 废气的微生物处理于废气的微生物处理于1957年在美国获得专年在美国获得专利，但到利，但到1970年代才开始引起重视，直到年代才开始引起重视，直到1980年代才在德国、日本、荷兰等国家有年代才在德国、日本、荷兰等国家有相当数量工业规模的各类生物净化装置投相当数量工业规模的各类生物净化装置投入运行。入运行。 废气生物反应器处理对许多一般性的空气废气生物反应器处理对许多一般性的空气污染物的去除率可达到污染物的去除率可达到90以上。以上。 1. 废气或尾气废气或尾气(waste gas，off-gas)在生物反在生物反应器内进

3、行。应器内进行。挥发性有机化合物挥发性有机化合物 (volatile organic compounds，VOCs)以及其它有毒或有臭以及其它有毒或有臭味的气体，如味的气体，如NH3和和H2S等。等。化工、制药、电镀、喷漆、印刷等行业产化工、制药、电镀、喷漆、印刷等行业产生的有害污染物生的有害污染物(hazardous air pollutants，HAPs)以及废水处理厂、堆肥厂、垃圾填以及废水处理厂、堆肥厂、垃圾填埋厂产生恶臭埋厂产生恶臭(odor)等。等。 2. 去除效率高去除效率高 u一般的空气污染物去除效率超过一般的空气污染物去除效率超过90。3. 投资少，运行费用低投资少，运行费用

4、低 u不需要投入额外的化学品不需要投入额外的化学品;u化学法则需加催化剂和氧化剂等，如次氯化学法则需加催化剂和氧化剂等，如次氯酸盐、过氧化氢、二氧化氯等。酸盐、过氧化氢、二氧化氯等。4. 污染少污染少 u生物处理的产物是生物量，很容易处理。生物处理的产物是生物量，很容易处理。 耗能低耗能低u生物反应在常温常压下进行，能量来自微生物反应在常温常压下进行，能量来自微生物利用生物利用VOCs成分本身产生的能量。成分本身产生的能量。u生物处理法消耗的动力只是污染气体进入生物处理法消耗的动力只是污染气体进入 处理系统时所消耗的能量处理系统时所消耗的能量(正压送风或负正压送风或负压引风压引风)。1. 水溶

5、性强水溶性强 u兼具有蒸汽压低、亨利定律常数低的兼具有蒸汽压低、亨利定律常数低的特点，向介质表面微生物膜扩散速率特点，向介质表面微生物膜扩散速率高；高；u主要有无机物如主要有无机物如H2S和和NH3等、醇类、等、醇类、醛类、酮类以及简单芳烃醛类、酮类以及简单芳烃(如如BTEX)等有机物。等有机物。v适宜处理的污染气体应具有的特点：2. 易降解易降解 u 分子被吸附在生物膜上必需被降解，分子被吸附在生物膜上必需被降解，否则将导致污染物浓度增高，毒害生否则将导致污染物浓度增高，毒害生物膜或影响传质，降低生物滤器效率，物膜或影响传质，降低生物滤器效率，或使处理完全失败。或使处理完全失败。 u 根据介

6、质性质不同，分为：根据介质性质不同，分为：1. 生物洗涤生物洗涤(bioscrubbing)生物洗涤器生物洗涤器(bioscrubber)内是液态介质。内是液态介质。 2. 生物滤过生物滤过(biofiltration)生物滤过采用是固态介质生物滤过采用是固态介质生物滤池生物滤池(biofilters)生物滴滤池生物滴滤池(biotrickling filters) 生物滤池内的固态介质是一些天然材生物滤池内的固态介质是一些天然材料，常用的固体颗粒有土壤和堆肥，料，常用的固体颗粒有土壤和堆肥，这些材料为微生物的附着和生长提供这些材料为微生物的附着和生长提供表面，微生物可以吸收废气中的污染表面，

7、微生物可以吸收废气中的污染物将其转化为无害物质。物将其转化为无害物质。 微生物滤池适用于微生物滤池适用于处理肉类加工厂、处理肉类加工厂、动物饲养场、污水处理厂和堆肥厂动物饲养场、污水处理厂和堆肥厂等等处产生的废气。处产生的废气。 这类废气的主要特点是浓度不高，但这类废气的主要特点是浓度不高，但带有强烈的臭味。带有强烈的臭味。 堆肥堆肥 原料常用污水处理厂污泥、有机垃圾和畜原料常用污水处理厂污泥、有机垃圾和畜粪以及植物凋落物。粪以及植物凋落物。须筛选，滤层要均匀、疏松，空隙率须筛选，滤层要均匀、疏松，空隙率40，滤，滤料须保持湿润，滤层含水量不低于料须保持湿润，滤层含水量不低于40，但不，但不能

8、有积水。滤层保持适当的温度。能有积水。滤层保持适当的温度。 土壤土壤 腐殖土为好，其它土质需要改良，有效厚腐殖土为好，其它土质需要改良，有效厚度不应小于度不应小于50cm，土壤水分土壤水分4070， 草炭草炭 其通气性能良好，适于微生物生长，除臭其通气性能良好，适于微生物生长，除臭效果比用土壤好。效果比用土壤好。 生物滴滤池主要由箱体、生物活性床层、生物滴滤池主要由箱体、生物活性床层、喷水器等组成。喷水器等组成。 废气经过预处理室去除颗粒物和增湿后进废气经过预处理室去除颗粒物和增湿后进入滤床底部。入滤床底部。 滤料使用人工材料，如陶瓷、塑料或金属滤料使用人工材料，如陶瓷、塑料或金属等，使用颗粒

9、状或有空隙的材料，床层厚等，使用颗粒状或有空隙的材料，床层厚度一般在度一般在0.51.0m，依需要而定。，依需要而定。u优点：优点： 滤料重量轻、空隙大、表面积大、废滤料重量轻、空隙大、表面积大、废气和介质接触时间短气和介质接触时间短(几秒钟几秒钟)，处理效，处理效率高，同时滤料不需更换。率高，同时滤料不需更换。 处理的浓度处理的浓度100mg/m35g/m3，流量，流量550000m3/h。 u应用l微生物过滤床已成功地用于化工厂、食品微生物过滤床已成功地用于化工厂、食品厂、污水泵站等方面的废气净化和脱臭。厂、污水泵站等方面的废气净化和脱臭。l污染物包括硫化氢、二硫化碳、苯乙烯、污染物包括硫

10、化氢、二硫化碳、苯乙烯、甲苯、丙烷、异丁烷、苯酚、乙醇、四氢甲苯、丙烷、异丁烷、苯酚、乙醇、四氢呋喃、环已酮、甲基乙基甲酮等。呋喃、环已酮、甲基乙基甲酮等。 3生物洗涤l生物洗涤装置一般由洗涤器和生物反应器生物洗涤装置一般由洗涤器和生物反应器两部分组成，吸收器和生物反应器分开设两部分组成，吸收器和生物反应器分开设置。置。l吸收主要是物理溶解过程，采用的吸收设吸收主要是物理溶解过程，采用的吸收设备有喷淋塔、筛板塔、鼓泡塔等，吸收过备有喷淋塔、筛板塔、鼓泡塔等，吸收过程进行很快，水在吸收设备中的停留时间程进行很快，水在吸收设备中的停留时间仅约几秒钟；仅约几秒钟； 三、生物法处理废气的机理l生物反应

11、器处理废气一般经历以下三个生物反应器处理废气一般经历以下三个阶段：阶段： 1.溶解过程溶解过程 l废气与水或固相表面的水膜接触，污染废气与水或固相表面的水膜接触，污染物溶于水中成为液相中的分子或离子，物溶于水中成为液相中的分子或离子，这一过程是物理过程，符合亨利定律。这一过程是物理过程，符合亨利定律。 2. 吸着过程l溶于水中的污染物被溶于水中的污染物被微生物吸附、吸收微生物吸附、吸收，污染物从水中转入微生物体内。作为吸收污染物从水中转入微生物体内。作为吸收剂的水被再生复原，继而再用以溶解新的剂的水被再生复原，继而再用以溶解新的废气成分。废气成分。3. 生物降解过程u进入微生物细胞的污染物作为

12、微生物生命进入微生物细胞的污染物作为微生物生命活动的能源或养分被活动的能源或养分被分解和利用分解和利用，从而使，从而使污染物得以去除。污染物得以去除。u烃类和其它有机物成分被氧化分解为烃类和其它有机物成分被氧化分解为CO2和和H2O，含硫还原性成分被氧化为，含硫还原性成分被氧化为S、SO42-，含氮成分被氧化分解成含氮成分被氧化分解成NH3，NO2-和和NO3-等。等。 u污染物转移的三种可能情况(1)(1)气流气流吸附在有机介质上吸附在有机介质上在水相解析在水相解析膨解膨解生物降解生物降解(2)(2)气流气流在生物膜上直接吸附在生物膜上直接吸附生物降解生物降解(3)(3)气流气流在水相中溶解

13、在水相中溶解生物降解生物降解 四、处理废气的微生物l多为混合微生物，因为：多为混合微生物，因为：含有多种成分的含有多种成分的混合废气混合废气，需要多种微，需要多种微生物分别降解；生物分别降解；有的成分需要几种微生物的相继作用才有的成分需要几种微生物的相继作用才能分解转化为无害物质，能分解转化为无害物质，l氨先经硝化细菌再经反硝化作用细菌才能氨先经硝化细菌再经反硝化作用细菌才能成为分子态氮；成为分子态氮； 四、处理废气的微生物一些难降解的成分要由几种微生物联合作用才一些难降解的成分要由几种微生物联合作用才能被完全降解；能被完全降解；l卤代有机化合物先经厌氧微生物还原脱卤，再卤代有机化合物先经厌氧

14、微生物还原脱卤，再被好氧微生物彻底分解；被好氧微生物彻底分解；工艺需要，尽管废气成分能够被单一微生物分工艺需要，尽管废气成分能够被单一微生物分解，但还需利用其它微生物，解，但还需利用其它微生物，l在硫化氢氧化中，为了使自养型脱氮硫杆菌在硫化氢氧化中，为了使自养型脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)凝絮持留于反应器凝絮持留于反应器内，需与活性污泥中的异养型微生物内，需与活性污泥中的异养型微生物起共培起共培养。养。 紫红红球菌紫红红球菌(Rhodococcus rhodochrous)Rhodococcus rhodochrous CF 222 五、废气生物处理的基本

15、条件l主要有水分，养分、温度、氧气主要有水分，养分、温度、氧气(有氧或有氧或无氧无氧)以及酸碱度等。以及酸碱度等。 1水水 分分l微生物生命活动的必要成分；微生物生命活动的必要成分；l吸收废气的溶剂。吸收废气的溶剂。l采用土壤或堆肥等固态处理系统时，适宜采用土壤或堆肥等固态处理系统时，适宜的水分含量可保证氧与水分的供给。的水分含量可保证氧与水分的供给。l5070为适宜的含水量。为适宜的含水量。l通常预处理需要加湿，防止滤料变干。通常预处理需要加湿，防止滤料变干。2养 分l废气可为微生物提供一定的养分，废气可为微生物提供一定的养分，VOCs可以提供碳源和能源，但是需要适当补足可以提供碳源和能源，

16、但是需要适当补足其它养分。其它养分。l不同的处理工艺对养分控制有差异，例如不同的处理工艺对养分控制有差异，例如生物滴滤池补充营养盐十分重要，但是堆生物滴滤池补充营养盐十分重要，但是堆肥生物滤池补给营养盐的次数可以减少，肥生物滤池补给营养盐的次数可以减少，一年补给二次即可。一年补给二次即可。3温 度l废气生物处理多用中温条件废气生物处理多用中温条件(2535)，少用高温。少用高温。l土壤或堆肥处理废气时通常采用自然温度，土壤或堆肥处理废气时通常采用自然温度，如果微生物分解基质放热造成温度过高则如果微生物分解基质放热造成温度过高则需采取降温措施。需采取降温措施。4氧气l废气处理多用异养型好氧微生物

17、废气处理多用异养型好氧微生物；l氧的供给量与供给方式对处理效率的影响氧的供给量与供给方式对处理效率的影响很大，微生物数量、基质浓度和温度等因很大，微生物数量、基质浓度和温度等因素也会影响供氧。素也会影响供氧。l少数厌氧条件，例如着色菌处理硫化氢，少数厌氧条件，例如着色菌处理硫化氢，则需控制无氧条件，以氨气取代反应系统则需控制无氧条件，以氨气取代反应系统的氧气。的氧气。 5、酸碱度l以中性或微碱性为宜。以中性或微碱性为宜。l废气生物处理中的细菌多数适应于中性至微废气生物处理中的细菌多数适应于中性至微碱性环境，只有少数种类对酸碱度要求比较碱性环境，只有少数种类对酸碱度要求比较特殊，特殊，l例如氧化

18、硫硫杆菌最适例如氧化硫硫杆菌最适pH为为2.62.8，最，最低为低为pH1.0，最高为，最高为pH4.06.0。 第二节第二节 恶臭的原位处理恶臭的原位处理一、恶臭污染物和污染源一、恶臭污染物和污染源 l恶臭污染物恶臭污染物(odor pollutants)指一切指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害生化环境的气体物质。生化环境的气体物质。第二节第二节 恶臭的原位处理恶臭的原位处理l畜禽场是重要的污染源畜禽场是重要的污染源lONeil和和Phillips从养猪场中分离鉴从养猪场中分离鉴定到定到160种化合物，主要成分有种化合物，主要成分有氨、氨、胺、含硫化合物、

19、挥发性脂肪酸、胺、含硫化合物、挥发性脂肪酸、吲哚类、粪臭类、酚类、醇类和羰吲哚类、粪臭类、酚类、醇类和羰基类化合物。基类化合物。 我国规定的恶臭污染物我国规定的恶臭污染物 (GBl4554-93) l恶臭物质的发臭原因与分子结构有关：恶臭物质的发臭原因与分子结构有关：l如两个烷基同硫结合时，就会变成二甲基硫如两个烷基同硫结合时，就会变成二甲基硫醚和甲基乙基硫醚等带有异臭的硫醚。若再醚和甲基乙基硫醚等带有异臭的硫醚。若再改变某些化合物分子结构中改变某些化合物分子结构中S的位置，其臭的位置，其臭味的性质也会改变。味的性质也会改变。 二、恶臭的控制 焚烧，如对垃圾和食品加工厂的残渣等可燃性焚烧，如对

20、垃圾和食品加工厂的残渣等可燃性物质焚烧；物质焚烧；氧化，氧化剂有臭氧、氯气和高锰酸钾等；氧化，氧化剂有臭氧、氯气和高锰酸钾等；吸附，吸附剂有活性炭、硅胶、活性氧化铝等；吸附，吸附剂有活性炭、硅胶、活性氧化铝等；酸碱处理，稀酸处理碱性恶臭物质酸碱处理，稀酸处理碱性恶臭物质(如三甲胺如三甲胺)，稀碱处理酸性恶臭物质稀碱处理酸性恶臭物质(如硫化氢如硫化氢)：生物氧化，利用生物酶的催化氧化作用；生物氧化，利用生物酶的催化氧化作用；掩蔽，不便处理的低浓度臭气施放有香气的物掩蔽，不便处理的低浓度臭气施放有香气的物质来掩蔽臭气，如果浓度太高则不起作用。质来掩蔽臭气，如果浓度太高则不起作用。 畜禽饲养场恶臭的控制畜禽饲养场恶臭的控制 1日粮设计与恶臭控制日粮设计与恶臭控制 2饲料添