第五、六、七章 固废、废气生物处理技术

1、固体有机污染物的 生物处理技术生物处理技术随着我国经济的开展和人民生活水平的提高，城市生活垃圾产生量不断增加，目前我国城市垃圾年产量近亿吨，并以810的年增长率递增，历年累计堆存量已达80亿吨，侵占土地约5亿m2。约200多座城市陷入垃圾包围之中。生物处理技术生物处理技术 我国城市生活垃圾构成：有机物增加,可燃物增多,可回收利用物增多,可利用价值增大。 我国城市垃圾处置方式是卫生填埋、高温堆肥，燃烧等。固体废物：指暂时没有价值的固体或泥状物质；固体废物具有两重性：废弃物和资源处理固废的目的：消除污染，将其无害化处理后还到生态系统中，且不危及人类健康；目前，对固废的处理已经向资源化开展。固体废物

2、及其分类生物处理技术固体废物的分类：按化学成分分：无机废物，有机废物按形状分：固体废物、泥状废物按危害状况分：有害废物、一般废物按来源分：工业废弃物、城市垃圾和农业固体废弃物生物处理技术固体废物的处置方法工业废料 露天堆放、回收利用、卫生填埋及燃烧处置生物处理技术城市生活垃圾 简单堆放 围海造田 堆肥处置 燃烧处置 卫生填埋生物处理技术固体有机废物处理 堆肥技术两个概念* 堆肥化 依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，有控制地促进可被微生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程生物处理技术* 堆肥 是堆肥化的产物，是一种深褐色、质地松散、有泥土味的物质；养料价值不高，但是极好的

3、土壤调节剂和改进剂。一、好氧堆肥好氧堆肥 有氧条件下，好氧微生物作用。 好氧堆肥一般在5060，极限可达8090，也称为高温堆肥 生物处理技术堆肥过程为微生物的生活过程，受到温度的影响温度（） 温度对微生物生长的影响 中温菌 嗜热菌常温38 激发态 不适用3845 抑制状态 可开始生长4555 毁灭期 激发态5560 不适用（菌群衰退） 抑制状态（轻微）6070 抑制状态（明显）70 毁灭期堆肥的工序 现代化的堆肥生产一般采用好氧堆肥工艺； 通常由前处理 主发酵一次发酵 后发酵二次发酵 后处理 贮存等工序组成。 生物处理技术工艺中各工序的功能不同前处理工序发酵工序后处理工序进料：控制垃圾投入量

4、和投入比例分选：废品回收，去除部分非堆肥物和有害物质破碎：将选出的大块可堆肥物破碎为适合堆肥的颗粒混合：调整垃圾水分、碳氮比至一定值一次发酵：进行最初的微生物分解，系高温发酵，是实现垃圾无害化的阶段二次发酵：进行无害化处理后的垃圾进一步腐熟，使之成为熟堆肥筛分：去除影响堆肥物使用的大颗粒物质重力分选：去除堆肥中的硬质杂物来提高堆肥质量专用肥配制：添加无机肥料，使之成为复合肥料生物处理技术堆肥工艺的主要参数一次发酵含水率4560，碳氮比3035：1，温度5565，周期310d；二次发酵含水率小于40，温度低于40 ，周期3040d 生物处理技术1. 环境温度堆肥温度保持在6065，可到达较好效果

5、一般，环境温度对堆肥的起始升温影响不大，但到达高温期的堆肥因为易降解有机物质含量的减少使其产热量减少，此时假设环境温度剧烈变化将会影响堆肥过程的进行。 影响堆肥的因素生物处理技术2.有机质含量有机质含量低，发酵过程所产生的热将缺乏以维持堆肥所需的温度，产生的堆肥肥效低有机质含量高，给通风供氧带来影响，从而产生厌氧和发臭研究说明：堆肥中最适合的有机物含量2080生物处理技术3.水分按重量计5060的含水率最有利于微生物分解；水分超过65，温度难以上升，分解速度明显降低；水分过多，堆肥物质之间充满水，有碍通风，造成厌氧状态水分低于40，不能满足微生物生长需要生物处理技术4.碳氮比碳氮比小，温度上升

6、快，堆肥到达最高温度低碳氮比大，堆肥到达最高温度高，温度上升慢适宜的比例：2530：1碳氮比对发酵周期的影响碳氮比发酵周期20：1(3050)：178：180：1以上910101621堆肥无法进行生物处理技术5.碳磷比磷是磷酸和细胞核的重要元素，也是生物能ATP的重要组成；一般堆肥原料的碳磷比为75150：1生物处理技术最适宜为中性或弱碱性堆肥初期，有机酸生成，pH下降，然后上升pH会影响氮的损失，在pH为时，氮以氨的形式进入大气生物处理技术7.通风供氧通风量的多少影响微生物的活动强度和有机物分解速度；一般的通风方法有：利用斗式装载机、动力铲或其他特殊设备翻堆；向堆肥内插入带孔的通风管；借助高

7、压风机强制通风；自然通风。生物处理技术二、厌氧堆肥厌氧堆肥 在无氧条件下，借厌氧微生物的作用，将有机废弃物进行厌氧发酵，制成有机肥料，使固体废物无害化的过程。生物处理技术厌氧堆肥的特点 堆内不设通气系统，堆温低，腐熟及无害化所需时间长； 方法简便、省工，在不需要用肥或劳力紧张的情况下采用。生物处理技术1产酸发酵阶段 初期，微生物分解活动的产物是有机酸、醇、二氧化碳、氨、硫化氢、磷化氢等；pH下降； 厌氧堆肥的过程生物处理技术2产气发酵阶段 分解后期，由于产氨，pH上升，甲烷细菌开始分解有机酸和醇，产物主要是甲烷和二氧化碳，随着甲烷细菌的繁殖，有机酸迅速分解，pH迅速上升。生物处理技术固体有机废

8、物的处理 卫生填埋技术卫生填埋始于20世纪60年代，是在传统的堆放根底上，从环境免受二次污染的角度出发而开展起来的一种较好的固体废弃物处理法投资少、容量大、见效快生物处理技术卫生填埋分类 按填埋场中垃圾降解的机制，卫生填埋可分为好氧、厌氧和半好氧3种。生物处理技术好氧填埋 在垃圾体内布设通风管网，用鼓风机向垃圾体内送空气，可局部甚至完全消除垃圾渗滤液； 适用于干旱少雨地区的中小型城市和填埋有机物含量高、含水率低的生活垃圾。 填埋场结构复杂，施工要求高，造价高，采用不普遍。生物处理技术厌氧填埋 无需供氧，简化了结构，降低了电耗，投资和运行费用低，管理简单；不受气候条件、垃圾成分和填埋高度的限制；

9、 同时可回收甲烷气，被广泛采用。半好氧填埋 类似好氧填埋，仅相对供氧较少生物处理技术北京北神树卫生填埋场生物处理技术具有“城市生活垃圾无害化处理一级填埋场的称号，只有挪威的填埋场可以与其媲美。日处理垃圾1700余吨，产生的沼气一天能发电万度，沼气发电后能继续进行垃圾渗滤液的处理，到达北京市二级排放标准和农田灌溉标准。 采用山谷型厌氧性卫生填埋法处理工艺，库区PE膜全包防渗，产生的垃圾渗沥液经管道收集后回喷到垃圾堆体，垃圾填埋气经导气井和管道收集后进行燃烧排放。 平凉垃圾卫生填埋工程生物处理技术湖州市生活垃圾卫生填埋场 利用一废弃的采石场，采用厌氧性卫生填埋法，产生的垃圾渗沥液经管道收集送城市污

10、水处理厂进行深度处理；产生的垃圾填埋气经导气并和管道收集后进行燃烧处理。 生物处理技术卫生填埋过程生活垃圾填埋场计量质量判定4075cm薄层压实机碾压厚度为3m的垃圾层每层覆土2030cm四层厚度组成一个单元上面覆土50cm一系列相互衔接的填埋单元构成填埋层0压实后得到卫生填埋场填埋到设计高度，在上层覆土90120cm推土机铺散生物处理技术渗滤液的产生及控制 垃圾分解过程中产生的液体、渗出的地下水和渗入的地表水统称为填埋场渗滤液。生物处理技术渗滤液渗漏是填埋场对地下水和地表水造成污染的根源。怎么办？(1)有机物质量浓度高，其中腐殖酸为小分子有机酸和氨基酸又合成的大分子产物，是渗滤液中长期性的最

11、主要有机污染物，通常有2001500mg/L的腐殖酸不能生物降解。(2)氨氮质量浓度高，一般小于3000mg/L，在5002O43Omg/L之间居多，其在厌氧垃圾填埋场内不会被去除，是渗滤液中长期性的最主要无机污染物。垃圾渗滤液主要特征(3)渗滤液水质波动大，COD、BOD、可生化性随填埋时间的增长而下降并逐渐维持在较低水平。渗滤液特征与填埋场“年龄关系： 4)渗滤液成分复杂，含有低分子量的脂肪酸类，腐殖质类高分子得碳水化合物及中等分子量的灰黄酶酸类物质，污染物种类繁多，总量巨大。5)重金属含量大，色度高且恶臭，渗滤液含多种重金属离子，当工业垃圾和生活垃圾混埋时重金属离子的溶出量往往会更高。渗

12、滤液的色度可高达2000倍4000倍，并伴有极重的腐败臭味。1渗滤液的收集 垃圾中的渗滤液沿着块石或粗大砾石的空隙向低处渗流，通过埋设在低处的管道流出场地，排放入场外的渗滤液积水池生物处理技术2防渗措施地表防洪系统，将降水拦截在外填埋区地下水宣泄系统，防止地下水位抬高进入填埋场 生物处理技术3渗滤液的处理和利用土地灌溉填埋场内渗滤液再循环生物处理技术渗沥液处理设施 生物处理技术填埋场气体及处理1填埋场气体组成 甲烷、二氧化碳、氨、氢气、硫化氢等生物处理技术2填埋场气体组成变化 初期产生的气体是二氧化碳和氢气 612月便开始大量产生甲烷气3填埋气体所带来的环境问题积累产生爆炸或火灾对填埋场或其附

13、近的作物等造成危害气体的扩散会危害人类健康引起感官刺激，特别是恶臭场地污染招引蚊蝇，传播疾病生物处理技术4控制措施在场地中按一定的密度布置气体监测井，收集气体并化验定期在场地上喷洒药物，抑制恶臭产生和杀灭蚊蝇，限制疾病传播在填埋场内按一定的密度铺设导气管道，引出气体生物处理技术5填埋场气体的开发利用沼气发电设施 生物处理技术六 气体有机污染物的 生物处理技术生物处理技术挥发性有机化合物VOC是石油化工、制药、印刷、制鞋、喷漆等行业排放的最常见污染物。该类有机物大多具有毒性，局部被列为致癌物，如氯乙烯、苯、多环芳烃等。多数VOC易燃易爆，局部对臭氧层有破坏作用一、常见的有机气体污染物生物处理技术

14、二、生物处理的途径 气体经由气相转移到液相或固相外表液膜中，然后被微生物吸附降解生物处理技术注意：气体污染物生物处理的关键是气体的吸收水吸收净化后气体微生物降解有机成分简单无机成分有机废气微生物净化有机废气模式图生物处理技术目前适合处理的废气有： 乙醇、硫醇、酚、甲酚、吲哚、脂肪酸、乙醛、酮、二硫化碳、氨和胺等生物处理技术1.生物过滤法biofiltration 废气从反响器的下部进入，通过附着在填料上的微生物将污染物氧化分解为CO2、H2O、NO3-和SO42三、生物处理的几种方法生物处理技术第一步必须是污染物通过气水界面传递到附着在滤料外表的生物膜处理范围： 挥发性或气体有机污染物如：苯、

15、甲苯、乙苯、二甲苯、甲醇、乙醇、丁醇、异丁醇、乙基己醇、甲硫醇、醋酸丁酯、二乙基胺、甲烷、乙烷、戊烷、硫酸二甲酯等生物处理技术优点： 工艺设施简单、能耗小、处理费用低、效果好生物处理技术2.生物滴滤法biotrickling防止产生填料压实、短流及填料降解等缺陷营养物和缓冲溶液可通过回流液投加微生物代谢可通过回流液除去容易调整pH效果更好生物处理技术3. 生物洗涤法bioscrubbing过程：先用水洗涤废气，气体中的污染物转移到水中得到净化，转移到水中的污染物按通常的生物法处理适用：负荷较高、污染物水溶性较强生物处理技术4.膜生物反响器membrane bioreactor过程：利用憎水性的

16、多孔中空纤维膜将气体中的污染物溶解到液相中，在液相中控制生物过程，来去除污染物。适用：低水溶性的污染物不易传输到液相，会影响效率生物处理技术四、影响因素反响器设计和运行应考虑的参数 反响器的环境应适合微生物的生长 环境条件包括：填料介质及其湿度、pH、营养物质、温度和污染物浓度等生物处理技术1.填料选择填料应符合的条件：最正确的微生物生长环境 较大的比外表积 一定的结构强度，防止填料压实 能有高水分持留能力 滤料有高孔隙率 较低的密度参数：填料的气液比外表积一般在3001000m2/m3生物处理技术2.湿度控制 填料的水分最正确含量在4060 影响填料湿度变化的主要因素有：湿度未饱和的进气，生

17、物氧化和周围环境的热交换等 可在生物滤池上方装喷水器进行间歇喷洒，同时也可在进气中喷水增加废气的湿度生物处理技术3.温度及pH控制 运行温度一般在2040为宜，高温气体应预冷。 水相pH69，但降解含氯氮磷的化合物时有酸的积累，可在液相中投加碱或加缓冲物质；也可通过定期冲洗和排放的方法防止酸的积累生物处理技术有机固废的资源化是将来开展的一个方向。了解有机固废的堆肥与卫生填埋技术，包括：根本概念、方法、过程及控制即影响因素和利用。有机废气处理的关键是废气的吸收；我国对有机废气的处理研究尚处于起步阶段。生物处理技术小结七 有机污染的生物修复技术一、地表水有机污染的生物修复技术在水体的生物修复时，不

18、仅要处理受污染的水体，也要处理水下的淤泥。受污染的水体或淤泥可采用原位或异位修复。 一地表淡水有机污染的生物修复案例 美国德克萨斯州开矿形成的坑塘，3万m2，被有机物污染的生物修复。 污染情况有机废物万m3，成分：工业废油、电镀酸性废渣、酚、PCB与重金属；污染范围：万m3淤泥与3.8 m3左右土壤被污染，从塘中水体到地面9m深的土壤受到污染。 采取方法从污泥和水体中别离降解污染物的菌株；按3：1添加氮磷；原位处理，装置中心安装曝气器充氧；过程中，因产酸pH值下降，投加石灰中和。 结论地表水体有机污染的生物修复过程中，常利用土著菌，只要通过工程手段提高微生物的活性就能取得理想的修复效果。 二海

19、洋有机污染的生物修复目前较严重的大面积有机污染事件发生在海洋、港湾和淡水河流中的石油泄漏。海洋石油泄漏，污染面积大，影响范围广，特别是对海洋生态环境破坏大。 石油污染中的海鸟 希腊“威望号油轮在西班牙沉船漏油 希腊“威望号油轮断成两截造成大片污染 案例Exxon Valdez号油轮触礁事件。 污染情况1989年3月24号，该船在阿拉斯加一海湾触礁，泄漏原油4200万L，同时污染了海水与附近的海岸。修复技术1微生物氧化烃类微生物有细菌、放线菌、酵母、真菌等；在近海、海湾等受石油污染程度高的地方，石油降解菌数量多；解烃微生物常生长在油水界面。 2环境因素温度：不同菌株对温度要求差异大如在阿拉斯加别

20、离到嗜冷性石油分解菌；氧：好氧；实际中，海洋中的风浪可起到搅拌作用； 营养盐：氮磷缺乏； 本例中，使用做成胶囊的亲油性添加剂，氮源是含尿素的油酸，磷源是三4月桂烷基磷酸酯；结果说明，添加了肥料石油降解速率比没有添加的快 二、地下水有机污染的生物修复地下水有机污染的修复方法概述原位修复 原地处理，有物理、化学和生物方法，通常结合使用。异位修复抽走处理，有气提法、活性炭吸附、超滤、臭氧/紫外线氧化、活性污泥法及生物膜反响器等；处理后，回注地下。 一生物充气法方法使用空压机向地下水充空气，并用真空泵使抽气井中保持低压，促使氧在地下的传递，加速微生物修复。改进：生物吸气法省略了加压系统；利用负压使土壤

21、和地下水的有机污染物成为蒸气，同时使空气中的氧通过压降向吸气口移动，增加渗流区域的溶解氧，加速地下水生物修复。 方法利用地下水循环把氧与营养盐送到地下水中。常见问题微生物生长导致井透水孔堵塞，需要定期加氯、双氧水或调节pH来减轻堵塞程度。二地下水循环系统 地下水处理添加氮源、磷源和氧等水循环系统 三其他修复方法1、内在微生物修复通过天然存在的微生物在好氧或厌氧的条件下使复杂有机污染物降解为简单无毒化合物。好氧时，需要向地下水中通氧气及其他营养物质；厌氧处理含氯有机物效果较好。 2、外加微生物处理对刚受污染的地下水，在外加微生物添加同时，还需要添加营养盐与电子受体等。 3、自然衰减天然的生物修复

22、，通过各种物理、化学和生物的过程，在非人为的条件下降低地下水污染物的数量；前提是调查清楚该区域有较高的天然生物修复能力；但需要定时检测，防止污染面扩大。 地下水修复的本卷须知调查水文地质学参数是否允许向地上抽取地下水，并将处理后的地下水返注；地下水的深度和范围;地下水流的渗透能力和方向;地下水的水质参数，如pH、溶氧、营养物、碱度以及水温等. 三、土壤中有机污染的生物修复土壤的有机污染源农业中化学农药、化肥、生长剂；工矿业的有机污染，化学品泄漏等 土壤有机污染的生物修复方法原位修复异位修复： 挖掘堆置 反响器处理 一原位修复根本方法常用土著微生物，有时参加经驯化和培养的微生物；使用各种工程措施强化处理。 强化措施钻注水井，接种微生物、水、营养物及电子受体；钻抽水井，抽地下水造成所需要的地下水在地层中流动，促进传质 实例美国空军将原位处理中的生物通风法应用到处理受喷气机燃料污染土壤。将两个井作空气注入与空气抽出使用，来保持土壤中氧浓度稳定 二挖掘堆置处理根本方法将受污染的土壤挖掘、运送到指定地点堆放，进行