固废、废气生物处理技术.ppt

固体有机污染物的 生物处理技术,随着我国经济的发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。,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，焚烧等。,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发展。,固体废物及其分类,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,固体废物的处置方法 工业废料 露天堆放、回收利用、卫生填埋及焚烧处置,城市生活垃圾 简单堆放 围海造田 堆肥处置 焚烧处置 卫生填埋,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,* 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，但是极好的土壤调节剂和改良剂。,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,堆肥过程为微生物的生活过程，受到温度的影响,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。,工艺中各工序的功能不同,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,1. 环境温度 堆肥温度保持在6065，可达到较好效果 一般，环境温度对堆肥的起始升温影响不大，但达到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，此时若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,2.有机质含量 有机质含量低，发酵过程所产生的热将不足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 研究表明：堆肥中最适合的有机物含量2080,3.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,4.碳氮比 碳氮比小，温度上升快，堆肥达到最高温度低 碳氮比大，堆肥达到最高温度高，温度上升慢 合适的比例：2530：1,碳氮比对发酵周期的影响,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）：1,6.pH 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7.0时，氮以氨的形式进入大气,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； 一般的通风办法有：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；借助高压风机强制通风；自然通风。,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。,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。,（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,（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。,固体有机废物的处理 卫生填埋技术,卫生填埋始于20世纪60年代，是在传统的堆放基础上，从环境免受二次污染的角度出发而发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,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。,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，可部分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。,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； 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,北京北神树卫生填埋场,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1.2万度，沼气发电后能继续进行垃圾渗滤液的处理，达到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,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。,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2.53m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,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。,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,（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,（3）渗滤液的处理和利用 土地灌溉 填埋场内渗滤液再循环,渗沥液处理设施,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,（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,（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,（5）填埋场气体的开发利用,沼气发电设施,六 气体有机污染物的 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，部分被列为致癌物，如氯乙烯、苯、多环芳烃等。多数VOC易燃易爆，部分对臭氧层有破坏作用,一、常见的有机气体污染物,二、生物处理的途径,气体经由气相转移到液相或固相表面液膜中，然后被微生物吸附降解,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,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,1.生物过滤法（biofiltration） 废气从反应器的下部进入，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,第一步必须是污染物通过气水界面传递到附着在滤料表面的生物膜,处理范围： 挥发性或气体有机污染物 如：苯、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,优点： 工艺设施简单、能耗小、处理费用低、效果好,2.生物滴滤法（biotrickling） 避免产生填料压实、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,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,4.膜生物反应器（membrane bioreactor） 过程：利用憎水性的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,四、影响因素,反应器设计和运行应考虑的参数 反应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,1.填料选择 填料应符合的条件：最佳的微生物生长环境 较大的比表面积 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：填料的气液比表面积一般在3001000m2/m3,2.湿度控制 填料的水分最佳含量在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,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避免酸的积累,有机固废的资源化是将来发展的一个方向。 了解有机固废的堆肥与卫生填埋技术，包括：基本概念、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。,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2.5万m3，成分：工业废油、电镀酸性废渣、酚、PCB与重金属； 污染范围：5.4万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 从污泥和水体中分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别大（如在阿拉斯加分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； 结果表明，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应器等；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,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，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。,地下水修复的注意事项 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 反应器处理,（一）原位修复,基本方法 常用土著微生物，有时加入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,基本方法 将受污染的土壤挖掘、运送到指定地点堆放，进行微生物处理，处理后土壤再运回原地。,堆放地点通常需要进行布置衬里、设置通风管道； 堆置过程中需要收集流出的污水。 优点在于在土壤受污