Lecture六PPT课件

环境微生物工程 第六章环境微生物治理的一般原理和技术 5 Lecture12 环境工程研究室袁瑞强2011 主要内容 2020 4 20 2 污废水微生物处理概述 污泥膨胀 污废水深度处理 脱氮 除磷 气体有机废物的微生物处理 污废水的好氧微生物处理 厌氧活性污泥法和厌氧生物膜法 固体有机废物堆肥处理技术 饮用水消毒 北京 垃圾围城 北京周边500座垃圾场 大多分布在北京五环路到六环路之间 这些垃圾场有的规模几千平米 有的规模至上万平米 有的规模甚至超过十万平米 2020 4 20 3 固体废弃物人类生产和生活过程中产生的固体或泥状的 暂时没有利用价值的废弃物质 固体废弃物中包含 1 无机物 如玻璃 金属以及建筑垃圾等 2 有机物 包括可降解的淀粉 蛋白质 烃类 废纸等和很难降解的塑料等 固体废弃物 2020 4 20 4 2020 4 20 5 填埋焚烧发电堆肥 固体废弃物的处理 2020 4 20 6 填埋处理 侵占大量的土地资源 填埋的垃圾需要至少50 100年才能无害化 填埋垃圾的土地长期不能使用 可能引起火灾 由于填埋的垃圾大部分是有机物 在厌氧微生物的作用下发酵 产生大量沼气逸出地面 遇火即可发生火灾 填埋的垃圾能污染地下水 填埋处理 2020 4 20 7 卫生填埋是将垃圾在填埋场内分区分层进行填埋 始于上世纪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 其优点是投资少 容量大 见效快 广为各国采用 2020 4 20 8 垃圾焚烧发电这是发达国家普遍采用的处理城市垃圾的方法 我国也建立了许多座垃圾发电厂 对技术要求高 焚烧时还会产生大量废气和毒气 如处理不当将造成二次污染 对垃圾品质要求高 成本高 焚烧发电处理 2020 4 20 9 高分子材料垃圾在360 到820 的温度下燃烧会产生10多种致癌物质 2020 4 20 10 2020 4 20 11 浙江海宁垃圾焚烧发电厂工程 总投资2 46亿元 垃圾处理规模为600吨 天 年垃圾处理量约20万吨 年发电量约5000万度 2020 4 20 12 2011年 海南首个垃圾焚烧发电项目海口市垃圾焚烧发电厂正式投产使用 项目投产后 可实现年发电量1 23亿千瓦时 年均减排二氧化碳22万余吨 年处理垃圾超过40万吨 项目总投资为4 66亿元 建设规模为日处理垃圾1200吨 项目建设内容为建设2台日处理垃圾600吨 天的炉排炉垃圾焚烧炉和安装2台12MW发电机组 以及与之相配套的设施建设 2020 4 20 13 云南省最大的垃圾焚烧发电项目昆明东郊垃圾焚烧发电厂 设计使用年限为30年 每天能发电约70万度 每年发电近2亿度 每年可节约煤炭资源7 68万吨 每年可处理城市生活垃圾58万多吨 垃圾减容效果可达90 以上 投资4 5亿元建成 采用国内先进的 循环流化床焚烧技术 装配4台日处理垃圾550吨的循环流化床焚烧锅炉 安装2台15MW凝汽式汽轮发电机组 2020 4 20 14 苏州市生活垃圾焚烧发电项目二期工程 配备2台500吨的焚烧炉 1台20 000千瓦发电机 总投资约人民币4 5亿元 日处理生活垃圾1 000吨 平均年售电量10 000万度 项目一期与二期合计日处理垃圾量将达2 050吨规模 年上网电量将达到20 000万度 系目前国内已建成投产的最大垃圾焚烧发电厂 2020 4 20 15 2005年10月23日广州首座生活垃圾焚烧发电厂 李坑生活垃圾焚烧发电厂正式启用 总投资7 25亿元 工程将于2010年建成投产 届时该发电厂将成为世界最大的生活垃圾焚烧发电厂 日处理生活垃圾6000吨 2020 4 20 16 太原同舟能源城市垃圾焚烧发电厂由山西国际能源集团投资建设 是山西省第一个 中西部第一座大型垃圾焚烧工程 采用流化床垃圾焚烧技术 配3台蒸发量为36吨 时双内循环流化床锅炉和2台12MW机组 2007年8月投运 设计日处理垃圾1000吨 实际日处理1300吨 四年来处理190万吨垃圾 占太原市垃圾总量的40 2020 4 20 17 垃圾焚烧发电流程图 2020 4 20 18 垃圾由运输车运至焚烧厂 经地磅称重后 开至卸料门 卸到垃圾坑 垃圾吊车将垃圾送入给料斗 并送入炉内 在焚烧炉内燃烧 送风机的入口与垃圾坑连通 这样可将垃圾的臭味送入燃烧温度约850 1100 的焚烧炉进行热分解 变为无臭气体 燃烧的火焰及高温烟气 经自然循环锅炉 产生高温蒸汽 为汽轮发电机组提供汽源 锅炉 汽轮发电机组由中央控制室集中控制和监视 燃烧完的炉渣落入出渣装置 经冷却后的炉渣转运到制砖厂综合利用 预处理电除尘器系统收集的飞灰不属危险废弃物 收集后转运到水泥厂或搅拌站等处综合利用 半干式烟气净化装置收集的飞灰属危险废弃物 输送至固化车间 经水泥固化养护后 运输至填埋场安全填埋 垃圾渗滤液经处理后 达标排放 经处理的烟气指标达到环保要求 由引风机送入烟囱排出 垃圾焚烧发电流程 2020 4 20 19 堆肥化 是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 堆肥化的产物称为堆肥 堆肥处理 2020 4 20 20 堆肥 是深褐色 质地松散 有泥土味的物质 这种物质的养料价值不高 但却是一种极好的土壤调节剂和改良剂 其主要成分是腐殖质 腐殖质是一系列由次生反应形成的相对分子质量较高 棕至黑色物质 是陆地和海洋中最主要的有机碳库 在环境中起重要作用 它的结构尚不清楚 腐殖质根据其溶解性质分为3种组分 胡敏酸 只溶于碱而不溶于酸 富里酸 既溶于酸又溶于碱 胡敏素 既不溶于酸又不溶于碱 在不成熟堆肥中富里酸含量高而胡敏酸含量低 随堆制过程推进 富里酸含量下降或保持不变 而胡敏酸含量增加 2020 4 20 21 好氧堆肥法是在有氧的条件下 通过好氧微生物的作用使有机废弃物达到稳定化 转变为有利于作物吸收生长的有机物的方法 特点 高温堆肥 一般在50 60 极限可达80 90 好氧堆肥法 2020 4 20 22 发热阶段堆肥堆制初期 由中温好氧的细菌和真菌 利用堆肥中容易分解的有机物 如淀粉 糖类等迅速增殖 释放热量 使堆肥温度不断升高 2020 4 20 23 好氧堆肥的微生物学过程 高温阶段堆肥温度上升到50 以上 进入了高温阶段 这时好热性的纤维素分解菌逐渐代替了中温微生物 一些复杂的有机物如纤维素 半纤维素等开始迅速分解 在此阶段堆肥内开始了腐殖质的形成过程 并开始出现能溶解于弱碱的黑色物质 2020 4 20 24 降温和腐熟保肥阶段当高温持续一段时间以后 易于分解或较易分解的有机物已大部分分解 剩下难分解的有机物以及新形成的腐殖质 这时好热性微生物活动减弱 产热量减少 温度逐渐下降 中温性微生物又渐渐成为优势菌群 残余物质进一步分解 腐殖质继续不断地积累 堆肥进入了腐熟阶段 2020 4 20 25 好氧堆肥过程的关键因子 温度 2020 4 20 26 通过堆肥的温度变化控制了优势微生物菌群和堆肥阶进程 好氧堆肥过程的关键因子 温度 2020 4 20 27 通过高温阶段来杀灭致病菌和寄生虫 分选 去除部分非堆肥物和有害物质 进料 控制垃圾投入量和投入比例 破碎 将大块可堆肥物破碎为适合堆肥的粒度 混合 调整垃圾水分 碳氮比 一次发酵 进行最初由的微生物分解 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 专用肥配制 添加无机肥料使之成为复合肥料 好氧堆肥工序 2020 4 20 28 前处理工序 发酵工序 后处理工序 有机质含量 20 80 为宜 湿度 60 为宜 碳氮比 25 30 1为宜 碳磷比 75 150为宜 酸碱度 中性或弱碱性 通风供氧 动力供氧发酵周期 7天左右 好氧堆肥的运行条件 2020 4 20 29 立式堆肥发酵塔高10 15m 分隔6层 垃圾经分选 破碎送入顶层 受重力和栅板控制 逐格下降 一周左右下降至底部 顶部补水 层层通风 1天可升温至50 70 可维持3天 占地小 分解彻底 费用低 但水分布不均匀 好氧堆肥发酵装置 2020 4 20 30 5 8天完成发酵 立式堆肥发酵塔 卧式堆肥发酵滚筒滚筒横卧稍倾斜 以0 4 2r min的数度滚动 经分选 粉碎的垃圾从一头填入滚筒 随着滚筒旋转5 7天后从另一头出料 2020 4 20 31 卧式堆肥发酵滚筒 主要内容 2020 4 20 32 污废水微生物处理概述 污泥膨胀 污废水深度处理 脱氮 除磷 气体有机废物的微生物处理 污废水的好氧微生物处理 厌氧活性污泥法和厌氧生物膜法 固体有机废物堆肥处理技术 饮用水消毒 挥发性有机化合物 VOC 包括苯及其衍生物 酚及其衍生物 醇类 醛类 酮类 脂肪酸等 挥发性有机物中有许多是 三致 物质 如 氯乙烯 苯 多环芳烃如氯氟烃 CFCs 和含氢氯氟烃 HCFC 含硫恶臭污染物 如H2S 甲硫醇 二甲基硫醚 二甲基二硫醚和二甲基亚矾等 气体有机废物 2020 4 20 33 利用微生物的生物化学作用 使大气中所含的污染物分解 转化为无害或少害的物质 经过两个阶段 一是污染物由气相转入液相或固相表面的液膜中 二是污染物在液相或固相表面被微生物降解 主要方法可分为吸收法 洗涤法和过滤法等 气体有机废物的微生物处理 2020 4 20 34 液相或固相介质 二氧化碳 水等 气体有机物 微生物降解 吸附 气体 利用由微生物 营养物和水组成的微生物吸收液处理废气 适合于吸收可溶性的气态污染物 吸收了废气的微生物混合液再进行好氧处理 去除液体中的污染物 经处理后的吸收液再重复使用 装置由吸收器和废水反应器两部分组成 微生物吸收法 2020 4 20 35 微生物过滤箱为封闭式装置 主要由箱体 生物活性床层 喷水器等组成 微生物过滤法 2020 4 20 36 堆肥 土壤滤池 用含有微生物的固体颗粒 土壤和堆肥 吸收废气中的污染物 然后微生物再将其转化为无害物质 2020 4 20 37 主要内容 2020 4 20 38 污废水微生物处理概述 污泥膨胀 污废水深度处理 脱氮 除磷 气体有机废物的微生物处理 污废水的好氧微生物处理 厌氧活性污泥法和厌氧生物膜法 固体有机废物堆肥处理技术 饮用水消毒 重新认识水水是人们生活 生产必不可少的天然资源 水是支撑生态系统的关键环境因子 然而 水又是疾病传播的载体 2020 4 20 39 天然水中的细菌 2020 4 20 40 大气水和雨雪中仅为空气尘埃所携带的微生物所污染 一般微生物数量不高 尤其在长时间降雨过程的后期 菌数较少甚至可达无菌状态 高山积雪中也很少 种类主要有各种球菌 杆菌和放线菌 真菌的孢子 在流动的江河流水中微生物的特点与流经接触的土壤和是否流经城市密切相关 土壤中的微生物随雨水冲刷 灌水排放和随刮风等进入河水 或悬浮于水中 或附着于水中有机物上 或沉积于江河淤泥中 河流经城市时可由于大量的城市污水废物进入河流而有大量的微生物进入河水 天然水中的细菌 2020 4 20 41 地下水中的微生物与土壤和地表水被污染程度以及地下水埋藏深度有关 地下水 自流井 泉水等经过厚土层过滤 有机物和微生物都少 由于土壤层层过滤 一般细菌很少 天然水中的细菌 2020 4 20 42 海洋微生物大多是耐盐或嗜盐的 还能耐高渗透压 有的还能承受较高的静水压力 甚至嗜高静压力 海水中微生物以近海岸和海底污泥表层为最多 海洋中心部位水体中数量较少 从垂直分布来看 10 50m深处为光合作用带 浮游藻类生长旺盛 也带动了腐生细菌的繁殖 再往下则数量大为减少 天然水中的细菌 2020 4 20 43 水中的细菌只有很少的一部分是病原菌 或称致病菌 此类水中病原菌若经水传播 在消化道滋生导致疾病 肠道传染病 水中的细菌只有很少的病原菌能经食道进入肠道引起疾病 为什么 口中溶菌酶 正常胃酸pH3 2 肠道细菌传染病主要由病人带菌的粪便污染水体而传播 水中的病原细菌 2020 4 20 44 2003年广东省卫生厅通报了东莞 韶关两市8起食物中毒和肠道疾病疫情 疫情扩散迅速 集中爆发 据统计仅8月4日韶关市乐昌市坪石镇就发生了副伤寒病例64例 据查 引起该次副伤寒爆发的原因是坪石水厂吸水口位于排污下口游 水源受到污染 案例一 伤寒 2020 4 20 45 种类 伤寒沙门氏菌 副伤寒沙门氏菌和乙型副伤寒沙门氏菌 大小 0 5 0 8um 1 3 5um特征 周生鞭毛 革兰氏阴性反应 无芽孢和荚膜在地面普通水中可生存1 3周 井水中可生存约 周 在粪坑及污水中可生存1 2个月 伤寒沙门氏菌 2020 4 20 46 伤寒沙门氏菌 伤寒沙门氏菌 病症 伤寒或副伤寒 乙级传染病 不用隔离 表现 持续发烧 牵涉到淋巴组织 脾脏肿大 躯干上出现红斑 胃肠壁溃疡产生腹泻 14世纪 15世纪 16世纪 每一次伤寒都随战争而爆发 病死率达40 到50 20世纪初 英国医生赖特研制出伤寒疫苗 伤寒从此销声匿迹 伤寒沙门氏菌 47 通过内毒素致病 内毒素是其细胞壁的成分 化学成分为脂多糖 当细菌死亡分裂时会释放到环境中 致病机理 2020 4 20 48 昔日治疗伤寒特效药氯霉素 如今几乎对伤寒无效 预防为主 2004年喀麦隆首都杜阿拉地区 喀西部省的丰博特地区先后爆发霍乱 并导致二十多人死亡 千余人感染 据查 此次霍乱流行可能是当地居民饮用被污染的河水造成的 另据世界卫生组织统计 非洲的布隆迪 马里 莫桑比克 南非和赞比亚在同一年都流行过霍乱 案例二 霍乱 2020 4 20 49 形态 微弯曲杆状大小 0 3 0 6um 1 0 5 0um特征 一根较粗的鞭毛革兰氏染色则为阴性红色传播方式 水及食物 与病人或带菌动物接触 霍乱弧菌 2020 4 20 50 Vibriocholeraebacteriainfectbetween100 000and300 000peopleeachyear 病症 霍乱 最可怕的瘟疫 甲级传染病 法定隔离 症状 重 呕吐 米汤样 大便 腹疼和昏迷等 严重的常常在症状出现后12h内死亡 死亡率极高 轻 只造成腹泻 霍乱弧菌 2020 4 20 51 Vibriocholeraebacteriainfectbetween100 000and300 000peopleeachyear 霍乱自18世纪传入 流行百次 1952年绝迹 致病机理 2020 4 20 52 外毒素 霍乱弧菌 小肠中大量繁殖 破坏肠细胞膜 肠细胞大量脱水 电解质失衡 腹泻或休克 死亡 由口进入人体 释放出外毒素 种类 痢疾杆菌 痢疾志贺氏菌 副痢疾杆菌传播方式 食物和饮用水37 能耐20天 加热到60 能耐10min 对1 的石炭酸 可抵抗半小时 痢疾杆菌 2020 4 20 53 细菌性痢疾 与阿米巴痢疾不同 乙类传染病 症状为急性腹泻 通常大便中有血及粘液 某些病例中有发烧 内毒素 损害了人体肠道细胞 引起肠道痉挛 腹泻 极易耐药 预防为主 致病机理 2020 4 20 54 寄生虫是一类引起人类疾病的原生动物 原虫 和后生动物 蠕虫 原虫 引起人体疾病的原生动物又叫原虫 通过饮水引起疾病的原虫见下表 寄生虫 2020 4 20 55 2020 4 20 56 蠕虫 引起人体疾病的后生动物又叫蠕虫 通过饮水引起疾病的蠕虫见下表 2020 4 20 57 58 59 城市集中供水水源为江河湖泊或者地下水 水源难免受到各种污染包括病原污染 病原菌的监测与控制责任重大 防治饮用水传染病的关键是