微生物在固體廢棄物處理中的應用(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 種應用微生物技術進行禽畜糞便處理與資源化工程的實例，探討解決這一難題的綜合治理途徑。一、禽畜糞便污染的嚴重性 近年來，由于集約化禽畜生產迅速發展，禽畜糞便的發生量急劇增加。根據正常情況下禽畜的糞尿排放量及其N、P等含量（見表4－22和表4－23），可估算出一個年出欄10000頭豬的畜牧場，其中N和P的排放量分別達105Kg和70Kg；年飼養10000羽產蛋雞的養雞場。表4－22 各種禽畜的糞尿排放量（公斤/只日）禽畜種類奶牛哺乳母豬育肥豬羊產蛋雞肉雞排糞尿量55～657～11表4－23 禽畜糞便的化學成分（％）種類水分有機質氮（N）磷（P2O5）鉀（K2O）豬糞81．515．00．600．400．44牛糞83．314．50．320．250．16羊糞65．531．40．650．470．23雞糞50．525．51．631．540．85據報道,。以上海為例，一方面，近年來的菜籃子工程使上海的肉豬、家禽、蛋、鮮奶的自給率，已分別達到50%、80%、70%和90%，而與此同時，禽畜糞便的年發生量已突破1200萬噸,遠遠超過該市當年工業廢渣()和生活廢棄物()的排放量。而且主要由于當時資金不足，環保設施不配套，致使大規模、集約化經營的禽畜養殖業產出的大量糞便，對環境污染的影響越來越大，已與工業廢水、生活污水并列，成為水環境污染的三大源頭之一。⑴污染土壤、地下水 在禽畜糞便堆放或流經的地點，有大量高濃度糞水滲入土壤，可造成植物一時瘋長，或使植物根系受損傷，乃至引起植物死亡。糞水滲入地下水，會使地下水中硝態氮、硬度和細菌總數都嚴重超標。⑵污染地表水，破壞水生態系統，甚至影響飲用水源，危及人類健康 大量禽畜糞便直接或隨雨水流入水體，可使水體嚴重富營養化，水質腐敗，水生生物死亡。據測定，就會對魚產生毒性。此外禽畜糞便中可能存在的腸道傳染病菌和人畜共患的病原體，都是對環境和人體健康的嚴重威脅。⑶糞便惡臭的污染 剛排出的禽畜糞便含有NHH2S和胺等有害氣體，在未能及時清除或清除后不能及時處理時臭味將成倍增加，產生甲基硫醇、二甲二硫醚、甲硫醚、二甲胺及低級脂肪酸等惡臭氣體。惡臭氣體會對現場及周圍人們的健康產生不良影響，如引起精神不振、煩躁、記憶力下降和心理狀況不良，也會使禽畜的抗病力和生產力降低。二、禽畜糞便處理適用技術的基本條件 由于禽畜糞便的有機物濃度高、氨氮濃度高、惡臭嚴重，因此治理難度極大。近年來，人們從治理禽畜糞便污染的大量實踐中，越來越認識到套用污水生化處理工藝或物化處理技術企圖達標排放，并不是合理有效的方法。而必須按照生態農業規律與可持續發展原則，走綜合治理與資源化利用的道路。具體地講，處理禽畜糞便的適用技術應具備以下條件：低能耗、少動力。這一要求是由我國國情及禽畜養殖業的實際所決定的。一些能耗高、動力花費大的技術，即使有很好的效果也難以維持運行。 例如，某水處理研究開發中心采用接觸氧化→水解（酸化）→兩段接觸氧化→混凝工藝處理高濃度養豬廢水。在最佳試驗條件下，進水CODcr 小于5000mg/l，經處理后CODcr平均去除率大于97%，氨氮去除率大于96%。 某沼氣科學研究所應用SBR工藝處理豬糞污水，%。但出水中仍殘留有相當高的CODcr。 某高校生命科學技術學院采用SBR反應器與好氧厭氧ICEAS脫氮反應器串聯工藝處理豬糞廢水，在進水CODcr濃度為50006000mg/l，NH3N濃度為14001500mg/l的條件下，CODcr去除率達95%，NH3N去除率達97%，出水CODcr濃度在250mg/l左右。 類似有較好效果的處理工藝還有不少，但都難以在生產實踐中推廣應用。能耗高、運行費用高是重要原因之一。2. 資源化、有效益。 禽畜糞便自古以來都被作為優質有機肥而通過自然生態系得到轉化、利用。如今，由于大規模、集約化養殖業產出的糞便量大，采用傳統方法還田往往難以消納，必須借助于現代高新技術及裝備，高效率地把禽畜糞便轉化成有用的資源。 例如，通過干濕分開、固液分離得到的干糞，可應用高效菌種發酵轉變成飼料（雞糞）或肥料（豬糞）；高濃度糞水可采用厭氧處理技術產生沼氣、回收利用能源；也可應用光合細菌等高效菌種進行穩定化、無害化處理，并轉化為液體肥料及回用于棚舍沖洗等等。重要的是把禽畜糞便視作一項可開發利用的資源，加以綜合處理、利用并實行產業化，那么集約化的禽畜養殖場應該更有利、更具優勢。3. 零排放或少排放。禽畜糞便的有機物濃度高、氨氮濃度高、惡臭嚴重，若按城市污水排放標準的要求處理達標，不僅投資大，而且運行成本相當高，實際上難以承受、難以實施。即使降低標準，允許處理出水CODcr400450 mg/L排放，其對水體的污染與危害程度仍相當可觀。因此，在強調資源化的同時，應提出零排放或少排放的要求。對于一時利用不了的經綜合處理的少量污水，可在后續處理中配以氧化塘及水生植物生態工程技術，將可較好地達到環境質量所要求的相關指標。4. 以生物技術為核心的多項技術綜合配套。 對于難度高的禽畜糞便治理，決不是某一單項技術（如高效菌種、高效反應器、合適機電設備等等）所能解決的。必須依據實際條件，合理選擇多項高效生物技術及相應設備，取長補短，組合成一個有機的系統，發揮綜合優勢，才有可能達到較為理想的環境生態效益和社會、經濟效益。 例如，在豬棚舍改造做到雨污分流、干濕分開的基礎上，宜選用高效率、低能耗的固液分離機械或裝置，使糞水中的細糞顆粒盡可能地分離取出，集中起來的干豬糞可采用高效菌種如玉壘菌N10（以放線菌為主的混合菌種），進行高溫快速發酵，轉變成優質的生物有機肥，可望取得經濟效益。經固形物取出后的糞水，可應用厭氧發酵技術產沼、回收生物能，沼液、沼渣則可用作肥料；也可采用玉壘菌K40（專用于糞污水降解）、PSB（光合細菌）、EM等高效微生物，通過多級反應槽進行兼氧處理（不加人工嚗氣），使糞污水中的各種污染物得以大幅度降解、轉化、去除，在穩定化的同時達到無害化。這是由于在多級反應槽中，糞水中的大分子有機物在兼性厭氧條件下降解生成大量的低級脂肪酸，所以在第一、二級反應槽中低級脂肪酸濃度相當高，足以殺死或滅活病原菌，表現為大腸菌群數大幅度降低。隨著低級脂肪酸被微生物逐漸利用，和有機氮分解釋出NH3N，—，使NH3N主要以NH3分子形式存在，這也有利于殺滅各種病原微生物。我們在高濃度的人糞便PSB法處理中，經上述穩定化、無害化處理，可使糞便轉變成PSB液肥，同時加以充分利用，便可做到完全資源化和零排放。在應用玉壘菌綜合處理豬糞水的中試規模的研究中，也達到了同樣的效果。而且，經處理的糞水還可以用于豬舍的沖洗，使用水量大大減少。又由于該處理水中有益微生物的作用，可有效抑制腐敗細菌的活動，從而使豬舍的惡臭大大降低。我們在豬糞便的綜合處理試驗中，還應用了可降低惡臭、提高飼料效果、增強抗病性、促進生長的微生物制劑K20。結果使增重率提高、飼料報酬增加、疾病減少，豬舍惡臭降低。研究表明，多種微生物技術的組合應用與高效裝備的配套，是禽畜糞便綜合治理取得成功的關鍵。三、禽畜糞便綜合處理和資源化工程實例1．禽畜糞便厭氧處理與資源化禽畜糞便的厭氧處理，無論是工藝、技術還是裝置、設備都已相當成熟。禽畜糞便經厭氧發酵，可有效地達到無害化和穩定化。但該技術能否成功地應用，關鍵還在于資源化和二次污染的防止。我國有一批農場和鄉村，就是以禽畜飼養、糞便產沼、沼液沼渣制肥這一整套工程為龍頭，帶動了生態農業的建設，使潔凈的生物能代替了燒煤、燒柴，以有機肥代替了化肥，使環境改善、農牧業發展。2．厭氧PSB氧化塘工藝由于不少養殖場缺乏就近還田利用沼液、沼渣的條件，而把它們排入環境仍然會造成嚴重污染。本工藝就是將厭氧處理、資源化技術與PSB處理、資源化技術和氧化塘生態工程技術結合起來，對禽畜糞便進行處理和多層次、多途徑利用，沼液通過PSB和氧化塘生態工程系統的處理，可得到進一步降解、凈化，直至達標排放。該處理工程在上海某良種豬場進行，其工藝流程如圖4－55所示：圖4－55 豬舍糞尿處理工藝流程圖該養豬場現日平均排放糞污水10噸，主要為豬尿和豬舍沖洗水。干糞自豬舍另行取出堆肥后用作有機肥。豬糞水經集水渠收集，流入集水井，其水質指標如下：CODcr 1200～5000 mg/l，BOD 620～2500mg/l，NH3N 250～600mg/l。經上述工藝系統處理的效果如下：（1）去除COD的效果 當進水CODcr為2061 mg/l 時，厭氧塔出水CODcr為666mg/l，%；PSB出水CODcr為244 mg/l ，去除率為62%；氧化塘出水CODcr為65mg/l，%；%。（2）去除BOD的效果 當進水BOD為835 mg/l 時，厭氧塔出水BOD為270mg/l，%；PSB出水BOD為48 mg/l ，%；氧化塘出水BOD為24mg/l，%；%。（3）去除氨氮的效果 當進水氨氮為589 mg/l 時，厭氧塔出水氨氮為460mg/l，%；PSB出水氨氮為143 mg/l ，%；氧化塘出水氨氮為12mg/l，%；%。在總結已有工藝技術基礎上，我們依據生態學、環境微生物與環境工程學、肥料學和植物營養學等原理，設計了禽畜糞便生物處理與資源化工程系統（見圖4－56），將禽畜糞便視作一種資源，通過生物，尤其是微生物的作用，對禽畜糞便降解、轉化，同時加以多級開發利用、變廢為寶，以從根本上消除禽畜糞便對環境的污染。圖4－56 禽畜糞便生物處理與資源化工程系統圖大量的研究與實踐表明，只有把禽畜糞便的綜合治理與生態農業建設相結合，最大限度地實現資源化，才有可能使禽畜糞便的污染從根本上得到治理。 廢棄物的微生物資源化 微生物在大氣污染控制中的應用 微生物脫臭和對有機廢氣的處理 隨著有機合成工業和石油化學工業的迅速發展，進人大氣的有機化合物越來越多，這類物質往往帶有惡臭，不僅對感官有刺激作用，而且不少有機化合物具有一定毒性，產生“三致”(致癌、致畸、致突變)效應，從而對人體和環境產生很大的危害。微生物對各類污染物均有較強、較快的適應性，并可將其作為代謝底物降解、轉化。同常規的有機廢氣處理技術相比，生物技術具有效果好、投資及運行費用低、安全性好、無二次污染、易于管理等優點，尤其在處理低濃度(小于3mg／L)、生物降解性好的有機廢氣時更顯其優越性。 生物法凈化有機廢氣的原理 有機廢氣生物凈化是利用微生物以廢氣中的有機組分作為其生命活動的能源或其他養分，經代謝降解，轉化為簡單的無機物(CO水等)及細胞組成物質。與廢水生物處理過程的最大區別在于：廢氣中的有機物質首先要經歷由氣相轉移到液相(或固體表面液膜)中的傳質過程，然后在液相(或固體表面生物層)被微生物吸附降解(圖6—38)。圖638 微生物凈化有機廢氣模式圖 由于氣液相間有機物濃度梯度、有機物水溶性以及微生物的吸附作用，有機物從廢氣中轉移到液相(或固體表面液膜)中，進而被微生物捕獲、吸收。在此條件下，微生物對有機物進行氧化分解和同化合成,產生的代謝產物一部分溶人液相，一部分作為細胞物質或細胞代謝能源，還有一部分(如CO2)則進入到空氣中。廢氣中的有機物通過上述過程不斷減少，從而得到凈化。 有機廢氣生物處理的工藝研究與應用 根據微生物在有機廢氣處理過程中存在的形式，可將處理方法分為生物吸收法(懸浮態)和生物過濾法(固著態)兩類。生物吸收法(又稱生物洗滌法)即微生物；及其營養物配料存在于液體中，氣體中的有機物通過與懸浮液接觸后轉移到液體中而被微生物降解。生物過濾法則是微生物附著生長于固體介質(填料)上，廢氣通過由介質構成的固定床層(填料層)時被吸附或吸收，最終被微生物降解，較典型的有生物濾池和生物滴濾池兩種形式。(1) 生物吸收法 生物吸收法裝置由一個吸收室和一個再生池構成，如圖6—39所示。圖639 生物吸收法示意圖 生物懸浮液(循環液)自吸收室頂部噴淋而下，使廢氣中的污染物和氧轉入液相(水相)，實現質量轉移。吸收了廢氣中組分的生物懸浮液流人再生反應器(活性污泥池)中，通人空氣充氧再生。被吸收的有機物通過微生物氧化作用，最終被再生池中活性污泥懸液除去。生物吸收法處理有機廢氣，其去除效率除了與污泥的MLSS濃度、pH值、溶解氧等因素有關，還與污泥的馴化與否、營養鹽的投加量及投加時間有關。福山等在氣體凈化處理的實驗中發現，當活性污泥濃度控制在500010000mg／L、氣速小于12m／h，裝置的負荷及去除率均很理想。日本一鑄造廠采用此法處理含胺、酚和乙醛等污染物的氣體，設備采用兩段洗滌塔，裝置運行十多年來一直保持較高的去除率(高于95％)。德國開發的二級洗滌脫臭裝置，臭氣從下而上經二級洗滌，濃度從2100mg／L降至50mg／L，且運行費用極低。 生物吸收法中氣、液兩相的接觸方法除采用液相噴淋外，還可以采用氣相鼓泡。一般地，若氣相阻力較大可用噴淋法，反之液相阻力較大則用鼓泡法。鼓泡與污水生物處理技術中的曝氣相似，廢氣從池底通人，與新鮮的生物懸浮液接觸而被吸收。由此，許多文獻中將生物吸收法分為洗滌式和曝氣式兩種。日本某污水處理廠用含有臭氣的空氣作為曝氣空氣送人曝氣槽，同時進行廢水和廢氣的處理，脫臭效率達99％。(2) 生物濾池 生物濾池(biofilter)處理有機廢氣的工藝流程如圖640所示。圖640 生物濾池處理廢氣工藝流程示意圖 具有一定溫度的有機廢氣進入生物濾池，有機污染物從氣相轉移到生物層，進而被氧化分解。生物濾池的填料層是具有吸附性的濾料(如土壤、堆肥、活性炭等)。生物濾池因其較好的通氣性和適度的通水和持水性，以及豐富的微生物群落，能有效地