生物處理技術
生物處理法可分為好氧生物處理法和厭氧生物處理法。好氧處理法是在水中有充分溶解氧存在的情況下,利用好氧微生物的活動,將固體廢物中的有機物分解為二氧化碳、水、氨和硝酸鹽。厭氧生物處理法是在缺氧的情況下,利用厭氧微生物的活動,將固體廢物中的有機物分解為甲烷、二氧化碳、硫化氫、氨和水。生物處理法具有效率高、運行費用低等優點。固體廢物處理及資源化中常用的生物處理技術有:
(1)沼氣發酵:沼氣發酵是有機物質在隔絕空氣和保持一定的水分、溫度、酸和鹼度等條件下,利用微生物分解有機物的過程。經過微生物的分解作用可產生沼氣。沼氣是一種混合氣體,主要成分是甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)。其中甲烷佔60%~70%,二氧化碳佔30%~40%,還有少量氫、一氧化碳、硫化氫、氧和氮等氣體。城市有機垃圾、污水處理廠的污泥、農村的人畜糞便、作物秸稈等皆可作產生沼氣的原料。為了使沼氣發酵持續進行,必須提供和保持沼氣發酵中各種微生物所需的條件:沼氣發酵一般在隔絕氧的密閉沼氣池內進行。
(2)堆肥:堆肥是將人畜糞便、垃圾、青草、農作物的秸稈等堆積起來,利用微生物的作用,將堆料中的有機物分解,產生高熱,以達到殺滅寄生蟲卵和病原菌的目的。堆肥分為普通堆肥和高溫堆肥,前者主要是厭氧分解過程,後者則主要是好氧分解過程。堆肥的全程一般約需1個月。為了加速堆肥和確保處理效果,必須控制以下幾個因素:①堆內必須有足夠的微生物;②必須有足夠的有機物,使微生物得以繁殖;③保持堆內適當的水分和酸、鹼度;④適當通風,供給氧氣;⑤用草泥封蓋堆肥,以保溫和防蠅。
(3)細菌冶金:細菌冶金是利用某些微生物的生物催化作用,使礦石或固體廢物中的金屬溶解出來,從溶液中提取所需要的金屬。它與普通的「采礦—選礦—火法冶煉」比較,具有如下幾個特點:①設備簡單,操作方便;②特別適宜處理廢礦、尾礦和爐渣;③可綜合浸出,分別回收多種金屬。
饒有趣味的是,科學家們正在研究利用植物吸取和回收被污染土壤的金屬。例如,杜邦公司過去由於化學工業的發展而使特拉華河灣的一片森林變為不毛之地,現在,他們正在這塊土地上種植豚草,通過它清除大量高濃度的鉛,同時投資幾十億美元,回收和利用這些土地上的數百種化學物質。其他國家的許多大公司都在進行同樣的實驗,利用植物清除化學物質。可以毫不誇張地說,這些研究成果一旦走出實驗室,在廣闊的大地上推廣應用,地球環境一定會有較大的改觀,向人類提供「凈土」。
B. 水的生物處理技術可分為哪幾類
根據所利用微生物類型的不同可分為好氧生物處理與厭氧微生物處理等。
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水的生物處理技術與水的化學處理和水的物理處理一樣成為水處理的另一領域。生物處理法也稱為生物化學處理法或簡稱為生化法。它是利用自然界中存在的各種微生物,將水中的有機物分解並向無機物轉化,以達到凈化水質,清除其對環境的影響、污染和危害的目的。生物處理已成為污水處理中應用最廣泛而且較為有效的一種方法,根據所利用微生物類型的不同可分為好氧生物處理與厭氧微生物處理等。
好氧生物處理是一種在提供游離氧前提下,以好氧微生物為主,使水中有機物降解、穩定的無害化處理方法。廢水中存在各種有機物,它們主要以膠體狀或溶解的有機物為主,作為微生物的營養源。這些高能位的有機物質經過一系列生化反應,逐級釋放能量,最終以低能位的無機物質穩定下來,達到無害化的要求,以進一步回到自然環境和妥善處理。好氧生物處理的過程和原理示意圖如圖10—1所示。
有機物被微生物攝取後,通過代謝活動,有機物一方面被分解、穩定並提供微生物生命活動所需的能量,另一方面被轉化、合成新的原生質(或稱細胞質)的組成部分,
即微生物自身生長繁殖,即生物處理中的活性污泥或生物膜的增長部分。在水處理過程中,微生物是以活性污泥和生物膜的形式存在並起作用的。所謂活性污泥是細菌、原生動物等微生物與懸浮物質、膠體物質混雜在一起形成的具有很強吸附分解有機物能力的絮狀體顆粒。而生物膜則是附著在填料上呈薄膜狀的活性污泥。
10.2 厭氧生物處理
厭氧生物處理是指在沒有游離氧的情況下,以厭氧微生物為主對水中有機物進行降解、穩定的一種無害化處理方法。在厭氧生物處理過程中,復雜的有機化合物被降解、轉化為簡單、穩定的化合物,同時釋放能量,其中大部分能量以甲烷(CH4)形式出現,這是一種可燃氣體,町以加以回收和利用。同時僅少量的有機物被轉化而合成為新的細胞組成部分,因厭氧處理相對於好氧處理而言,污泥的增長率較小。厭氧生物處理的過程和原理示意圖如圖10—2所示。
水中有機物的厭氧分解涉及多種微生物生理類群的生物化學反應,依據微生物生理類群的代謝差異,可將有機物的厭氧分解(或稱厭氧消化)過程分為兩個階段。第一階段稱為產酸階段,又稱水解發酵階段,在這一階段,通過兼性水解發酵細菌(即產酸菌)的代謝活動,將復雜有機物——碳水化