环境工程微生物学：第十一章有机固体废物与废气的微生物处理及其微生物群落

1、第十一章 有机固体废物与废气的微生物处理及其微生物群落,2,第一节 有机固体废物的微生物处理及其微 生物群落,3,固体废物是指人类在生产、生活过程市产生的对所有者不再具有使用价值而被废弃的固态和半固态物质，包括从废水、废气中分离出来的固体颗粒物质。,4,按来源可分为五类：,工业固体废物,农业固体废物,矿业固体废物,城市垃圾,放射性废物,5,固体废物对环境的危害 A.侵占土地,6,B.污染土壤,塑料垃圾残留3.9克/亩 玉米减产 11%13% 小麦减产 9%16% 大豆减产 5.5%9% 蔬菜减产 14.4%54.9%,7,C. 污染水体,8,D. 污染大气,有害气体如SO2，NH3，CH4和粉

2、尘等,9,固体废物处理 是指通过一定的技术手段将固体废物转变成适于运输、利用、贮存或处置的过程、常用的处理技术包括物理处理、化学处理、生物处理、热处理等。,10,生物处理是指依靠自然界广泛分布的微生物的作用，通过生物转化，将固体废物中易于生物降解的有机组分转化为腐殖质肥料、沼气或其他转化产品（如饲料蛋白、乙醇或糖类）等。从而达到固体废物无害化或综合利用的一种处理方法。,11,目前，对于可生物降解的有机固体废物的处理，世界各同主要采用堆肥、卫生填埋、厌氧发酵等方法。,12,一、堆肥法,（一）堆肥法、堆肥化和堆肥的概念 堆肥法：俗称堆肥，是一种古老的微生物处理有机固体废弃物的方法。 农村将秸秆、落

3、叶和禽畜粪便和尿一起用土堆堆集，依靠现存的微生物和土壤微生物发酵腐熟后施农田，其产品为堆肥。 堆肥化是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌等微生物，有效地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。 堆肥是堆肥化的产品。堆肥是优质的土壤改良剂和农药。,13,根据堆肥化过程中微生物对氧气的需求情况不同，可区分为好氧堆肥和厌氧堆肥。 好氧堆肥是在通气条件好、氧气充足的条件下借助好氧微生物的生命活动降解有机物，通常好氧堆肥堆温高，一般在5560，极限可达80一90所以好氧堆肥也称高温堆肥； 厌氧堆肥则是在通气条件差、氧气不足的条件下借助厌氧微生物进行的一种发酵堆肥。现代化的堆肥工艺基本上都是

4、好氧堆肥。,14,（二）好氧堆肥 目前好氧堆肥处理的物料主要有：垃圾；垃圾和粪水；垃圾和脱水污泥；脱水污泥。 垃圾的化学组分主要是纤维素、半纤维素、糖类、脂肪和蛋白质等。,15,1.好氧堆肥机理 通气条件下借好氧性微生物活动使有机物降解，从而使固体废弃物无害化、资源化。,16,2.好氧堆肥发酵微生物 好氧堆肥发酵微生物有中温好氧的细菌和真菌；好热性的细菌、放线菌和真菌；嗜热高温细菌和放线菌。 来源主要有两方面： 来自废物里面固有的大量的微生物种群，如在城市垃圾中一般的细菌数量在10141016个kg ； 人工加入的特殊菌种。,17,微生物在堆肥中的作用于演替 中温阶段 这是堆肥化过程的起始阶段

5、，堆层基本呈1545的中温，嗜温细菌、真菌和放线菌等嗜温性微生物较为活跃并利用堆肥中最容易分解的可溶性物质进行旺盛的生命活动而迅速增殖，释放出能量，使堆肥温度不断升高。,18,高温阶段 当堆温升至45以上时即进人高温阶段，在这一阶段，堆肥起始阶段的嗜温性微生物受到抑制甚至死亡，取而代之的是一系列嗜热性微生物。,19,高温对于堆肥的快速腐熟起着重要作用。在此阶段，堆肥开始形成腐殖质，并开始出现能溶解于弱碱的黑色物。一般认为，堆温在5060、持续67d，可达到较好的杀灭虫卵和病原菌的效果。,20,21,降温阶段 亦称腐熟阶段，在内源呼吸后期，剩下的是木质素等较难分解的有机物和新形成的腐殖质。 此时

6、微生物的活性下降，发热量减少。温度逐渐下降，嗜温性微生物又逐渐占优势，对残余较难分解的有机物做进一步分解，腐殖质不断积累且稳定化。堆肥进入腐熟阶段。,22,23,24,3.有机堆肥好氧分解要求的条件,碳氮比：30-25 堆肥湿度：含水率60% 通风供氧：动力供氧 一定量的氮磷： 温度：嗜温菌3040，嗜热菌5560 酸碱度：pH=5.58.5 发酵周期：7天,25,4.好氧堆肥的优点,分解有机物快 堆肥成品无臭味、肥效好 发酵周期短,26,5.堆肥工艺 堆肥工艺有：静态堆肥工艺、高温动态二次堆肥工艺、立仓式堆肥工艺、滚筒式堆肥工艺等。,27,静态堆肥工艺：工艺简单，设备少、处理成本低，发酵周期

7、50d。操作条件差。用人工翻动，第2、7、12d各翻动一次。在以后35d的腐熟阶段每周翻动一次，在翻动的同时可喷洒适量水以补充蒸发的水分。,图 11-1,28,高温动态二次堆肥工艺：分两个阶段,前5-7d为动态发酵，机械搅拌，通气充足空气，好氧菌活性强，温度高，快速分解有机物。发酵7d绝大部分致病菌死亡。7d后用皮带将发酵半成品输送到另一车间进行静态二次发酵，垃圾进一步降解稳定，20-25d完全腐熟。,29,图 11-2,30,立仓式堆肥工艺：立式发酵仓高10-15m、分隔6格。经分选、破碎后的垃圾由皮带输送至仓顶一格，受自重力和栅板的控制，逐日下降至下一格。一周全下降至底部，出料运送到二次发

8、酵车间继续发酵使之腐熟稳定。从顶部至以下五格均通入空气，从顶部补充适量水，温度高，发酵过程极迅速，24h温度上升到50以上，70可维持3d，之后温度逐渐下降。,31,图 11-3,该工艺占地少，升温快，垃圾分解彻底，远行费用低。缺点：水分分布不均匀。,32,滚筒式堆肥工艺：又称达诺生物稳定法。滚筒直径2-4m、长度25-30m，滚筒转速0.4-2.0 r/min。滚筒横卧稍倾斜。经分选、粉碎的垃圾送入滚筒，旋转滚筒垃圾随着翻动并向滚筒层部移动。在旋转过程中完成有机物生物降解、升温、杀菌等过程。5-7d出料。,33,图 11-4,34,第七章,环境生态学导论,垃圾堆肥处理,35,(三)社区小型化

9、微生物有机垃圾处理装置 近10年来，我国正在研究小型化有机垃圾微生物处理装置引进先进技术，现在上海除了有引进日本的处理装置外，还研制了日处理量100m3的有机垃圾微生物处理机。筛选、培养出具有高效分解性能的微生物菌种。,36,小型有机垃圾微生物处理装置是好氧装置 分为两部分：前一部分由好氧微生物和兼性好氧微生物降解各种有机物，并部分无机化；第二部分是高温燃烧除臭装置 整个工艺历时24小时，完成垃圾发酵和稳定化的过程。 菌种一次投入可使用36个月，半年清料一次。,37,(四)厌氧堆肥 原理： 厌氧堆肥的原理与废水厌氧消化原理相同。 厌氧堆肥主要分成两个阶段。 第一阶段是产酸阶段。 第二阶段为产气

10、阶段。,38,厌氧发酵或称沼气发酵，是指在无分子氧存在的条件下，通过厌氧微生物（或兼性微生物）的作用，将有机物分解转化为沼气（主要是甲烷和二氧化碳）的过程。 可利用有机垃圾、植物桔秆、人畜粪便、污泥等制取沼气。,39,二、垃圾和脱水污泥卫生填埋及其渗滤液处置,卫生填埋法：是在堆肥法的基础上发展起来的，其处理原理是利用好氧微生物、兼性厌氧微生物和厌氧微生物处理。 填埋场选址通常在市郊，底部要铺水泥层，以防止渗滤液渗漏到地下水。有机固体废弃物一层一层倒入填埋场，压实，按一定路径铺设排气管，以收集甲烷气体。底部铺设渗滤液收集管，以便排放渗滤液处理场处理。 渗滤液的化学组分复杂，含有大量有机酸，氨氮含

11、量高，还含有重金属，用厌氧-缺氧-好氧生物处理方法综合处理，最后用化学混凝剂混凝、沉淀再排放到水体，净化程度较高。,40,41,工业废物安全填埋场,42,第七章,环境生态学导论,垃圾填理处理,43,国内外渗滤液处理的主要工艺路线有两条： 渗滤液直接(或预处理后)排入市政管网或其他管网，进入市政污水处理厂或其他污水处理厂进行处理； 在填埋场内处理渗滤液，达标后直接排放。 填埋的废物分解速度较为缓慢，一般需5年的发酵产气，被填埋的有机固体废物要经5-10年才能完全腐殖化合稳定化。,44,第二节 废气的生物处理,45,大气污染物有颗粒物和气体物两类，其中气体污染物占主要部分，包括无机污染物和有机污染

12、物。 废气的处理方法有物理方法、化学方法和生物处理法。生物处理法是近年来发展起来的空气污染控制技术，目前主要是利用微生物将废气中的挥发性有机污染物及恶臭物质降解或转化为无害或低害类物质。,46,目前适合生物处理的气态有机污染物主要有乙醇、硫醇、酚甲酚、吲哚、脂肪酸、乙醛、酮和胺等。 近年来，挥发性有机污染物已成为研究的热点。,47,一、废气的处理方法,物理和化学方法：如吸附、吸收、氧化及等离子转化法 生物净化：植物净化和微生物净化 微生物净化可就地处理各种恶臭污染源的废气。 微生物净化气态污染物的装置有：生物吸收池、生物洗涤池、生物滴滤池和生物过滤池。,48,生物吸收法 生物吸收法是利用由微生

13、物、营养物和水组成的微生物混合液作为吸收液，吸收废气中可溶性的气态污染物，然后将吸收了废气的微生物混合液进行好氧处理。去除液体中吸收的污染物，经处理后的吸收液再重复使用。,49,图 11-6,50,一般吸收过程进行非常迅速，吸收液在吸收设备中的停留时间仅为几秒钟，而生物反应的净化过程相对较慢，吸收液在生物反应器中一般需要停留几分钟至十几个小时，所以吸收设备和生物反应器要分开设置。,51,生物滴滤法 生物滴滤法是目前较新的一种废气处理方法。与微生物过滤法相比。其填料上方喷淋循环液，而与生物洗涤法相比，又增设了附着微生物的填料。气体由塔（池）底进入，在流动过程中与已接种挂膜的生物滤料接触而被净化，净化后的气体由塔（池）顶排出。,52,53,二、几种典型废气的微生物处理方法 （一）含硫恶臭污染物的净化 如H2S、甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚和二甲基亚矾等。有许多细菌能对含硫恶臭污染物进行净