环境工程微生物学课件11有机固体废弃物与废气的微生物处理及其微生物群落

1、第十一章 固体废物与废气的微生物处理 11.1 固体废物的微生物处理固体废物来源：厨余、丢弃的包装纸、塑料袋、废旧纸张和破布等。危害：污染水体，污染土壤，污染大气。11.1.1 堆肥法 堆肥化(composting)是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌和真菌等微生物，有控制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(compost)是堆肥化的产品。它是一类腐殖质含量很高的疏松物质，故也称“腐殖质”，可作为优质的土壤改良剂和农肥。1. 好氧堆肥(aerobic composting) 在有氧状态下，好氧微生物对有机废物进行分解转化的过程。 最终产物主要是H2O、CO2、热量和腐

2、殖质。 好氧堆肥主要用于处理城市垃圾，堆肥系统的温度一般为5065，最高可达8090，堆肥周期短，能连续操作，因此，也称为高温快速堆肥。一、固体废物的好氧堆肥 厌氧堆肥(anaerobic composting)在无氧条件下，厌氧微生物对有机物进行分解转化的过程。厌氧堆肥的最终产物是CH4、CO2、热量和腐殖质。厌氧堆肥过程中，空气与发酵原料隔绝，堆制温度低，工艺较简单，成本低，对原料的适应性强，成品肥中氮素保留较多，但工艺条件较难控制，堆肥周期长，有机物分解速度缓慢，处理效率低，容易产生恶臭，有机物分解不完全，产品质量低，肥效差。一、固体废物的好氧堆肥 有机堆肥好氧分解的过程 在堆肥过程中，

3、好氧菌通过自身的生命活动，以废物中的有机物为养料，将其一部分氧化分解成简单的无机物并释放出微生物生长所需的能量，将其另一部分合成为新的细胞物质，使微生物生长繁殖。一、固体废物的好氧堆肥 2. 堆肥过程及其微生物 发热阶段 为堆肥化的初期阶段,微生物旺盛繁殖，将堆肥中易分解的有机物，释放出大量的热量，使堆肥温度不断升高. 堆肥中的微生物以中温好氧的细菌和真菌为主，常见的有无芽孢细菌、芽孢细菌和霉菌。 一、有机固体废物的好氧堆肥 高温阶段(50) 一些复杂的有机物如纤维素、半纤维素、果胶质等开始迅速分解。与此同时，堆肥中的腐殖质开始形成。 高温阶段微生物：好热性的细菌、放线菌和真菌，达到70以上，

4、嗜热性微生物死亡热量温度微生物恢复生命活动热量。堆肥可以维持一个自然调节的较为持久的高温期，这对堆肥的快速腐熟起着重要作用。 一、固体废物的好氧堆肥 降温阶段 嗜热微生物活动减弱，产热量减少，温度逐渐下降，当温度下降到40以下时，中温性微生物又渐渐成为优势菌群，残留物进一步分解，腐殖质继续不断地积累，堆肥进入腐熟阶段。 熟化阶段一、固体废物的好氧堆肥 3. 有机堆肥好氧分解要求的条件 碳氮比 C:N25:130:1发酵最好。 碳磷比 C:P=75150适宜。 湿度 30，含水量控制在45；45，50左右。在用生活垃圾制堆肥时，一般以含水量为55为最佳。一、有机固体废物的好氧堆肥 供氧量 一般为

5、0.050.2m3/minm2。 温度 嗜温菌发酵最适温度3040，嗜热菌发酵最适温度5560。堆肥过程的最佳温度为3555。 pH值 整个发酵过程pH5.58.5。 粒度 理想的粒度是2575mm。一、固体废物的好氧堆肥 4. 好氧堆肥工艺 (1) 间歇式发酵工艺 原料一批一批地发酵，一批原料堆积完后不再添加新料，待完成发酵后成为腐殖土运出。采用该发酵工艺可露天进行，故又称为野积式堆肥或露天堆肥，也有建堆肥仓以进行全天候生产的。 一、固体废物的好氧堆肥 间歇式发酵工艺一般采用二次发酵方式： 第一次发酵采用机械强制通风，发酵10天，60高温保持5天以上，使肥料达到无害化，然后进行机械分选，去除

6、非堆肥腐殖质。 二次发酵一般在发酵仓进行，10天左右，可达到腐熟化。发酵仓有长方形池式、倾斜床式、立式圆筒式，并配有通风管、搅拌装置。 一、固体废物的好氧堆肥 立式圆筒静态发酵仓 一、固体废物的好氧堆肥 (2) 连续式发酵工艺 采用机械设备连续进料和连续出料方式发酵，原料在一个专设的发酵装置内完成中温和高温发酵过程。 该工艺发酵时间短，能杀灭病原体，防止异味，成品肥质量较高。主要有滚筒式堆肥工艺和立式堆肥工艺。 一、固体废物的好氧堆肥 达诺发酵器 滚筒式堆肥工艺(达诺生物稳定法)关键设备是达诺发酵器，其外形类似工业回转窑。预先被破碎的废物靠与筒体表面的摩擦沿旋转方向提升，同时借助自重落下。通过

7、如此反复升落，物料被均匀地翻动并与通入的空气接触，借助微生物作用进行发酵。 一、固体废物的好氧堆肥 立式堆肥工艺 主要设备为立式堆肥发酵塔，塔体通常由58层组成。堆肥物料由塔顶进入塔内，在塔内的堆肥物料通过不同形式的机械运动，由塔顶一层层地向塔底移动。一般经过58天的好氧发酵，堆肥物即由塔顶移动至塔底完成一次发酵。立式堆肥发酵塔通常为密闭结构，塔内温度分布为从上层至下层逐渐升高，即最下层温度最高。 一、固体废物的好氧堆肥 一、固体废物的好氧堆肥 立式多层移动床式发酵塔 一、固体废物的好氧堆肥 立式多层圆筒式发酵塔 一、固体废物的好氧堆肥 1. 厌氧堆肥的生物学原理厌氧堆肥是有机物在厌氧条件下通

8、过微生物的代谢活动而被稳定化，同时伴有CH4和CO2等气体产生的厌氧发酵过程。 二、固体废物的厌氧堆肥 2. 影响厌氧发酵的因素 (1) 温度 低温发酵(20)：温度随气候变化，产气率不高，病原微生物难于杀灭。 中温发酵(3039)：最佳温度为37，这是甲烷菌的第一个最佳活性温区，产气量中等。 高温发酵(5055)：适宜温度为53，这是甲烷菌的第二个最佳活性温区，产气量最高，杀灭率较高 ，管理复杂 。 二、固体废物的厌氧堆肥 (2) pH 在产酸菌和产CH4菌共存的厌氧消化过程中，系统的pH值应控制在6.57.5之间，最佳值为7.07.2。 (3) 搅拌 搅拌作用：使发酵原料分布均匀，增加微生

9、物与原料的接触面，加快产气速度，提高产气量和原料利用率；防止原料浮面结壳，使产生的沼气迅速排出。防止局部酸的积累。二、固体废物的厌氧堆肥 3. 厌氧堆肥方法 厌氧堆肥方式与好氧堆肥法相同，但堆内不设通风系统，堆温低，腐熟及无害化所需时间较长。 一般厌氧堆肥要求封堆后一个月左右翻堆一次，以利于微生物活动使堆料腐熟。 二、固体废物的厌氧堆肥 11.1.2 卫生填埋法（Sanitary landfills）及渗滤液 1. 卫生填埋法 卫生填埋法指将垃圾在填埋场里分层填埋的处理方法。由废物层和覆土层构成一个填埋单元，由一系列填埋单元构成一个填埋层，当填埋至设计高度后再盖上一层0.91.2m的土壤，压实

10、后就得到了一个完整的卫生填埋场。其原理同堆肥法 卫生填埋方法 卫生填埋主要有三种方法，即沟槽法(excavated cell)地面法(area)斜坡法(canyon/depression)沟槽法(excavated cell)沟槽法是把垃圾铺撒在预先挖好的沟槽内，然后压实，再把沟槽内挖出的部分土作为覆盖材料撒在垃圾上压实，即成为基础的填筑单元结构。 沟槽法示意图地面法(area)地面法也称面积法，是把垃圾直接铺撒在天然的土地表面上，按设计的厚度分层压实，用薄层黏土覆盖，然后再整体压实。 地面法示意图斜坡法(canyon/depression)斜坡法是把固体废物直接撒在天然的斜坡上，压实后利用工作面前可直接取到的土壤加以覆盖，然后压实，如此往复填埋。 斜坡法示意图2. 渗滤液 垃圾渗滤液是一种高浓度有机废水，其水质和水量随垃圾成分、当地气候、大气降水、水文、填埋时间及填埋工艺等因素的影响而显著变化。 渗滤液的来源主要有：降水：降雨、降雪；地表迳流；地下水；垃圾含水：垃圾本身含有机组分厌氧分