1、第十一章 有机固体废弃物与废气的微生物处理及其微生物群落 第一节第一节 有机固体废弃物的微生物处理固体废弃物固体废弃物（Solid wasters），按照），按照中华人民共和中华人民共和国固体废物污染、环境防治法国固体废物污染、环境防治法的规定，是指在生的规定，是指在生产建设、日常生活和其他活动中产生的污染环境的产建设、日常生活和其他活动中产生的污染环境的固态、半固态废弃物质。固态、半固态废弃物质。 固体废物的产生对人类环境产生危害，一是侵占土固体废物的产生对人类环境产生危害，一是侵占土地地 ，二是污染环境，二是污染环境 处理方法处理方法类型应用堆肥法、厌氧消化法和填埋法生物处理法处理可生物降
2、解的有机固体废物焚烧法、热解法化学处理法处理不可随意排放的危险性废物以及生活垃圾等 对固体废弃物的处理，一部分可回收再利用，对固体废弃物的处理，一部分可回收再利用，其他可用物理、化学、生物方法加以处理，常其他可用物理、化学、生物方法加以处理，常用的处理方法有：用的处理方法有：堆肥法、填埋法、焚烧法、堆肥法、填埋法、焚烧法、热解法热解法。 一、堆肥法一、堆肥法 堆肥化堆肥化（Composting），是依靠自然界广泛分布的细），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，发生生物稳定作用（的有机物，发生生物稳定作
3、用（biostablization）（腐殖）（腐殖质化）的生物化学过程，这一定义强调，堆肥原料是来质化）的生物化学过程，这一定义强调，堆肥原料是来自生物界，堆肥过程是在人工控制下进行，不同于卫生自生物界，堆肥过程是在人工控制下进行，不同于卫生填埋、废物的自然腐化和腐烂。填埋、废物的自然腐化和腐烂。 最早的堆肥法采用最早的堆肥法采用厌氧发酵厌氧发酵，发酵周期长，占地面，发酵周期长，占地面积大，现在采用好氧堆肥。积大，现在采用好氧堆肥。（二）好氧堆肥（二）好氧堆肥 1、好氧堆肥机理：是在有氧的条件下，借好氧微生物、好氧堆肥机理：是在有氧的条件下，借好氧微生物（主要是好氧细菌）的作用来进行的。（主要
4、是好氧细菌）的作用来进行的。 在堆肥过程中，有机废物中的可溶性有机物质透过微在堆肥过程中，有机废物中的可溶性有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜为微生物所吸收：固体的和胶体的生物的细胞壁和细胞膜为微生物所吸收：固体的和胶体的有机物先附在微生物体外，由微生物所分泌的胞外酶分解有机物先附在微生物体外，由微生物所分泌的胞外酶分解为可溶性物质，再渗入细胞。微生物通过自身的生命活动为可溶性物质，再渗入细胞。微生物通过自身的生命活动氧化还原和生物合成过程，把一部分被吸收的有机物氧化还原和生物合成过程，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并释放出微生物生长、活动所需要氧化成简单的无机物，并释放出微生物生
5、长、活动所需要的能量，把另一部分有机物转化合成新的细胞物质，使微的能量，把另一部分有机物转化合成新的细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多的生物体。生物生长繁殖，产生更多的生物体。2、好氧堆肥微生物：在堆肥过程中，有机质生化降解会产、好氧堆肥微生物：在堆肥过程中，有机质生化降解会产生热量，使堆肥物料的温度上升。根据堆肥的升温过程，生热量，使堆肥物料的温度上升。根据堆肥的升温过程，可将其分为三个阶段：可将其分为三个阶段：起始阶段、高温阶段、熟化阶段起始阶段、高温阶段、熟化阶段。 起始阶段起始阶段：为中温好氧微生物分解有机物中易降解的葡：为中温好氧微生物分解有机物中易降解的葡萄糖、脂肪和碳水化合物，
6、分解产生的热量促使堆肥物料萄糖、脂肪和碳水化合物，分解产生的热量促使堆肥物料温度上升。温度上升。最常见的是无芽孢细菌、芽孢细菌和霉菌等最常见的是无芽孢细菌、芽孢细菌和霉菌等 高温阶段高温阶段：此时温度上升到：此时温度上升到40-50，起始阶段的微生物，起始阶段的微生物死亡，取代的微生物是一系列嗜热菌，分解纤维素和半纤维死亡，取代的微生物是一系列嗜热菌，分解纤维素和半纤维素进一步使堆肥温度上升到素进一步使堆肥温度上升到70。在温度。在温度60-70的堆肥中的堆肥中，除一些孢子外，所有的病原微生物都会在几小时内死亡。，除一些孢子外，所有的病原微生物都会在几小时内死亡。熟化阶段熟化阶段：当有机物基本
7、降解完时，嗜热菌因为缺乏：当有机物基本降解完时，嗜热菌因为缺乏适当的养料而停止生长，堆肥温度逐渐下降。在冷却适当的养料而停止生长，堆肥温度逐渐下降。在冷却的堆肥中，一系列新的微生物（主要是真菌和放线菌的堆肥中，一系列新的微生物（主要是真菌和放线菌）将借助残余有机物（包括死亡的微生物残体）而生）将借助残余有机物（包括死亡的微生物残体）而生长，最终完成堆肥过程。长，最终完成堆肥过程。腐熟堆肥的特征腐熟堆肥的特征表面呈白色或灰白色，内部呈黑褐色或棕黑色：表面呈白色或灰白色，内部呈黑褐色或棕黑色：秸秆和粪块等完全腐熟，质地松软，无粪臭，散发出秸秆和粪块等完全腐熟，质地松软，无粪臭，散发出泥土气味，不招
8、引蚊蝇；泥土气味，不招引蚊蝇；pH8-9，呈弱碱性。，呈弱碱性。 3、好氧堆肥过程要求的参数、好氧堆肥过程要求的参数（1）供氧供氧：30时，需氧量为时，需氧量为1mg氧氧/g挥发性物质。挥发性物质。（2）含水量含水量：含水量太低，微生物活动受抑制。：含水量太低，微生物活动受抑制。45时应控制在时应控制在50%左右左右（3）CNP：C/N为为10-25时，有机物降解速度最大，时，有机物降解速度最大，C/P适宜在适宜在75-150，不足可掺污泥，不足可掺污泥（4）温度温度：嗜温菌：嗜温菌30-40，嗜热菌，嗜热菌55-60，5-7d无变无变化化（5）pH：理论上：理论上pH值对堆肥过程没有影响值对
9、堆肥过程没有影响 4 、堆肥工艺（1）静态堆肥工艺（三）厌氧堆肥（2）高温动态二次堆肥工艺（3）立仓式堆肥工艺（4）滚筒式：又称Dano式（丹诺）二、卫生填埋法及渗滤层二、卫生填埋法及渗滤层 是在堆肥法的基础上发展起来的，处理原理与厌氧堆是在堆肥法的基础上发展起来的，处理原理与厌氧堆肥相同。肥相同。 卫生填埋主要有卫生填埋主要有厌氧、好氧和半好氧厌氧、好氧和半好氧三种。三种。填埋类型填埋类型特点及应用情况特点及应用情况厌氧填埋厌氧填埋操作简单，施工费用低，可回收甲烷气体，操作简单，施工费用低，可回收甲烷气体，目前广泛采用。目前广泛采用。好氧和半好好氧和半好氧填埋氧填埋分解速度快，垃圾稳定化时间
10、短，但工艺分解速度快，垃圾稳定化时间短，但工艺要求较复杂，费用较高，尚处于研究阶段。要求较复杂，费用较高，尚处于研究阶段。Concept illustration of a Typical Sanitary Landfill Site填埋场中微生物活动过程填埋场中微生物活动过程1、好氧分解好氧分解阶段：阶段：2、厌氧分解不产甲烷厌氧分解不产甲烷阶段：硫酸还原菌和反硝化细菌阶段：硫酸还原菌和反硝化细菌利用硫酸盐和硝酸盐，产生硫化物、氮气和二氧化碳，利用硫酸盐和硝酸盐，产生硫化物、氮气和二氧化碳，其繁殖速度大于产甲烷菌。当还原状态达到一定程度后其繁殖速度大于产甲烷菌。当还原状态达到一定程度后，才能
11、产生甲烷。还原状态的建立与环境因素有关，潮，才能产生甲烷。还原状态的建立与环境因素有关，潮湿温暖的填埋场能迅速完成这一阶段。湿温暖的填埋场能迅速完成这一阶段。3、厌氧分解产甲烷厌氧分解产甲烷阶段：甲烷产量增加，温度达到阶段：甲烷产量增加，温度达到55时进入阶段时进入阶段44、稳定产气稳定产气阶段：稳定产生二氧化碳和甲烷阶段：稳定产生二氧化碳和甲烷 垃圾填埋后经微生物分解和地表水影响会产生一定数垃圾填埋后经微生物分解和地表水影响会产生一定数量量渗滤液渗滤液。其性质与垃圾种类、性质及填埋方式有关，。其性质与垃圾种类、性质及填埋方式有关，有机酸浓度高，总有机碳含量有机酸浓度高，总有机碳含量265-2
12、800mg/L，pH6-8，有强烈腐败臭味。有强烈腐败臭味。 处理方法处理方法：1、现场建设污水处理设施，可用活性污泥法、现场建设污水处理设施，可用活性污泥法、曝气塘、厌氧法处理、曝气塘、厌氧法处理2、输送到污水处理场处理、输送到污水处理场处理3、再循环：、再循环：4、直接浇洒地面：、直接浇洒地面：三、三、热解热解 又叫干馏，热分解或炭又叫干馏，热分解或炭化。指有机物在隔氧条件化。指有机物在隔氧条件下加热分解的过程。下加热分解的过程。 四、四、焚烧焚烧处理工程处理工程 热化学处理，是实现垃热化学处理，是实现垃圾无害化和减量化的重要途圾无害化和减量化的重要途径，体积可减少径，体积可减少80-90
13、%，可，可杀灭病原菌，其焚烧热可用杀灭病原菌，其焚烧热可用于供热和发电，于供热和发电， 第二节第二节 废气的生物处理废气的生物处理一、废气的处理方法一、废气的处理方法 物理化学：吸附、吸收、等离子体转化法物理化学：吸附、吸收、等离子体转化法 生物净化：植物净化，微生物净化。生物净化：植物净化，微生物净化。产生臭味的物质很多，分三大类：产生臭味的物质很多，分三大类： 含硫化合物含硫化合物：H2S、CH3SH、CH3SCH3、CH3SSCH3、CS2、SO2 含氮化合物含氮化合物：NH3、（、（CH3）3N CH化合物或化合物或CHO化合物化合物：低级醇、醛、脂肪酸。：低级醇、醛、脂肪酸。 常提的
14、八大恶臭物质：常提的八大恶臭物质：H2S、NH3、（、（CH3）3N、CH3SH（MM）、）、CH3SCH3（DMS）、）、CH3SSCH3（DMDS）、）、CH3CHO、苯乙烯。、苯乙烯。处理方法：处理方法： 生物过滤法生物过滤法（生物固态法）：土壤脱臭、堆肥、生物（生物固态法）：土壤脱臭、堆肥、生物过滤法过滤法 生物洗涤法生物洗涤法（生物悬浮法）：生物滴滤法、曝气式、（生物悬浮法）：生物滴滤法、曝气式、生物洗涤法生物洗涤法 微生物脱臭可分为三个过程：微生物脱臭可分为三个过程：1、恶臭气体的、恶臭气体的溶解溶解过程，由气相转移到液相。过程，由气相转移到液相。这一这一过程是物理过程过程是物理过
15、程2、水中恶臭成分被微生物、水中恶臭成分被微生物吸附、吸收吸附、吸收，恶臭成分得，恶臭成分得以去除。以去除。作为吸收剂的水被再生复原，继而再用以作为吸收剂的水被再生复原，继而再用以溶解新的废气成分。溶解新的废气成分。3、进入微生物细胞的恶臭成分作为营养物质为微生、进入微生物细胞的恶臭成分作为营养物质为微生物物分解利用分解利用。二、含硫恶臭污染物及NH3、CO2微生物处理（一）（一）含硫恶臭污染物的净化含硫恶臭污染物的净化1、氧化硫的细菌：生丝微菌属、硫杆菌属、排硫硫杆、氧化硫的细菌：生丝微菌属、硫杆菌属、排硫硫杆菌属、黄单胞菌属、氧化硫硫杆菌等。菌属、黄单胞菌属、氧化硫硫杆菌等。 代谢途径：生
16、丝微菌对代谢途径：生丝微菌对DMSO的代的代谢：谢： CH3OSCH3 CH3SCH3 CH3SH + HCHOCH3CH + H2O HCHO + H2S2、运行操作条件：、运行操作条件：pH6.5-7.5，温，温度度25-.35，相对湿度，相对湿度95%。（二）空气中（二）空气中NH3、CO2的净化的净化 处理方法：生物滴滤池法；利用藻类同化二氧化碳处理方法：生物滴滤池法；利用藻类同化二氧化碳，合成谷氨酸，合成谷氨酸（三）（三）废气中挥发性有机污染物（废气中挥发性有机污染物（VOC）的生物处理）的生物处理 包括苯及其衍生物、酚及其衍生物、醇、醛、酮、包括苯及其衍生物、酚及其衍生物、醇、醛、酮、脂肪酸等等。处理脂肪酸等等。处理VOC多采用生物滴滤池法多采用生物滴滤池法
