第十二章有机固体废弃物与废气的微生物处理及其微生物群落

固体废物:人类生产和生活过程中产生的固体或泥状的，暂时没有利用价值的废弃物质。化学成分：有机废物、无机废物形状：固体废物、泥状废物危害状况：有害废物、一般废物来源：工业废弃物、城市垃圾、农业固体废弃物固体废物废弃物无害化、资源化、减量化，变废为宝，净化环境简单堆放法围海造地法堆肥处置法焚烧处置法卫生填埋法12.1有机固体废弃物的微生物处理及其微生物群落一、固体有机废物的堆肥处理技术堆肥化：依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，有控制地促进可被微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：深褐色、质地松散、有泥土味的物质。是一种极好的土壤调节剂和改良剂，其主要成分是腐殖质。12.1有机固体废弃物的微生物处理及其微生物群落1、好氧堆肥通气条件下借好氧性微生物活动使有机物降解(大分子有机固体废物分解为小分子有机物，部分有机物被矿化成无机物)，从而使固体废弃物无害化、资源化。特点：高温堆肥（一般在50-65℃，极限可达80-90℃）有机固体废弃物微生物＋O2微生物新细胞无机物＋能量合成氧化分解12.1有机固体废弃物的微生物处理及其微生物群落好氧堆制的微生物学过程•根据堆制过程中的温度变化和微生物生长情况，堆制过程分为潜育期、中温期、高温期、腐熟期四个时期。潜育期latentphase•调整适应时期•微生物基本不生长•堆温基本不变化中温期mesophilicphase•堆肥初期(通常在1-3天)，肥堆中嗜温性微生物利用可溶性和易降解性有机物作为营养和能量来源，迅速增殖，并释放出热能，使肥堆温度不断上升。•此阶段温度在室温至50℃范围内，微生物以中温、需氧型为主，通常是一些无芽胞细菌。•也称产热阶段，中温阶段，升温阶段，升温期等。高温期thermophilicphase•当肥堆温度上升到50℃以上时，即进入高温阶段。•通常从堆积发酵开始，只须2-3天时间肥堆温度便能迅速地升高到55℃，1周内堆温可达到最高值（最高温可达80℃）。•除前一阶段残留的和新形成的可溶性有机物继续分解转化外，半纤维素、纤维素、蛋白质等复杂有机物也开始强烈分解。高温期微生物•嗜温性微生物受到抑制，嗜热性微生物逐渐取而代之。•在50℃左右进行活动的主要是嗜热性真菌、放线菌和细菌；•温度上升到60℃时，真菌几乎完全停止活动，仅有嗜热性放线菌和细菌活动；•温度上升到70℃以上时，大多数嗜热性微生物已不适宜，微生物大量死亡或进入休眠状态。高温期自然调节•此时，起作用的是嗜热性芽孢杆菌，产生的热量减少，堆温自动下降。•当堆温降至70℃以下时，处于休眠状态的嗜热性微生物又重新活动，继续分解难分解的有机物，热量又增加，堆温就处于一个自然调节的、延续较久的高温期。高温期作用•高温对于堆肥的快速腐熟起到重要作用，在此阶段中堆肥内开始了腐殖质的形成过程，并开始出现能溶解于弱碱的黑色物质。•通过高温能有效杀灭有机废弃物中病原物，按我国高温堆肥卫生标准（GB7959-87），要求堆肥最高温度达50℃～55℃以上，持续5-7d。常见的病原物致死温度和时间病原物温度（℃）时间（min）沙门氏伤寒菌55-6030沙门氏菌5560志贺氏（杆菌）5560内阿米巴组织的孢子45很短绦虫55很短螺旋状的毛线虫幼虫55很快微球菌属化脓菌5010链球菌属化脓菌5410结核分枝杆菌6615-20蛔虫卵5060埃希氏杆菌属大肠杆菌5560高温堆肥卫生标准(GB7959-87)编号项目卫生标准1堆肥温度最高温度达50～55℃以上，持续5～7天2蛔虫卵死亡率95～100%3粪大肠菌值101～1024苍蝇有效控制苍蝇孳生，堆肥周围没有活的蛆、蛹或新羽化的成蝇腐熟期maturationphase•在高温阶段末期，只剩下部分较难分解的有机物和新形成的腐殖质，此时微生物活性下降，发热量减少，温度下降。•此时嗜温性微生物再占优势，对残留较难分解的有机物作进一步分解，腐殖质不断增多且趋于稳定化，堆肥进入腐熟阶段。•微生物相：细菌、真菌纤维素分解菌放线菌、能分解木质素的微生物。微生物群落的变化规律①中温型细菌(含放线菌)和真菌首先起作用，②50℃左右，高温菌出现，嗜热性真菌和细菌(放线菌)为主。堆温60℃时，真菌几乎完全停止活动，嗜热性放线菌与细菌继续活动。–高温细菌主要是芽孢细菌属、高温放线菌属。③65-70℃时，大多数嗜热性微生物也无法生活，或死亡，或休眠。④最后，温度下降，中温型细菌、放线菌重新成为优势菌群，堆肥表面呈现白色或灰色。1、好氧堆肥12.1有机固体废弃物的微生物处理及其微生物群落静态堆肥工艺高温动态二次堆肥立仓式堆肥滚筒式堆肥堆肥工艺1、好氧堆肥12.1有机固体废弃物的微生物处理及其微生物群落条形堆工艺示意图静态堆制工艺又称为常规堆制工艺(conventionalcomposting)我国长期使用的一种有机肥堆制法。1、好氧堆肥12.1有机固体废弃物的微生物处理及其微生物群落立仓式堆肥发酵塔滚筒式堆肥塔式堆制工艺箱式堆肥发酵池二、厌氧堆肥厌氧堆肥在无氧条件下，借厌氧微生物的作用，将有机废弃物（包括城市垃圾、人畜粪便、植物秸秆、污水处理厂的剩余污泥等）进行厌氧发酵，制成有机肥料，使固体废弃物无害化的过程。和污废水厌氧消化原理基本相似特点：堆置方式与好氧堆肥法相同堆内不设通气系统，堆温低，腐熟及无害化所需时间较长简便、省工封堆后1个月左右翻堆1次12.1有机固体废弃物的微生物处理及其微生物群落有机物质+厌氧菌+二氧化碳+水甲烷+氨+脂肪酸+乙醛+硫醇+硫化氢二、卫生填埋法及渗滤液卫生填埋法是在堆肥法的基础上发展起来的，其处理原理与厌氧堆肥原理相同，均利用好氧微生物、兼性厌氧微生物和厌氧微生物处理。卫生填埋要求采取各种预防措施，以尽量减少填埋场地对周围环境、大气和地下水源的污染。12.1有机固体废弃物的微生物处理及其微生物群落卫生填埋场示意图12.1有机固体废弃物的微生物处理及其微生物群落防渗层铺设生活垃圾卫生填埋场防渗衬层结构图生活垃圾卫生填埋场防渗衬层结构图渗滤液收集管铺设防渗膜主要大气污染物：气溶胶态污染物硫氧化物氮氧化物碳氧化物碳氢化合物12.2废气的生物处理一、废气的处理方法废气的处理方法有物理和化学的方法，如吸附、吸收、氧化及等离子体转化等。也有生物法，生物法是最经济有效的方法。生物净化有植物净化法和微生物净化法。植物净化法就是利用植物吸收和转化大气中的污染物，包括二氧化碳，放出氧气清洁空气。微生物净化法是利用处理装置中微生物对气态污染物进行处理，如生物吸收池、生物洗涤池、生物滴滤池和生物过滤池。12.2废气的生物处理微生物净化法首先应用于农业生产过程中异味气体的处理。基本原理：12.2废气的生物处理液相或固相介质二氧化碳、水等废气微生物降解吸附悬浮生长系统附着生长系统微生物能氧化有机物，产生二氧化碳和水等物质，但这一过程难于在气相中进行。因此废气的生物处理经过两个阶段：一是污染物由气相转入液相或固相表面的液膜中；二是污染物在液相或固相表面被微生物降解。生物吸收装置流程12.2废气的生物处理生物过滤池装置12.2废气的生物处理生物滴滤池装置12.2废气的生物处理废气生物处理流程12.2废气的生物处理二、含硫恶臭污染物及NH3、CO2的微生物处理1、含硫恶臭污染物的净化如H2S、甲硫醇（MM）、二甲基硫醚（DMS）、二甲基二硫醚（DMDS）和二甲基亚矾（DMSO）等。有许多细菌能对含硫恶臭污染物进行净化。恶臭硫化物生物氧化活性顺序：H2S＞MM＞DMDS＞DMS12.2废气的生物处理2、NH3、CO2的净化将NH3溶于水中成NH4+，通入生物滴滤池，利用硝化作用将其氧化成NO2-和NO3-。对于CO2，被同化、合成细胞物质。还可利用植物和藻类，光合作用同化。12.2废气的生物处理3、挥发性有机物（VOCs）的生物处理包括苯及其衍生物、酚及其衍生物、醇类、醛类、酮类、脂肪酸等。挥发性有机物中有许多是“三致”物质。挥发性有机物的生物处理设备较多的是生物滴滤池法。12.2废气的生物处理