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1、6.3 固体污染物的微生物处理,城市生活垃圾 历年垃圾的存量已达到66亿t,每年增长10(全世界平均年增长速度8.42)。无害化处理的不足10。 2008年，北京市生活垃圾产生量达到672万吨，日均产生量1.84万吨。 污水处理厂干污泥 每年产生约2 105 t，以湿污泥计约为(3850) l05t，且以每年20的速度增长。 农业废弃物 作物秸秆、草木枝叶、人和畜禽粪便等。作物秸秆每年产量约（56)l08t。（薪柴、就地焚烧） 集约化畜禽生产，粪便年排放量约18.8108 t。,1、城市固体有机废弃物现状,2、固体有机废物的处理和处置原则,资源化、无害化和减量化 资源化 有机固体废物被称为“放
2、错地点的原料”，为“二次资源”或“再生资源”，可用于生产生物能源、生物肥料和饲料。 无害化 杀灭或去除固体废弃物中的病原菌、害虫和寄生虫（害虫和寄生虫卵）、杂草种子和有害化学物质，处置过程需符合国家的无害化标准。 减量化 经过最终处理、处置的部分能减量到最少的程度。,Mushrooms (Agaricus bisporus) growing in compost,3、处理有机固体废物的方法,主要有堆制法、厌氧消化法、填埋法和焚烧法,Incinerator Diagram,第一节 堆制处理,一、堆制的概念及其优缺点 1、堆制(Composting)的概念 堆制处理是利用多种微生物人为地促进生物来
3、源的有机废物好氧分解和稳定化的过程。,堆制处理后，产物中含丰富的氮、磷营养物质和有机物质，故称为堆肥(Compost)。,好氧堆制定义的含义,原料为可生物降解废物，固体或半固体； 人工控制下进行 ； 多种微生物联合作用实现，不同阶段，不同的微生物起主导作用。 堆制过程好氧、放热，为稳定化过程 ； 能杀死病原菌和寄生虫和害虫卵，达到无害化、安全性；,4、堆制处理的优点,有机废物分解并达到稳定化 易腐败的有机废物和有毒废物被转化为比较稳定的物质，体积大大缩小(4060干有机质被分解) ，便于处置和运输。有毒化学品(如农药) 形成腐殖质，消除毒性。 干化作用 人粪尿、动物粪便和污泥含水达8095，经
4、过堆制处理，大大降低其含水率。,杀灭有害生物 堆制过程释放大量热能，堆温较高。据测定，6070维持3d，可使脊髓灰质炎病毒、病原细菌和蛔虫卵失活。 堆温5060，持续67d，即可杀灭病原和虫卵。 堆肥是植物良好的肥料和土壤改良剂,4、堆制处理的优点,5、堆肥处理存在的问题,堆肥质量不易稳定； 原料来源不同、随季节变化，给标准化处理带来困难； 物料温度不均匀； 受社会、文化、经济因素的影响；,二、好氧堆制的微生物学过程,1、微生物学过程及特点 根据温度变化和微生物生长情况，分为潜育期、中温期、高温期、腐熟期四个时期,潜育期(latent phase) 物料中带入的微生物刚进入一个新环境后的一段调
5、整适应时期。在该时期，微生物基本上不生长繁殖，堆温基本上没变化。,中温期(mesophilic phase),中温型好氧微生物为主，大量生长繁殖，最常见的是无芽孢细菌、芽孢细菌和霉菌等； 分解易降解的有机物(如简单糖类、淀粉、蛋白质等)，产生大量热能，堆温不断升高，直至达到50左右，这一过程也称升温期，或称发热阶段。,高温期(thermophilic phase),中温期后期，温度上升至6570甚至更高，即进入高温期。是有机质的分解和有害生物的杀灭最有效的时期。 腐殖化过程 ； 高温型好氧微生物成为优势种。主要是好热性细菌、放线菌和真菌的一些种群 ； 杀灭病原生物，5060持续67d，可有效杀
6、灭虫卵和病原菌。,Composting pile,腐熟期(maturation phase, curing phase),腐熟期内，中温型微生物又成为优势微生物类型。残余有机物被分解，腐殖质不断积累，堆制处理进入。 有机质的分解量较小，过程较缓慢，有利于腐殖化。一些复杂的有机质与铁、钙、氮等物质相结合形成腐殖质胶体(humic colloids)，完成了有机质的分解和再合成过程。 堆温回复到40左右时，表示物料已基本达到稳定，基本达到腐熟的程度，可以便用或用于配制复合肥料的原料。,2、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： 秸秆和粪块等完全腐熟，质地松软，无粪臭，散发出泥土
7、气味，不招引蚊蝇； pH8-9，呈弱碱性。,三、堆制过程中的生物及其演替,1一般规律 参与的主要是微生物，包括： 细菌(含放线菌) 真菌 原生动物等类群 一些无脊椎动物如线虫、蚯蚓、螨类等。,微生物群落的变化规律,50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。,中温型细菌(含放线菌)和真菌首先起作用，,嗜热脂肪芽孢杆菌,烟曲霉 Aspergillus fumigatus,白地霉 Geotrichum candidum,6570时，大多数嗜热性微生物也无法生活，或死亡，或休眠。 最后，
8、温度下降，放线菌重新定殖成为优势菌群，堆肥表面呈现白色或灰色。 蛋白质分解产生的氨转化为硝酸盐的过程主要在腐熟期进行。,堆制过程中的食物链,第一级消费者是细菌、放线菌和真菌，其中以细菌数量最多分解最快，放线菌在易降解物质下降水分减少时更为显著，真菌更耐低水分、低pH和低氧条件，容易降解木质材料和难降解材料。,堆制过程中的食物链,第二级消费者是螨类、甲虫幼虫、线虫、原生动物和轮虫等，它们以第一级消费者为食。 第三级消费者是蜈蚣、隐翅虫和蚂蚁等，它们捕食第二级消费者。,2特殊规律,农业废物以植物残体为主，堆制过程中的微生物相： 细菌、真菌 纤维分解菌放线菌能分解本质素的微生物 城市污水处理厂剩余污
9、泥、城市生活垃圾堆制过程中，厌氧菌和脱氮菌很多 。 细菌与放线菌数量之比可作为堆肥腐熟的指标之一 。,四、影响堆制过程的因素,影响堆制过程的因素有物料的有机质含量、营养平衡、通气量、水分、温度和粒径等。,有机质含量 静态发酵工艺，物料含2040有机质为宜 有机成分60，采用动态发酵工艺；,2、营养平衡,碳氮比(C/N)是营养平衡最重要的参数之一。 物料最佳的C/N为2535之间为宜， 物料C/N35，会延长堆制的时间。 原料C/N5，氮素会转化为氨逸出，特别是在高温、高pH值和强制通气的情况下氮的逸失更为严重。 碳磷比(C/P)也很重要。 适宜的C/P为75l00。原污泥的C/P低，需和其它原
10、料配合。,C/N和堆制时间之间关系,美国加州大学试验结果,含碳率计算公式(误差为210),关系式：含碳率()100-灰分()/1.8 灰分系指经550燃烧比所剩的物质占干重的百分率。 堆制过程中，物料的C/N逐渐降低。腐熟堆肥的适宜C/N应为1020。,3、通气量,通氧的作用 充氧，调节堆温和排除过多的水分的作用。 通氧方式： 人工或机械进行间隙或连续翻料； 在堆肥中作通气孔道； 最有效的供氧方式是强制性机械通风，即用泵将空气压入或抽出肥堆。,实际供氧量为理论供应量的两倍。 不同时期供氧量也不一样，高温期是中温期和熟化期的好几倍。 在机械化连续生产系统可通过测定排气中氧和CO2的含量来衡量氧气
11、情况。排气中氧的体积浓度为14%17，CO2的体积浓度为3%6为宜。若氧浓度降低到10以下，好气发酵会停止。,4、水 分,含水量在5070，以60为宜。 若有机质含量高，含水量应高一些； 有机质含量低，含水量应低一些。,5、温度,两个主要作用： 提高有机物分解速度 杀死物料中病原体。 堆制过程的适宜温度较宽，约为3555。35以下发酵速度不高，4555发酵速度增加较快，超过55，发酵速率减缓，超过6577发酵作用微弱。 对大部分病原体来说，超过50就会失活。一般温度控制在55。,6、粒 径,颗粒空隙可为堆制过程提供充足的氧气。间隙大小取决于颗粒的结构强度： 麦类秸秆等硬质原料的粒径应小一些，一
12、般为12cm； 蔬菜等质软原料的粒径应大一些； 人粪尿、动物粪尿、污泥等颗粒细的物质，应添加锯末、稻草、稻壳等膨松剂，既减少容重，又增加物料的空隙率，还调整了C/N。,五、堆制工艺,固体废物堆制处理的工艺类型很多：,操作是否连续,间歇式堆制,连续式堆制,反应器特点,非反应器型：静态堆制工艺,反应器型：机械搅拌式、立仓式堆制工艺、滚筒式堆制工艺等,反应器型堆制发酵一般分两阶段，第一阶段高温发酵，发酵结束以后移出反应器进行二次发酵(熟化)。,六、接种剂在堆制处理中的应用,添加剂有三种：天然接种剂(inoculant)、微生物接种剂和起爆剂。 天然接种剂有粪肥、腐熟堆肥、耕层土壤等。 微生物接种剂由
13、从堆肥中分离的或其它来源的细菌、放线菌、霉菌等组成，具有分解蛋白质、脂肪、糖类、纤维素、木质素、蟹壳和除臭等功能，中温型与高温型微生物组合使用。 起爆剂(starter)不含有微生物接种体，是一些微生物容易分解的有机质如糖蜜、蔗糖和蛋白质等，其作用是为了缩短潜育期。,第二节 卫生填埋,卫生填埋(sanitary landfill)始于20世纪60年代，是在传统堆制的基础上，避免环境免受二次污染而发展起来的一种较好的固体废物处理法； 优点：投资少，容量大，见效快。,卫生填埋的类型,主要有厌氧、好氧和半好氧三种。,Anaerobic Bioreactor,Liquids Storage,Gas C
14、ollection to Generate Energy,Groundwater Monitoring,Bioreactor Program,一、填埋场地的建设与运行,根据地形、地貌和土壤条件、水文地质、气候、运输距离、出入道路条件等进行选择，使填埋处理不影响当地居民的生活和健康。 场地底部要构筑不漏水的防水层、集水管和集水井等设施，四周要防止水流冲刷、防止地下水和地面水受污染，避免一般填埋出现的卫生条件差，二次污染频繁的问题出现。,1、场地的建设,Concept illustration of a Typical Sanitary Landfill Site,2、垃圾填埋处理,将垃圾在填埋场
15、内分区分层进行填埋。 每天的垃圾，在限定范围铺散为4075cm的薄层，然后压实。垃圾层厚度应为2.53m。 一次性填埋处理垃圾层最大厚度为9m。每层垃圾压实后覆土2030 cm。 废物层和土壤覆盖层共同构成一个单元，即填埋单元(cell)。 当天的垃圾，当天压实覆土，成为一个填埋单元。,具有同样高度的一系列相互衔接的填埋单元构成一个填埋层。 按上述工序完成的卫生填埋场由一个或几个填埋层组成。 当填埋到最终的设计高度以后，再在该填埋层上层盖一层90120cm的土壤，压实后就成为一个比较标准的卫生填埋场。,The Stevens County Sanitary Landfill, opened o
16、n July 5, 1979, is a facility that was designed to serve the waste needs of the citizens of Stevens County.,二、填埋的微生物学过程,根据垃圾在卫生填埋过程中的分解情况、气体产生和微生物活动情况，将整个过程人为地划分为四个阶段。 四个阶段的特点分别为：,1、好氧分解阶段,垃圾好氧分解主要是开始阶段。 此阶段时间的长短取决于分解速度，由几天到几个月。 填埋层内的氧耗尽后进入第二阶段。,2、厌氧产酸阶段,在此阶段，好氧微生物的生命活动中止； 无氧呼吸的细菌，如硝酸还原细菌和硫酸还原细菌等，以物料中的NO3、SO42-的氧作为最终电子受体进行无氧呼吸，使有机质进一步被分解产生多种有机酸。 有机酸积累、pH下降，甲烷菌开始活动，主要产物是N2，H2S、NH3、CO2等。,3、甲烷产生加速阶段,在严格厌氧菌和一些兼性厌氧菌
