內(nèi)蒙古大學(xué)環(huán)境微生物學(xué)講義12有機(jī)固體廢棄物與廢氣的生物處理

1、第十二章 有機(jī)固體廢棄物與廢氣的生物處理有機(jī)固體廢棄物（亦稱垃圾）主要來自工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物，城鄉(xiāng)生活廢棄物（MSW）（如廚余等生活垃圾）、污水處理廠的剩余泥等。如果它們積累在環(huán)境中必將引起嚴(yán)重的環(huán)境問題。處理的目的在于消除污染。將這些物質(zhì)無害在處理后歸還到生態(tài)系統(tǒng)中。處理之前要進(jìn)行分選，將塑料之類的難降解物剔除，再進(jìn)入生物處理裝置。當(dāng)前各國(guó)城市采用的垃圾處理方法主要有：（生物）堆肥法、（衛(wèi)生）填埋法和焚燒（發(fā)電）法。前兩種是生物方法，用以處理可生物降解的有機(jī)固體廢棄物，焚燒法是物理方法，它用不處理不可隨意排放、有危險(xiǎn)的特種廢物，現(xiàn)在已開始用于垃圾發(fā)電。第一節(jié) 好氧堆肥法一、堆肥材料與堆制方法

2、堆肥法是一種老古的微生物處理有機(jī)固體廢棄物的方法。其產(chǎn)物“堆肥”可作為優(yōu)質(zhì)的土壤改良劑和農(nóng)肥。 1材料：堆棧肥材料極為廣泛，只要是可生物降解的有機(jī)物質(zhì)均可利用。如果是城市生活垃圾需進(jìn)行機(jī)械化分選，粉碎。秸桿等廢棄物的組分主要是纖維素、半纖維素、糖類、脂肪和蛋白質(zhì)。以農(nóng)村常見堆肥為例，材料配比如下： 秸桿等廢料 100份 人畜糞尿1020份石灰（草木灰） 25份 水100200份 2方法（靜態(tài)堆肥工藝） 地基：選擇不積水的地方做堆肥物，并挖好通氣溝道（寬15cm深25cm）堆料：堆料時(shí)在最下層先鋪好格架材料（如玉米秸），然后一層層加上所 用材料，高約56尺。 泥封：用濕泥密封，以利保水、保溫、保

3、肥、并在堆中直插幾根秸桿以利通氣。二、堆肥的微生物學(xué)過程 1好氧堆肥機(jī)理 通氣條件下，好氧微生物不同類群參與分解過程： 有機(jī)固體廢棄物微生物 O2無機(jī)物+腐殖質(zhì)+熱量+新細(xì)胞堆肥堆制后，由于微生物代謝活動(dòng)的結(jié)果，堆內(nèi)溫度逐漸上升，短期內(nèi)可達(dá)到5065，如不通風(fēng)可高達(dá)8090，這期間發(fā)酵微生物分解有機(jī)物，并利用中間代謝物大量生長(zhǎng)繁殖，最終它們完全腐熟成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)成分。 2堆肥的微生物學(xué)過程發(fā)熱階段：中溫性微生物參與。發(fā)酵初期這類細(xì)菌和真菌分解易降解組分（碳水化合物，蛋白質(zhì)、脂肪），同時(shí)散發(fā)熱量，使溫度升至50。高溫階段：高溫性微生物參與。好熱的細(xì)菌、真菌、放線菌分解纖維素類，此時(shí)嗜熱真菌屬（T

4、hemomyces）褐色嗜熱放線菌（A.therofuscus）常成為優(yōu)勢(shì)類群。當(dāng)T 70后，致度菌和蟲卵被殺死，其它微生物也停止活動(dòng)。此階段可維持近1個(gè)月，期間可適當(dāng)翻動(dòng)。降溫和保肥階段：厭氧微生物主要參與。為了保存腐殖質(zhì)和肥力，通常采取將堆肥壓緊的措施，造成厭氧狀態(tài)，減弱礦化作用。此時(shí)的堆肥腐熟穩(wěn)定，成為優(yōu)質(zhì)的土壤改良劑和農(nóng)肥。 3應(yīng)注意的問題 C：N以2530：1發(fā)酵最好，有機(jī)物不足可添加糞肥。調(diào)節(jié)水、氣狀態(tài)，含水量4550%為宜，每周翻動(dòng)供氧。無須調(diào)節(jié)PH，整個(gè)發(fā)酵過程PH在5.58.5之間，初期（有機(jī)酸5.5）中期（氨8.5）未期（硝酸鹽7.5）三、現(xiàn)代堆肥工藝 現(xiàn)在的堆肥工藝主要有

5、靜態(tài)堆肥工藝（傳流好氧堆肥）。 （高溫動(dòng)態(tài)）二次堆肥工藝（動(dòng)、靜態(tài)結(jié)合）立倉式堆肥工藝（每天下降1格）滾筒式堆肥工藝。滾筒式堆肥工藝稱達(dá)諾生物穩(wěn)定法。（圖2.55）。滾筒24m長(zhǎng)1530m，轉(zhuǎn)速0.42.05/min。57d出料。高溫動(dòng)態(tài)二次堆肥工藝（靜態(tài)二次發(fā)酵）：第二節(jié) 厭氧消化法一般稱為沼氣發(fā)酵法。沼氣是多種氣體的混合物，其中甲烷占5075%，其余是CO2、H2、CO、NH3、H2S等。CH4是一種無色、無臭、易燃的氣體。沼氣發(fā)酵常作為生態(tài)農(nóng)業(yè)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。人們將生活垃圾、秸桿、糞便、污水生物處理廠的剩余污泥等，放入消化池內(nèi)進(jìn)行厭氧發(fā)酵。即可清潔環(huán)境又可獲得能源，消化后污泥符合衛(wèi)生學(xué)標(biāo)

6、準(zhǔn)，是很好的有機(jī)肥料。 復(fù)雜有機(jī)物水解與發(fā)酵有機(jī)酸，醇類等產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸H2、CO2、乙酸產(chǎn)甲烷CH4一、分解過程 可劃分為三個(gè)階段： 二、微生物學(xué)過程目前多采用1979年M.P.Bryant（布賴恩特）提出甲烷發(fā)酵三階段（四階段）理論。水解與發(fā)酵細(xì)菌：復(fù)雜有機(jī)物簡(jiǎn)單有機(jī)物。如未性性厭氧的擬桿菌屬（Bacteriodes）、 菌屬（Clostridiuon）；兼性的鏈球菌和腸道菌等。細(xì)菌含量108-9/ml。產(chǎn)乙酸產(chǎn)氫細(xì)菌：簡(jiǎn)單有機(jī)物乙酸、氫等。主要是G-的厭氧桿菌。如奧氏甲烷桿菌的S株。4H2 + CO2合成CH + 2H2O （28%）14CH3COOH 裂解14CH + CO （72%）產(chǎn)甲

7、烷細(xì)菌：由兩組生理上不同的專性厭氧產(chǎn)甲烷菌群完成（methane bacteria）。 另外其它的成分如甲醇、甲酚、CO等也可轉(zhuǎn)化為甲烷。產(chǎn)甲烷菌的分類系統(tǒng)有幾個(gè)，1979年Boone已擴(kuò)大為3目、6科、17屬、55種。代表菌有：布氏甲烷桿菌(Methanobacterium bryautii) 沃氏甲烷球菌（Methanococaus Uannielii） 巴氏甲烷八疊球菌(Methanosarcina barkeri)。 它們要求嚴(yán)格的厭氧環(huán)境，多數(shù)為中溫型（2040生長(zhǎng)），少數(shù)高溫型，不能利用復(fù)雜的有機(jī)物作為碳源和能源。三、厭氧反應(yīng)器廢水厭氧生物處理或剩余活性污泥的處理核心是厭氧反應(yīng)器。工藝流程見圖618（厭氧接觸反應(yīng)器ACP）： 沉淀池的功能是固液分離。消化池一般用于處理COD 2000mg/L的有機(jī)廢水，水力停留時(shí)間（HRT）（污泥停留時(shí)間SRT）310d，期間每隔24h用葉輪攪拌一次。在農(nóng)村地區(qū)，沼氣池就是一種厭氧反應(yīng)器，常作為實(shí)施生態(tài)農(nóng)業(yè)的一個(gè)中心環(huán)節(jié)，例如北京留民營(yíng)村，菲律賓的馬亞農(nóng)場(chǎng)。衛(wèi)