（环境科学与工程专业论文）城市生活垃圾好氧堆肥实验及嗜热微生物群落研究.pdf

硕士学位论文 较真菌、放线菌种类要多，但优势菌种没有真菌明显；嗜热真菌优势菌明显，但 整体菌群种类不多；嗜热放线菌优势菌不及同时期嗜热真菌明显，但菌群种类比 嗜热细菌少、比嗜热真菌多，这与传统培养方法获得的结果一致。d g g e 图谱聚类 分析结果表明，堆肥高温期对于嗜热细菌也分成两个阶段，但是没有找到统一且 确切的分段规律；而高温期嗜热真菌以升温时5 6 为界，嗜热放线菌以5 8 为界， 分成两个变化阶段，每阶段内部聚类关系较近，阶段间关系较远；低于分界温度， 部分菌种不能适应高温环境而逐渐消失，高于分界温度，能适应5 6 或5 8 以上 温度环境的菌种迅速生长温度对高温期各类嗜热微生物种群具有明显的筛选作 用。 通过将d g g e 图中条带切胶测序，获得与条带序列同源性序列，再建立系统发 育树可知，得到的与芽孢杆菌属亲缘关系较近的嗜热细菌，与青霉菌、曲霉菌等 有较近亲缘关系的嗜热真菌，与链酶茵和诺卡氏菌等有较近亲缘关系的嗜热放线 菌，都是与降解纤维素、半纤维素和木质素有关的微生物，这些微生物是堆肥高 温期有机质降解的主要作用微生物。 关键词：城市生活垃圾；好氧堆肥；高温期；p c r - - d g g e ；嗜热微生物；纤维素； 木质素；系统发育分析 i i i 城市生活垃圾好氧堆肥实验及嗜热微生物群落研究 a b s t r a c t a e r o b i cc o m p o s t i n gi st h en a t u r a lp r o c e s so ft h es t r e n g t h e n i n go fm i c r o b i a l d e g r a d a t i o na n dr e l i e so nt h ew i d e l yd i s t r i b u t e dn a t u r eo ft h eb a c t e r i a ，f u n g i ， a c t i n o m y c e t e s m i c r o o r g a n i s m s a r ek e yo r g a n i s m si nt h ec o m p o s t i n g s y s t e m s m o r e o v e r ，t h et h e r m o p h i l i cp h a s e si sak e ys t a g ew i t haq u i c kd e g r a d a t i o no fo r g a n i c m a t e r i a l s s t u d y i n gt h ec h a n g e so fm i c r o b i a lc o m m u n i t i e sa n dt h ed e g r a d a t i o no ft h e o r g a n i cm a t e r i a l s i nc o m p o s t i n gs y s t e mi so fg r e a ti m p o r t a n c ef o rt e c h n i q u e i m p r o v e m e n ta n de f f i c i e n c ye n h a n c e m e n t i nt h i sp a p e r ，ac u l t u r e d e p e n d e n t a p p r o a c ha n dm o l e c u l a rt h e c h n o l o g i e sp o l y m e r a s ec h a i nr e a c t i o n - - d e n a t u r i n gg r a d i e n t g e le l e c t r o p h o r e s i s ( p c r d g g e ) w e r ec h o s e nt os t u d yt h es u c c e s s i o np r o f i l e so f t h e r m o p h i l i cm i c r o o r g a n i s m sc o m m u n i t i e sd u r i n gt h et h e r m o p h i l i ce o m p o s t i n gp h a s e s i n t h i sp a p e r ，t w oa e r o b i cc o m p o s t i n gw e r es e p a r a t e l yp r o c e s s e dw i t hg a r d e n w a s t ea n dk i t c h e nt r a s hf o r2 0d a y sg o i n gt h r o u g hm e s o p h i l i cp h a s e ，t h e r m o p h i l i e p h a s ea n dc o o l i n gp h a s e a n dt h et h e r m o p h i l i cp e r i o do ft h et w oc o m p o s t i n g 仑5 0 ) l a s t e d1 0 da n d8 dr e s p e c t i v e l y t h ef i n a lp hv a l u em a i n t a i n e da t7 5 8 0i nat i n y a l k a l e s c e n c ee n v i r o n m e n t t h er e d u c er a t eo fw a t e rc o n t e n ta n do r g a n i cm a t e r i a l sw e r e 3 8 5 a n d4 0 5 ，4 6 3 a n d4 4 6 ，w h i l ei nt h et h e r m o p h i l i cp h a s e st h er e d u c er a t e o fd e g r a d a t i o no fo r g a n i cm a t e r i a l st a k e du p5 8 3 a n d4 8 0 t h ef i n a lc nr a t i ow a s c l o s et o2 0 c o n s i d e r i n ga l lt h ei n d i c a t o r s ，w ei n f e r r e dt h a tt h et w oc o m p o s t i n gp i l e s s a t i s f i e dw i t ht h ed e m a n do fc o m p o s t i n gs t a b i l i z a t i o n b e s i d e s ，t h ed e g r a d a t i o n p e r c e n t a g eo fc e l l u l o s e ，h e m i c e l l u l o s ea n dl i g n i no ft h et w op i l e sw e r e4 5 0 a n d 41 o ，3 3 9 a n d3 2 3 a n db o t ho f 2 7 0 ，r e s p e c t i v e l y a n dt h ed e g r a d a t i o nr a t eo f t h et h r e ei n d i c a t o r si n t h e r m o p h i l i cp h a s e sa c c o u n t i n gf o rt h e t o t a ld e g r a d a t i o n q u a n t i t yw e r e4 9 0 a n d4 8 0 ，6 8 o a n d5 4 0 ，6 5 0 a n d5 2 o a l lt h ed a t a s s h o w e dt h a tt h ed e g r a d a t i o no fc e l l u l o s ea n dh e m i c e l l u l o s ew e r eb i g g e rt h a nt h a to f l i g n i n t h em i x e db a c t e r i a ，f u n g ia n da c t i n o m y c e t e si ns a m p l e sd u r i n gt h e r m o p h i l i c p h a s e so ft w op i l e sw e r ec u l t u r e db yp l a t ec o u n t ，a n dt h er e s u l tw a st h a tt h et o t a l p o p u l a t i o no fb a c t e r i a ，f u n g ia n da c t i n o m y c e t e ss h o w e daw a v e l i k ec u r v e ，i e u p d o w n ”，d o w n - - u p ”a n d “u p d o w n u p ”，w h i c hs h o w e dc l o s er e l a t i o n s h i pw i t h t h ed e g r a d a t i o no fo r g a n i cm a t e r i a l sw i t hac h a n g eo f d o w n u p d o w n u p ”a n d i v 硕上学位论文 t h et o t a lm i c r o b i a ld n aw a se x t r a c t e df r o ms a m p l e sb ym e t h o do fp r o t e i nk c t a b p c ra m p l i f i c a t i o n sw e r ep e r f o r m e dw i t hp r i m e r sg c - - 3 41fa n d9 0 7 rt a r g e t i n gt h e v 3r e g i o no fb a c t e r i a16sr r n a ，g c n s 7a n dn s 8t a r g r t i n gt h ev 8 - - v 9r e g i o no f f u n g a l 18 sr r n aa n dp r i m e r sf 2 4 3a n dg c - - r 513t a r g e t i n gt h ev 3r e g i o no f16 s r r n ag e n e so fa c t i n o m y c e t e s a n dt h ep c rp r o d u c t sw e r es e p a r a t e db yd g g ef o ra s e g m e n to f 6 3 0 b p ，3 4 0 b pa n d2 7 0 b p ，r e s p e c t i v e l y t h er e s u l t so f c u l t u r e - - d e p e n d e n t a p p r o a c ha n dd g g ep r o f i l e ss h o w e dt h a tt h ep o p u l a t i o no ft h et h e r m o p h i l i cb a c t e r i a w e r em o r et h a nt h a to ff u n g ia n da c t i n o m y c e t e sd u r i n gt h e r m o p h i l i cp h a s ei nt h et w o p i l e s ，w h i l et h ep r e d o m i n a n tk i n d so ft h et h e m o p h i l i ca c t i n o m y c e t e sw e r el e s st h a n t h a to ff u n g ia n db a c t e r i a at o t a lo f2 8d g g es i n g l eb a n d sw e r ei s o l a t e df r o mt h e p r o f i l e sb yc l o n i n g t h eo b t a i n e ds e q u e n c e so ft h e s ec l o n e ss h o w e ds i m i l a r i t yt os o m e k n o w no r g a n i s m si nar a n g eo f91 t o10 0 t h ec l o n e si d e n t i f i e da sb a c i l l u ss p p ， a s p e r g i l l u ss p p ，p e n i c i l l i u ms p p ，s t r e t o m y c e ss p p a n dn o c a r d i o i d e ss p p a r e c h a r a c t e r i z e da sc e l l u l o s ea n dl i g n i n - - d e g r a d i n gb a c t e r i a ，f u n g ia n da c t i n o m y c e t e s t h eb a c t e r i a ，f u n g ia n da c t i n o m y c e t e sc o m p o s i t i o nf o rd i f f e r e n tc o m p o s t i n gm a t e r i a l s p r o c e s s e ss i m i l a r l y t h i ss t u d yw o u l db eb e n e f i c i a lf o rd e f i n i t u d i n gt h et h e r m o p h i l i c m i c r o o r g a n i s m so ft h e r m o p h i l i cp h a s e si na e r o b i cc o m p o s t i n g t h ec l u s t e r i n ga n a l y s i s i n d i c a t e dt h a tt h e m o p h i l i cf u n g ia n da c t i n o m y c e t e si nh i g ht e m p e r a t u r es t a g e so f c o m p o s t i n gc a nb ed i v i d e di n t ot w op h a s e s ，t h ed i v i d i n gl i n e sw e r et e m p e r a t u r eo f 5 6 。oa n d58 c ，w h e nh e a t i n gu p ，r e s p e c t i v e l y b u tt h e r ew a sn oe x a c tr u l e sf o rt h e c h a n g e so ft h e r m o p h i l i cb a c t e r i a t h ec l u s t e r i n gr e l a t i o ni np h r a s e sw e r ec l o s et oe a c h o t h e r ，w h i l eb e t w e e np h r a s e sw a sd i s t a n t t e m p e r a t u r ep l a y e dag r e a tr o l ei ns i e v i n g t h e r m o p h i l i cf u n g ia n da c t i n o m y c e t e so fh i g ht e m p e r a t u r es t a g ei nc o m p o s t i n g k e yw o r d s ：m u n i c i p a ls o l i dw a s t e ：a e r o b i cc o m p o s t i n g ：t h e r m o p h i l i cp h a s e ；p c r - - d g g e ：t h e r m o p h i l i cm i c r o o r g a n i s m s ；m i c r o b i a lc o m m u n i t y ；c e l l u l o s e ；l i g n i n ； p h y l o g e n e t i ca n a l y s i s v 硕士学位论文 插图索引 图1 12 0 0 1 - 2 0 0 5 年全国城市生活垃圾处理比例4 图1 2 绳索状纤维素链示意图1 9 图1 3 纤维素的结构( 构象式) 1 9 图1 4 三种纤维素酶的作用模型2 0 图1 5 苯丙烷单元基本结构一2 2 图1 6 木质素的六种基本结构2 3 图1 7 从压力精磨的小麦秸秆中分离的半纤维素的假设结构2 8 图2 1堆体p 1 和p 2 堆肥过程中温度和p h 值随堆肥天数的变化4 0 图2 2 堆体p l 和p 2 堆肥过程中含水率和有机质含率随堆肥天数的变化4 1 图2 3堆体p l 和p 2 堆肥过程中c n 比随堆肥天数的变化4 2 图2 4 堆体p 1 和p 2 堆肥高温期有机质降解率随堆肥天数的变化一4 3 图2 5 堆体p 1 和p 2 堆肥木质纤维素降解量随堆肥天数的变化4 5 图3 1 平板计数获得的嗜热细菌、真菌和放线菌数量随时间的变化一5 8 图3 2堆体p l 和p 2 高温期样品的粗提总d n a 电泳图谱5 9 图3 3堆体p l 和p 2 高温期样品细菌p c r 扩增电泳图谱6 0 图3 4堆体p 1 和p 2 高温期样品真菌p c r 扩增电泳图谱6 0 图3 5堆体p 1 和p 2 高温期样品放线菌p c r 扩增电泳图谱6 1 图3 6 堆体p 1 和p 2 高温期样品细菌d g g e 电泳图谱及聚类分析图6 3 图3 7 堆体p 1 和p 2 高温期样品真菌d g g e 电泳图谱及聚类分析图6 4 图3 8 堆体p 1 和p 2 高温期样品放线菌d g g e 电泳图谱及聚类分析图6 5 图3 9堆体p 1 和p 2 高温期细菌群落系统发育分析6 8 图3 1 0 堆体p l 和p 2 高温期真菌群落系统发育分析6 9 图3 1 1 堆体p l 和p 2 高温期放线菌群落系统发育分析7 0 i x 城市生活垃圾好氧堆肥实验及嗜热微生物群落研究 附表索引 表1 1城市生活垃圾清运量增长情况2 表1 2 城市生活垃圾清运量增长情况3 表2 1堆肥材料的主要理化性质3 3 表3 1用于p c r 扩增实验的引物5 2 表3 21 5 条细菌序列的b l a s t 结果6 7 表3 36 条真菌序列的b l a s t 结果6 8 表3 47 条放线菌序列的b l a s t 结果6 9 x 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名： 罗多季日期：衙d - 月弓日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密叭 ( 请在以上相应方框内打“、) 作者签名：7 衫蒸、 别磁氢琊触千 日期：沙占年，月弓e 1 日期：游i 乙月弓日 硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 城市生活垃圾的定义及其组成 城市生活垃圾是指在城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中 产生的固体废物以及法律、行政法规规定视为城市生活垃圾的固体废物。 城市生活垃圾主要组成包括居民生活垃圾、商业垃圾、集贸市场垃圾、街道 垃圾、公共场所垃圾、机关、学校、厂矿等单位的垃圾( 工业废渣及特种垃圾等 危险固体废弃物除外) 。 按照不同的处理方式，城市生活垃圾也可以分为有机垃圾、无机垃圾、有害 垃圾及大件垃圾等。其中有机垃圾主要是指厨房垃圾，如果皮、菜叶、剩饭菜等。 无机垃圾分为可燃或不可燃两种，可燃垃圾包括废纸张、废塑料、废织物等，可 回收利用，也可焚烧。不可燃垃圾主要指废金属、废玻璃等，可作回收处理。有 害垃圾指对环境或人体造成危害或具有危险性的垃圾，主要包括废电池、废荧光 灯管、水银温度计、废油桶、过期药品等，应送至专门的设施进行处理。而大件 垃圾则指废旧家具、电器等，也须进行专门的处理回收【i 3 j 。 我国城市生活垃圾成分受城市居民生活水平、民用燃料结构、生活习惯和地 理条件的影响有较大的差异。近年来随着人民生活水平的提高，生活垃圾各组分 的比重也相应发生了变化，主要表现在灰土、砖瓦呈明显的下降趋势，这是因为 现代化的城市建设，居民用气及物业管理使得垃圾中的无机组分有了明显降低： 可回收物( 如塑料、玻璃、纸类、金属和织物) 所占比例明显升高，占到垃圾的 4 0 左右；食品废弃物呈明显的增加趋势。 1 2中国城市生活垃圾的现状及其危害 随着城镇规模的扩大，人民生活水平的提高，在给自然资源挖掘和利用提供 了广阔前景的同时，城市发展的废弃物一一生活垃圾正在恶化生态环境、污染地 下水源、传播疾病，危害人类的健康和生存。生活垃圾日益增多，已经成为一个 污染全球环境的严重的社会问题。一个人每天平均产生的垃圾在lk g 1 5k g 左 右，若对于有l o 万人口的城镇来说，1 天就是1 0 0 多吨的垃圾，如此多的垃圾该 如何处理。 根据有关统计【4 1 ，截至2 0 0 6 年底，全国6 6 1 个城市生活垃圾清运量达1 4 8 亿t a ，有各类生活垃圾处理场4 1 9 座，处理能力为2 5 8 万t d ，集中处理量约8 城市生活垃圾好氧堆肥实验及嗜热微生物群落研究 千万t ，集中处理率5 2 2 ；其中城市生活垃圾填埋场3 2 4 座，处理能力2 0 7 万 t d ，年填埋处理量约为6 4 0 0 万t ；城市生活垃圾堆肥厂2 0 座，处理能力o 9 5 万t d ，年处理量2 8 8 万t ；城市生活垃圾焚烧厂6 9 座，处理能力4 万t d ，年处 理量1 1 3 8 t ；按处理量统计，填埋、堆肥和焚烧处理的比例分别为1 4 5 、1 9 和 7 7 。 现在我国的垃圾成分复杂，又没有采用分类收集的方法，给处理带来极大的 不便，而随着生活水平的提高，垃圾中的可利用资源比例也在不断上升。如何处 理好这些垃圾、如何最大限度地回收可利用资源，最大限度地减少对环境的污染， 这个问题是与人类生存与发展息息相关的。 1 3 城市生活垃圾的处理现状及办法 1 3 1 中国城市垃圾的处理现状 随着城市化进程的加快和人民生活水平的提高，生活垃圾问题急需引起城市 政府的重视。从源头减少垃圾的产生、废旧物品的再利用、垃圾的热利用和最终 无害化处理处置，是世界各国解决城市生活垃圾的主要措施。日本正是从“垃圾 为患 的角度提出循环型社会建设的1 5 j 。 1 3 1 1 生活垃圾量增长主要源自城市人口增长和城市范围扩大 我国城市生活垃圾处理起步于2 0 世纪8 0 年代。在1 9 9 0 年前，全国城市垃圾处 理率不足2 。进入9 0 年代后，城市生活垃圾处理水平不断提高。据2 0 0 5 年对全国 6 6 1 个城市统计，生活垃圾清运量为1 5 6 亿吨。在1 9 9 0 - 2 0 0 5 年期间，城市生活垃 圾清运量年平均增长率为5 7 ( 见表1 1 ) ，略高于城市人口平均增长率，与建成 区面积增长率接近。我国统计的城市人口与生活垃圾收集服务人口往往不一致， 且大多数城市生活垃圾还没有实现全部称重计量，因此，以统计的城市人口为计 算基数得出的人均生活垃圾产量会产生较大误差。以天津市和成都市为例，人均 生活垃圾年产量( 以清运量代替) 约为2 8 0 - - - 一3 5 0 千克，相当于人均日产量为0 8 1 0 千克。 表1 1 城市生活垃圾清运量增长情况 说明：1 ) 城市人口是按城镇总人口6 5 的计算值( 中国统计出版社1 9 9 0 2 0 0 5 年中国统计年鉴) 计算。 2 硕士学位论文 2 ) 2 0 0 5 年城市人口与建成区面积为估算值。 1 3 1 2 生活垃圾中包装废弃物显著增多 城市生活垃圾成分发生了明显变化：厨余类有机物在垃圾中的含量仍然占有 较大的比例，利用潜力增加，需要分类收集；灰土含量下降，垃圾容重降低，运 输车辆压缩需求增加，填埋作业难度加大；可回收物增加；垃圾热值升高，为采 用现代化焚烧处理创造了条件( 见表1 2 ) 。城市生活垃圾中有机成分约占总量的 6 0 ，无机物约占4 0 ，其中废纸、塑料、玻璃、金属、织物等可回收物约占总 量的3 0 。实际上绝大部分上述废弃物是用后的包装废弃物。 表1 2 城市生活垃圾清运量增长情况 说明：表中将砖瓦、其他类并入灰土类。 1 3 1 3 城市生活垃圾由堆放到处理 据统计，2 0 0 5 年全国城市共有垃圾处理厂( 场) 4 7 0 座( 剔除误报数) ，处理 能力2 5 7 万t d ，集中处理量8 1 0 0 万t ，集中处理率5 2 。其中城市生活垃圾填埋场 3 6 5 座，处理能力2 1 3 万t d ，填埋量6 9 0 0 万t ；生活垃圾堆肥厂4 6 座，处理能力1 1 8 万t d ，处理量3 4 5 万t ；垃圾焚烧厂6 8 座，处理能力3 2 万t d ，处理量7 9 0 万t 。按处 理量统计，2 0 0 5 年城市生活垃圾填埋、焚烧和堆肥处理的比例分别为8 5 2 、9 8 和4 3 ( 见图1 1 ) 。与2 0 0 1 年相比，焚烧处理比例明显增加，堆肥处理比例明显 下降，填埋处理比例也略有下降。2 0 0 5 年我国城市生活垃圾填埋处理能力超过2 0 万t d 。一批现代化生活垃圾填埋场投入运行，标志着生活垃圾填埋场建设水平有 了显著提高。我国城市垃圾焚烧处理发展较快。2 0 0 5 年焚烧处理能力是2 0 0 0 年的 1 1 倍多，达n 3 2 万t d ，预计未来1 0 年城市垃圾焚烧处理将得到更大发展。城市垃 圾堆肥处理处于停滞甚至萎缩状态。从2 0 0 1 - - 2 0 0 5 年的变化可以看出，堆肥处理 能力不仅没有增加反而有所下降。我国垃圾堆肥本为城市生活垃圾的混合堆肥， 可以将厨余类有机物分选出来进行堆肥，但此举一方面增加运行成本，另一方面 堆肥产品的质量也难以保证。此外，由于单纯的厨余类有机物水分高，需要添加 骨料才适宜进行堆肥处理。 城市生镕垃圾好氧堆肥实验嗜热微生物群藩研究 ：( 川：f ： l k 城r i j 牛活”地4 t j 擘比铡2 0 0 5 计闻蛙b i 圾避删i t 盹 盈i 12 0 0 1 2 0 0 5 年全国城市生活垃圾处理比倒 中国垃圾处理起步较晚，垃圾无害化处理能力较低，曾出现垃圾包围城市的 严重局面。近年来，中国环境卫生行业有了较大的发展，使城镇垃圾处理水平提 高，垃圾包围城市的现象有所缓解。目前，中国主要城市都建立了环境卫生科研 机构，开展了城市垃圾处理技术、设备的研究工作。“八五”期间国家即拨款近千 万元、贷款数千万元用于开展城市垃圾堆肥、填埋、焚烧及资源化利用的科研、 开发和示范项目的建设。 1 3 2 垃圾处理技术的应用 治理城镇垃城是一个系统工程，包括垃圾的收集、运输、转运、处理及资源 利用等环节。目前符合我国生活垃圾减量化、资源化、无害化治理目标的主要方 式有：填埋、焚烧、堆肥等方式。 l32 1 城镇垃圾的收集 中国大多数城镇目前大都采用混合收集方法进行垃圾收集( 医院垃圾除外) 。 所采用的垃圾作业方式和设备主要有以下几种：固定式垃圾箱、垃圾的贮存收集、 活动式垃圾箱、垃圾的收集、垃圾桶收集、塑料袋收集。密封集装箱收集及地面 垃圾站收集等，绝大部分城市都能做到及时的垃圾收集，保持居民区的环境清洁。 l32 2 城市垃圾运输 从整体看，中国城市垃圾机械化收运率低，环卫职工劳动强度太，手工操作 机具不足，设备性能差，全国大约有4 0 的环卫器具、车辆等需要更新，每年约 有1 0 0 0 万吨城镇垃圾因此而不能及时运往处理场地。 1323 城镇垃圾的处理 为解决上述严重问胚，国内外在垃圾处理卜提出了许多解决方案，如垃圾经 一邱饶一 赢耋| q 圜 一 硕十学位论文 过分选后填埋、制肥、沼气发电、裂解制油、生化处理等。其中已经付诸实施的 焚烧处理、卫生填埋、高温堆肥都存在着一定的不足。如卫生填埋，相对焚烧处 理，投资和运行费用较低，但填埋场占地相当大，大量有机物和电池等物质的填 埋，使卫生填埋场渗滤液防渗透、收集处理系统负荷和技术难度大，投资高，填 埋操作复杂，管理困难，处理后污水也难以达标排放。此外，填埋场的甲烷、硫 化氢等废气也必须处理好，以确保防爆和环保要求。采用焚烧处理，虽然具有处 理量大，减容性好、无害化彻底、占地少，还可回收热能等优点，但投资大、运 转成本高，同时垃圾中的有用资源被烧毁，现有国内焚烧厂运行均比较困难。至 于高温堆肥，仅是垃圾中有机成分的处理技术，而不是全部垃圾的最终处理技术， 而其余的垃圾热解制煤气或发电技术因部分关键技术和设备不成熟或投资太大， 很难实现产业化。 1 3 3 三种主要的城市生活垃圾的处理办法及其优劣势分析 1 3 - 3 1 填埋法 填埋技术作为生活垃圾的传统和最终处理方法，目前仍然是我国大多数城市 解决生活垃圾出路的最主要方法，2 0 0 5 年，全国共建有3 5 6 座生活垃圾卫生填埋 场，9 0 ( 含简易填埋) 以上的城市生活垃圾采用填埋处理。根据环保措施( 主要 有场底防渗、分层压实、每天覆盖、填埋气导排、渗沥液处理、虫害防治等) 是 否齐全、环保标准能否满足来判断，填埋场大致可分为简易填埋场、受控填埋场 和卫生填埋场三个等级。 1 、简易填埋场( 临时堆场) 基本上没有考虑环保措施，或仅有部分环保措施，也谈不上执行什么环保标 准。严格来讲，目前我国仍有很大部分填埋场属于这个等级。这类生活垃圾填埋 场为衰退型填埋场，在使用过程中它不可避免地会对周围的环境造成严重污染。 直接露天堆放，利用自身降解作用处理。这种方法一次性投资较少，但会产生大 量的污水和有害物质，存在着二次污染的问题，需要长期的资金投入，无经济利 用价值。 2 、受控填埋场( 准卫生填埋场) 有部分环保措施，但不齐全；或者是虽然有比较齐全的环保措施，但不能全 部达标。目前的主要问题集中在场底防渗、渗沥水处理、每天覆盖等不符合卫生 填埋场的技术规范。这类填埋场为半封闭型填埋场，也会对周围的环境造成一定 的影响。 3 、卫生填埋场( 无害化处理场) 城市生活垃圾好氧堆肥实验及嗜热微生物群落研究 既有完善的环保措施，又能满足环保标准，为封闭型或生态型的填埋场。由 于建设和运行费用目前在我国大部分城市尚难以接受，管理水平也有较大差距， 所以真正意义上的卫生填埋场目前在我国仍较少。卫生填埋法要求采用防渗和防 雨水冲刷措施，并且要远离水源，设置排气孔确保废物分解过程中所产生的气体 能够及时的排除，以免引起爆炸，所以在处理过程中要投入大量的资金来运转。 卫生填埋又称卫生土地填埋，是从传统的堆放和填地处理发展起来的一项城市生 活垃圾最终处置技术。目前仍然是中国大多数城市解决生活垃圾出路的最主要方 法。 从国外多年的经验看，垃圾填埋场可以大批地处理城市生活垃圾，是各种废 弃物的最终处理场所，也是现今各种废弃物处理工艺不能完全替代的。 无论采用何种工艺技术处理垃圾，最终总会有一定数量的残渣需要处理，其 办法还是要填埋，可以这样说，填埋法将与垃圾处理长期共存。 1 3 3 2 焚烧法 我国生活垃圾焚烧技术的研究和应用起步于八十年代中期，2 0 0 5 年底全国共 有各类生活垃圾焚烧厂6 7 座，1 0 的城市生活垃圾采用焚烧处理。随着我国东南 部沿海地区和部分大中城市的经济发展和生活垃圾低位热值的提高，不少城市已 将建设生活垃圾焚烧厂提到了办事日程，正在积极组织实施，目前处于快速发展 阶段。可分为简易焚烧炉、国产化焚烧设施和综合型焚烧设施三类。 1 、简易焚烧炉 简易焚烧炉工程规模较小，主要是利用原有的煤窑或砖窑等改造而成，工艺 简单、价格低廉，往往缺乏基本的供风和烟气处理系统，工作条件差，生活垃圾 无法得以充分燃烧、污染物也不能达标排放。简易焚烧炉目前在我国还有一定的 市场，主要在一些中小城镇应用，由于不能满足环保标准和燃烧条件，各地应该 逐步予以取缔。 2 、国产焚烧设旋 国产焚烧设施按炉型可分为国产炉排炉和国产流化床两大类，从市场占有率 看，目前两种炉型在我国基本上是平分秋色。采用国产化炉排炉的垃圾焚烧厂目 前共有1 6 座，其代表项目有：杭州锦江垃圾发电厂、无锡益多垃圾发电厂、河南 许昌垃圾发电厂、浙江嘉兴垃圾发电厂等。 3 、综合型焚烧设施 综合型焚烧技术设备，是指把引进技术设备与国产技术设备有机结合起来的 垃圾焚烧系统。这类技术的特征是：关键技术和设备从国外引进，工程规模较大， 6 硕士学位论文 生产及配套设施比较完整，建设及运行成本较高。 目前，深圳环卫综合处理厂、上海江桥垃圾焚烧厂、上海浦东御桥垃圾焚烧 厂、宁波枫林垃圾发电厂、天津双港垃圾焚烧发电厂等1 0 座综合型生活垃圾焚烧 厂已建成运行。另外，广州李坑垃圾焚烧发电厂、北京高安屯垃圾焚烧厂、苏州 苏能垃圾发电厂、福州红庙岭垃圾发电厂、厦门后坑垃圾焚烧厂、大连垃圾焚烧 发电厂、中山蒂峰山垃圾焚烧发电厂、上海闵行垃圾焚烧发电厂等1 8 座综合型生 活垃圾焚烧厂正在建设中。 焚烧法包括完全焚烧和不完全焚烧。它适用于可燃物质含量较高而且不宜填 埋方法处理的垃圾和废渣，如含有大量病菌的医疗垃圾，但是焚烧处理比之填埋 处理投资要高得多，而且由于垃圾中含有机氯源的垃圾成分较多，其在2 5 0 - 6 5 0 时易生成二垩英气体，该气体毒性是氰化物的1 0 0 0 倍，其对大气的二次污染很 严重，焚烧法投资大，运转费用高，垃圾中的可燃物质少，热值低。如用其进行 发电需另加燃料，使成本增高，不合算，而且垃圾焚烧使垃圾中的重金属分离出 来蒸发排向大气造成污染，且垃圾焚烧后产生的氮氧化物和硫化物与水反应生成 酸雨，对植物、土壤和水源都是严重的毁坏和污染，焚烧后烟尘物质中的颗粒物 质对人的肺部危害最大。 国外垃圾焚烧技术的应用已有1 0 0 多年历史，近几十年来，利用垃圾焚烧的余 热发电和供热的新技术发展很快，欧美及日本等国家，垃圾焚烧的能源化已极为 普及，并取得了相当的经济效益。我国生活垃圾焚烧技术的研究起步于2 0 世纪8 0 年代中期，“八五”期间被列入国家科技攻关项目。目前国内有深圳、上海、哈 尔滨、太原、福建、重庆等城市成功采用了垃圾焚烧技术。 1 3 3 3 堆肥法 城市生活垃圾堆肥处理在我国具有悠久历史，但由于各种原因目前的堆肥处 理率并不高，2 0 0 5 年底全国共有城市生活垃圾堆肥厂4 6 座，采用堆肥方式处理的 生活垃圾占无害化处理总量的4 。堆肥处理可分为简易堆肥、好氧高温堆肥和厌 氧消化三类。 1 、简易堆肥 简易堆肥的特征是：工程规模较小、机械化程度低、主要采用静态发酵工艺、 环保措施不齐全、投资及运行费用均较低。简易高温堆肥技术一般在中小型城市 中应用较多。 2 、好氧高温堆肥 7 城市生活垃圾好氧堆肥实验及嗜热微生物群落研究 好氧高温堆肥的特征是：工程规模相对较大、机械化程度较高、一般采用动 态或半动态好氧发酵工艺、有较齐全的环保措施、投资及运行费用均高于简易堆 肥技术。2 0 世纪八十年代初期到九十年代中期，北京、上海、天津、武汉、杭州、 无锡、常州等城市曾建有数十个好氧高温堆肥厂。但由于堆肥质量不好、产品销 路不畅等原因，绝大多数现已关闭。进入2 1 世纪后，随着堆肥技术的发展，好氧 高温堆肥方法又在我国的部分城市重新得到应用。现代化的堆肥工艺基本上都是 好氧堆肥，它的主要特点是温度高，分解比较彻底，堆制周期短，异味小，可以 大规模采用机械处理。 3 、厌氧消化 厌氧堆肥是在与空气隔绝的情况下，利用厌氧微生物完成分解反应，它的特 点是温度低，工艺简单，产品中氮保存量较多，但堆制时间长，有强烈的异味， 且分解不充分。厌氧消化的特征是：工程规模普遍较大，机械化程度相当高，一 般采用湿式或干式厌氧发酵工艺，发酵周期可缩短至1 5 2 0 天，沼气收集后可用 于发电等，生活垃圾资源化利用率较高，投资及运行费用高于好氧高温堆肥，占 地面积小于好氧高温堆肥。厌氧消化技术在欧洲有较多应用实例，目前我国部分 城市正在筹建生活垃圾厌氧消化处理项目。 垃圾堆肥处理设备投资额较大而处理量小，环境卫生条件差，操作过程产生 恶臭，需要加以控制。这些问题都不同程度地限制了堆肥的发展，然而最突出的 还是堆肥产品的销路问题，堆肥产品肥效不高，产品中氮、磷、钾含量通常都很 低，很少达到3 ：堆肥中如有未被消灭的病原微生物，会有致病作用；某些重金 属会在土壤中积累，造成潜在危害；产品中含有塑料、玻璃等不易腐化的物质， 施用于农田会造成地表粗糙。例如：根据中国京滓地区土壤调查表明，施用经过 初步分选的城市垃圾1 0 2 0 年的土壤中，瓦砾含量达到2 5 5 0 ，耕作过程会损 坏农业机械。可见，堆肥产品无论从质量上还是成本上都难以与化肥竞争，而且 由于其产品的减容率低，造成运输量、施肥量都很大，并不受农民的欢迎。从国 内外的实践经验看，垃圾堆肥处理厂很难通过出售资源化产品维持生产，而需要 政府经济政策的支持，如将垃圾收费补贴于处理厂的运行，已经成为一种必然趋 势。垃圾堆肥厂集中精力致力于堆肥过程二次污染的控制，以及实现最终产物的 减容和无害化，不再追求通过资源化产品收回成本，堆肥产品一般无偿送给附近 农民使用。 1 4堆肥概述 堆肥化就是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，在一定的 硕_ 二学位论文 人工条件下，有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化 学过程，其实质是一种发酵过程1 6 】。堆肥化过程是地球表面生态过程中的一部分， 并在不断地发挥着重要的作用，如地表面残留的枯枝落叶、杂草、树皮和其它半 固体的有机物分解后再进一步参与到物质和能量的循环中去。堆肥化过程可用下 述反应式表达【7 】： 有机废物d - 0 2 燮稳定的有机残渣+ c 0 2 + h 2 0q - 能量 堆肥化过程虽然是本世纪才发展起来的科学技术，但原始的堆肥方式很早就 出现了，在几个世纪的历史过程中，农民们一直将这个办法用于制造土壤的有机 肥料。其方法是将待堆制的有机材料堆成垛，然后在自然条件下分解直至达到一 种“稳定”的程度，即土壤可接受的程度。这种过程少有或没有人为控制，其产品 可以为土壤提供大量腐殖质物质和以有机状态存在的营养物质( 如氮、磷和钾等) 。 现代的堆肥化过程就是在这种原始的堆肥方式上发展而来，最早的用于混合 固体原料的堆肥化方法是由印度的爱德华霍华德在1 9 2 5 年提出的【8 j 。混合物料主 要由垃圾、人粪尿、污水污泥、树叶或秸秆和其它一些有机料组成。混合物料在 深0 6 - - , 0 9 c m 地下沟无发酵装置的搅拌式固定床上进行堆肥，氧气的供给主要通 过翻堆来实现，停留时间为1 2 0 - - 一1 8 0 d 。通常也把这种方法称为班加罗法( b a n g a l o r e p r o c e s s ) 。 2 0 世纪三十年代以后，经过多国科学家的不懈努力，堆肥工艺有了很大改进 与完善。如最先在丹麦出现的d a n o 堆肥装置，还有4 0 年代初开始流行的机械化 较强的发酵装置立流移动式搅拌发酵仓以及以后相继出现的f r a z e re w e s o n 法、j e r s e y 法、n a t u r i z e r 法、r i k e r 法和v a r r o 法等类似堆肥发酵装置等。将固定 发酵槽和搅拌器