有机固体废弃物与废气的微生物处理

有机固体废弃物与废气的微生物处理第一页，共四十九页，编辑于2023年，星期日有机固体废物也称为垃圾，来自生活废物如厨余（食物废料和残余）、丢弃的包装纸、塑料袋、废旧纸张和破布等。据报道，全世界垃圾年均增长速度为8．42％，而我国垃圾增长率超过10％，已成为世界上产生垃圾最多的国家之一。全世界每年产生4．9亿t垃圾，而仅我国每年就产生近1．5亿t城市垃圾，且随着时问的推移增长会越来越快。污水处理厂剩余污泥量也极大，且含70-80%水，也需要及时处理。名称厨类果类厨果纸类布类竹木金属玻璃灰渣橡塑含量%72.427.6180.031.941.302.850.313.130.849.60上海某区生活垃圾组成2第二页，共四十九页，编辑于2023年，星期日城市垃圾的危害我国城市中大部分都存在着垃圾死角，垃圾无处消纳，累积堆存在城市周边并占用了大量的土地资源，数量已超过7.0亿t，占地超过53333hm2，形成了垃圾包围城市的局面。（1）污染土壤农作物（2）污染水体（3）产生有毒臭气（4）自燃、自爆（5）白色污染（6）潜在病原体（7）重金属、放射性污染3第三页，共四十九页，编辑于2023年，星期日第四页，共四十九页，编辑于2023年，星期日第一节

有机固体废弃物的微生物处理及其微生物群落垃圾处置和处理方法主要有：堆肥法、填埋法、焚烧法

堆肥法、填埋法：生物方法，用以处理可生物降解的有机固体废弃物；

焚烧法：物理方法，用以处理不可随意排放、有危险的特种废物。

第五页，共四十九页，编辑于2023年，星期日一、堆肥法

（一）

堆肥化概念和分类堆肥化：利用自然界中的细菌、放线菌和真菌等微生物，有控制的促进可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：废物经过堆肥化处理，制得的成品叫做堆肥。它是一类腐殖质含量很高的疏松物质，故也称为“腐殖土”。

第六页，共四十九页，编辑于2023年，星期日堆肥化系统分类：

按堆制方式：间歇堆积法、连续堆积法按原料发酵所处状态：静态发酵法、动态发酵法按堆制过程的需氧程度：好氧法、厌氧法第七页，共四十九页，编辑于2023年，星期日（二）

好氧堆肥1.好氧堆肥原理在通风条件下，好氧微生物分解大分子有机物为小分子有机物，部分有机物矿化成无机物。放出大量热量使温度升高至50－65℃，如果不通风，可高到80－90℃。发酵微生物分解有机物，吸收利用中间代谢产物合成自身细胞物质。以更大数量的微生物群体分解有机物，最终有机固体废弃物完全腐熟成稳定的腐殖质。第八页，共四十九页，编辑于2023年，星期日反应式可表示为：

1）有机物的氧化

2）细胞质的合成

式中CxHyOz——有机污染物

式中C5H7NO2——微生物细胞组织的化学式

第九页，共四十九页，编辑于2023年，星期日3）细胞质的氧化微生物对自身的细胞物质进行氧化分解，并提供能量，即内源呼吸或自身氧化。第十页，共四十九页，编辑于2023年，星期日2.堆肥原料与堆肥微生物

1）

堆肥原料

生活垃圾、有机污泥、人和禽畜粪便以及农林废物等都含有堆肥微生物所需要的各种基质：碳水化合物、脂类、蛋白质是常用的堆肥原料。

2）

堆肥微生物

参与有机物生化降解的微生物包括：嗜温菌和嗜热菌第十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期日嗜温菌和嗜热菌活动的温度范围（℃）

MinimumtemperatureOptimaltemperatureMaximumtemperaturemesophile15－2530－4045－50thermophile25-4550－6070－85第十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期日依据温度变化，大致分成三个阶段：中温阶段：

堆制初期，堆层呈中温（15-45℃）。嗜温性微生物活跃，利用可溶性物质糖类、淀粉不断增殖，放出大量热量，温度不断上升，以细菌、真菌、放线菌为主的微生物迅速繁殖。第十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期日高温阶段：堆层温度上升到45℃以上，不到一周可达到65-70℃。嗜温性微生物受到抑制，嗜热性微生物开始活跃。半纤维素、纤维素、蛋白质等复杂有机物开始强烈分解。

50℃左右：嗜热性细菌、真菌和放线菌；

60℃：嗜热性放线菌与细菌；

70℃以上：微生物大量死亡或进入休眠状态，开始形成腐殖质，堆肥物料逐步进入稳定状态。第十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期日降温阶段：微生物进入内源呼吸期，发热量减少，温度下降，嗜温性微生物占优势，残留的难降解有机物进一步分解，腐殖质不断增多且趋于稳定，堆肥开始进入腐殖阶段。中温阶段对数增长期高温阶段静止期降温阶段衰亡期第十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期日3.

典型的静态好氧堆肥程序

1）原料预处理：分选、破碎及含水率和碳氮比调整

2）原料发酵

通常采用两次发酵方式：

一次发酵：中温与高温两个阶段的微生物代谢称为一次(主)发酵。从初期开始,经中、高温后达到温度开始下降的整个过程,10－12d，高温阶段持续时间较长。

二次发酵：物料经一次发酵，还有一部分易分解和大量难分解有机物存在，将其运到后发酵室，堆成1-2m高的堆垛进行二次发酵，使之腐熟。温度持续下降，稳定在40℃左右时即达腐熟,20－30d。第十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期日堆肥处理的程序第十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期日

3）后处理

去除杂质和进行必要的破碎处理。

静态堆肥：工艺简单、设备少、处理成本低。但发酵周期长，操作条件差，用人工翻动。3.

堆肥程序第十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期日4.

发酵工艺与装置间歇式发酵工艺（高温动态二次堆肥工艺）一批原料堆积之后不添加新料，待完成发酵成为腐殖土运出。一次发酵采用机械强制通风，7天左右，达到无害化。然后将第一次发酵堆肥通过机械分选，去除非堆腐物，送去二次发酵仓，进行第二次发酵，10天左右达到腐熟。

第十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期日间歇式发酵工艺（高温动态二次堆肥工艺）第一次发酵只需7－10天，可加快发酵池的周转，建池数量可比周期30天的一次发酵方式减少2/3；第一次发酵后将非堆腐物排除，使堆肥体积减少1/2；两次发酵之间的机械翻倒，加快了腐熟化进程，缩短了发酵周期。第二十页，共四十九页，编辑于2023年，星期日连续发酵工艺：采取连续进料和连续出料方式，原料在一个专设的发酵装置内完成中温和高温发酵过程。发酵时间短，能杀灭病原微生物，防止异味，成品质量较高。4.

发酵工艺与装置第二十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期日社区小型化微生物有机垃圾处理装置

使居民生活垃圾在源头就彻底分解,无害化,有利于环境保护，环境效益大，但投资成本高。

小型化微生物有机垃圾处理装置：好氧装置，分两部分：(1)由好氧微生物和兼性好氧微生物降解有机物，并部分无机化。(2)除臭装置。历时24h，投入的垃圾12-24h内可减量95%。

微生物菌种：经人工筛选、培育的多种高效生理功能的微生物。

4.

发酵工艺与装置第二十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期日5.影响因素有机物的含量：适宜的有机物含量20%-80%含水率：40－60％

30℃，含水率45％；45℃，含水率50％。通风和耗氧速率

堆层中氧的浓度和耗氧速率能表征微生物活性和有机物的分解程度。氧要供应充分，通气量0.05-0.2m3/minm2，供氧方式有翻堆通风、风机供风、插入风管通风等。第二十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期日碳氮比：25:1－30:1之间最适宜

温度：嗜温菌发酵的最适温度30-40℃，嗜热菌最适温度55-60℃pH值：堆肥初期pH下降到4.5-5，而后上升至8.0-8.5，最终成品7.0-8.0。在整个发酵过程中，不需外加中和剂。

5.影响因素第二十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期日（三）厌氧堆肥厌氧堆肥原理和废水厌氧消化原理相同。固体废物进入厌氧装置，在兼性厌氧微生物和厌氧微生物的水解酶作用下，将大分子降解为小分子的有机酸、CH4、CO2、NH3、H2S等，其中的甲烷发酵过程与废水甲烷发酵相同。第二十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期日第二十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期日二、卫生土地填埋法及渗滤液

1.

卫生土地填埋法（landfill,controltip）(1)在限定区域内铺40-75cm薄层,压实以减少体积；(2)每天操作之后用厚15-30cm的土壤覆盖、压实；(3)废物层和土壤覆盖层共同构成一个填筑单元。具有同样高度的一系列相互衔接的填筑单元构成一个升层。填埋场由一个或多个升层组成；(4)当达到最终设计高度后,在填埋层上覆盖一层90-120cm土壤，压实后形成完整的卫生土地填埋场。第二十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期日第二十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期日卫生土地填埋法分为：厌氧、好氧、准好氧

好氧：类似高温好氧堆肥，废物分解速度快、能产生高温，有利于消灭大肠杆菌等致病菌。减少地下水污染。结构复杂,施工困难,造价高,不便推广应用。厌氧：目前世界上广泛采用。结构简单、操作方便、施工费用低、同时还可回收甲烷气体。第二十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期日2.

渗滤液

1）

渗滤液的生成降水：降雨和降雪地表径流：来自场地表面上坡方向的径流地下水垃圾含水第三十页，共四十九页，编辑于2023年，星期日2）

渗滤液的性质色味：淡茶色或暗褐色，色度2000-4000之间，有浓重的腐臭味；pH值：填埋初期pH值为6-7，呈弱酸性；随着时间推移，pH可提高到7-8，呈弱碱性；可生物降解有机物：填埋6个月至2.5年，达到最高峰值。此后，开始下降，到6-15年填埋场安定化为止；

第三十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期日氮化物：氨氮浓度较高磷：几乎不含磷，但生物处理时，需添加与BOD5相当的磷；重金属：生活垃圾单独填埋时，重金属含量低；与工业废物或污泥混埋时，重金属含量会增加，可能超标。2）

渗滤液的性质第三十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期日3.

气体的产生分为好氧和厌氧两个阶段：

初期，有机物进行好氧分解，气体产物为CO2,水和氨；当填埋区内氧耗尽时,进入厌氧阶段。厌氧分解生成的气体中含有甲烷、CO2,氨和水。甲烷占30-70%，CO2占15-30%。主要考虑的问题：防止渗滤液的渗漏、降解气体的释出控制、臭味和病原菌的消除、场地的开发与利用。

第三十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期日废气的概念：主要是指来自于燃烧和工厂

的各种废气。第二节

废气的生物处理第三十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期日第二节

废气的生物处理

一、废气的处理方法物理化学方法：吸附、吸收、氧化等生物净化方法

植物净化：光合作用

微生物净化：利用微生物以废气中的有机组分作为能源或其他养分，经代谢降解，转化为简单的无机物及细胞组成物质。生物处理具有效果好、设备简单、投资及运行费用低、安全性好、无二次污染、易于管理等优点。第三十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期日废气的处理技术主要分为物化法

和生物法物化法是指采用物理方法或者化学方法处理废气，如吸附、吸收氧化或者等离子体转化等生物法是指利用微生物的生物化学作用，使污染物分解为无害或者危害小的物质第三十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期日废气的微生物处理于1957年在美国获得专利，但到1970年代才开始引起重视，知道1980年代才在德国、日本、荷兰等国家有相当数量工业规模的各类生物净化装置投入运行。废气生物反应器处理对许多一般性的空气污染物的去除率可达到90%以上。第三十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期日废气生物处理的特点适用范围广污染少去除效率高投资少、运行费用低耗能低第三十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期日适宜处理的污染气体应具有的特点1、水溶性强主要有无机物如H2S和NH3等、醇类、醛类、酮类以及简单芳烃(如BTEX)等有机物。2、易降解

分子被吸附在生物膜上必需被降解，否则将导致污染物浓度增高，毒害生物膜或影响传质，降低生物滤器效率，或使处理完全失败。

第三十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期日生物法处理废气的机理有机废气生物净化是利用微生物以废气中的有机组分作为其生命活动的能源或其他养分，经代谢降解，转化为简单的无机物(C02、水等)及细胞组成物质。与废水生物处理过程最大区别在于：废气中的有机物质首先要经历由气相转移到液相(或固体表面液膜)中的传质过程，然后由液相(或固体表面液膜)被微生物吸附降解。第四十页，共四十九页，编辑于2023年，星期日

生物反应器处理废气一般经历以下三个阶段：吸着过程溶解过程生物降解过程第四十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期日三、生物处理方法的分类生物吸收法：利用由微生物、营养物和水组成的微生物吸收液处理废气，适合于吸收可溶性气态物。吸收了废气的微生物混合液再进行好氧处理，去除液体中吸收的污染物，经处理后的吸收液重复使用。

第四十二页，共四十九页，编辑