第六章固體廢物微生物處理課件

2023/7/20第六章固體廢棄物的微生物處理王紅梅2015.12.152023/7/20內(nèi)容提要固體垃圾的定義及其分類我國現(xiàn)有的城市生活垃圾處理技術(shù)堆肥處理技術(shù)衛(wèi)生填埋技術(shù)2023/7/20固體廢物:指人類在生產(chǎn)、生活過程中產(chǎn)生的所有不再具有使用價值而被廢棄的固態(tài)和半固態(tài)物質(zhì)。第一節(jié)、固體垃圾的定義及其分類2023/7/20

生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢物俗稱廢渣（residue）。

生活活動過程中產(chǎn)生的固體廢物則稱為垃圾（refuse）。

2023/7/20固體廢物分類按組成有機(jī)廢物無機(jī)廢物按來源工業(yè)固體廢物礦業(yè)固體廢物農(nóng)業(yè)固體廢物城市生活垃圾等按危害性一般廢物危險廢物2023/7/20根據(jù)《中華人民共和國固體廢物污染防治法》危險廢物工業(yè)固體廢物城市生活垃圾2023/7/20我國垃圾問題的特點(diǎn)最晚得到重視最具綜合性的環(huán)境問題最難得到處理最貼近的環(huán)境問題2023/7/20《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》所確立的廢棄物治理原則。

資源化：采用適宜工藝從固體廢棄物中回收有用的物質(zhì)和能源。要求經(jīng)濟(jì)可行，技術(shù)可行，就近利用。無害化：廢棄物的收運(yùn)、處置都應(yīng)以環(huán)境相允許，對人體健康和環(huán)境不產(chǎn)生危害。減量化：通過適宜手段減少和減小固體廢棄物的數(shù)量和容積。一方面減少產(chǎn)生(前端)，另一方面對其處理利用(末端)。2023/7/20固體廢棄物主要由城市生活垃圾產(chǎn)生。我國城市生活垃圾產(chǎn)生量每年以8％-10％的速度增長。國內(nèi)城市生活垃圾積存量已高達(dá)62億噸，2013年中國城市生活垃圾累積堆存量已達(dá)70億噸，占地約80多萬畝，近年來還在以平均每年4．8％的速度持續(xù)增長。其中80%-90%來自大中城市。平均城市每人每天產(chǎn)生的垃圾量約為1.2kg，其處理率僅為50%左右，約有200多座大中城市已陷入城市生活垃圾的包圍中。2023/7/202023/7/20電子垃圾2023/7/20上節(jié)內(nèi)容回顧2015.12.15微生物與重金屬相互作用的方式有哪些？垃圾和廢渣有何不同？根據(jù)我國的相關(guān)法律，對垃圾進(jìn)行處理的基本原則有哪些？2023/7/201填埋技術(shù)

填埋技術(shù)由于具有投資相對少、技術(shù)較成熟、處理量大、操作簡單等特點(diǎn)，是我國各大城市生活垃圾處理中最常采用的技術(shù)。但填埋法的缺點(diǎn)是選址較困難，侵占土地資源，建設(shè)及維護(hù)成本高；對垃圾資源的回收利用率幾乎為零；產(chǎn)生的垃圾滲濾液嚴(yán)重威脅地下水系統(tǒng)，并需另設(shè)污水處理廠進(jìn)行二次處理。因此該處理方法存在一定的環(huán)境隱患。

第二節(jié)、我國現(xiàn)有的城市生活垃圾處理技術(shù)2023/7/202023/7/202焚燒技術(shù)

焚燒技術(shù)是目前世界上經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家廣泛采用的一種城市生活垃圾處理技術(shù)。焚燒技術(shù)可使垃圾中的碳水化合物轉(zhuǎn)變成CO2和H2O，同時在高溫下能殺滅垃圾中的病毒、細(xì)菌。與填埋技術(shù)相比，其具有占地少，選址較易，減容效果好（可使垃圾體積縮小80％-95％），無害化較徹底，垃圾焚燒余熱可以進(jìn)行回收利用等優(yōu)點(diǎn)。但焚燒技術(shù)基建投資及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較高；在焚燒過程中燒掉了可回收的資源；垃圾回收、運(yùn)輸、貯存及焚燒過程中會產(chǎn)生大量的刺激異味，易生成致癌有機(jī)物（如二惡英等），形成二次污染。2023/7/203堆肥技術(shù)堆肥技術(shù)是依靠自然界廣泛分布的微生物將可生物降解的有機(jī)物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)進(jìn)行生化轉(zhuǎn)化的微生物學(xué)過程，基本實(shí)現(xiàn)了城市生活垃圾的資源化、無害化處理。與填埋技術(shù)相比，該技術(shù)可以減少對周圍環(huán)境的污染；與焚燒法相比，可以減少對大氣的污染，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益，但前提是必須進(jìn)行垃圾分類。2023/7/20堆肥技術(shù)的缺點(diǎn)是，垃圾堆肥生產(chǎn)機(jī)械化程度低，堆肥質(zhì)量不高，因而肥效較低，易造成再次堆積，形成二次污染。2023/7/202023/7/202023/7/204有機(jī)垃圾微生物處理技術(shù)有機(jī)垃圾微生物處理技術(shù)的基本原理是，利用微生物降解菌產(chǎn)生多種酶，如蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、殼素酶、纖維素酶、氧化酶、水解酶等，對分類后的有機(jī)垃圾（以廚余垃圾為主，包括果皮、菜葉、菜根、廢紙、食品殘渣、雞鴨魚肉廢棄物、骨頭等）進(jìn)行快速分解，從而使96％的有機(jī)垃圾轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、二氧化碳、水及少量的NH3；有機(jī)垃圾經(jīng)過微生物處理后，大約4%的物質(zhì)殘留在生物基質(zhì)里，殘余物主要是有機(jī)垃圾被微生物分解后殘存的無機(jī)礦物質(zhì)、菌床基質(zhì)以及微生物殘體等。2023/7/20綠色垃圾的微生物降解技術(shù)：

城市和公園的綠化大量季節(jié)性的落葉，花瓣，修剪下來的樹枝及草坪的碎草，也會形成所謂的綠色垃圾。除了占用場地，處理這些垃圾每年都要需要付出相當(dāng)?shù)某杀?，同時建設(shè)和養(yǎng)護(hù)這些花，草和樹木又需要花錢購買營養(yǎng)土，腐殖質(zhì)和肥料。2023/7/20綠色垃圾的微生物降解技術(shù)：

將經(jīng)過篩選的微生物菌種與綠色垃圾按一定比例投入到降解設(shè)備內(nèi)，提供適合微生物生命活動所需的最佳溫度，濕度和供氧量，在微生物的作用下，落葉、樹枝和碎草中的細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞，植物中的養(yǎng)分，如氮、磷、鉀，以及其中的微量元素鈣、鎂、錳、銅、鋅等被釋放出來，以各種形態(tài)游離存在，供給植物吸收，同時剩余大量的木質(zhì)纖維和菌體蛋白形成黑褐色的腐殖質(zhì)，使在自然條件下，需要數(shù)月、數(shù)年才能完成的熟化過程在短時間內(nèi)完成。2023/7/202023/7/202023/7/202023/7/20填埋技術(shù)焚燒技術(shù)堆肥技術(shù)有機(jī)垃圾微生物處理技術(shù)無害化一般，存在安全隱患一般一般徹底資源化無經(jīng)濟(jì)效益可進(jìn)行余熱利用，有一定經(jīng)濟(jì)效應(yīng)有機(jī)肥生產(chǎn)受市場影響大殘余物可作為有機(jī)肥直接利用減量化50%80-95%65-75%100%占地面積大小中等小選址條件較難較易較難較易適用條件對垃圾要求不嚴(yán)格需進(jìn)行垃圾分類垃圾中可降解有機(jī)物>40%源頭就地處理投資成本低高較高低處理成本低高較高低垃圾處理技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)的比較2023/7/20第三節(jié)、堆肥處理技術(shù)堆肥化：依靠自然界廣泛分布的細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物，有控制地促進(jìn)可被微生物降解的有機(jī)物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化的生物化學(xué)過程。堆肥：深褐色、質(zhì)地松散、有泥土味的物質(zhì)。這種物質(zhì)的養(yǎng)料價值不高，但卻是一種極好的土壤調(diào)節(jié)劑和改良劑，其主要成分是腐殖質(zhì)。2023/7/20"如果施用未熟堆肥的話???"

2023/7/202023/7/201、好氧堆肥的含義通氣條件下借好氧性微生物活動使有機(jī)物降解，從而使固體廢棄物無害化、資源化。特點(diǎn)：高溫堆肥（一般在50-60℃，極限可達(dá)80-90℃）2023/7/202023/7/20

堆肥處理是利用多種微生物人為地促進(jìn)生物來源的有機(jī)廢物好氧分解和穩(wěn)定化的過程。有機(jī)質(zhì)無機(jī)物、礦物質(zhì)+腐殖質(zhì)+能量微生物堆肥處理后，產(chǎn)物中含豐富的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)。2023/7/20好氧堆肥定義的含義要點(diǎn)原料為可生物降解廢物，固體或半固體；人工控制下進(jìn)行；多種微生物聯(lián)合作用實(shí)現(xiàn)，不同階段，不同的微生物起主導(dǎo)作用。堆制過程好氧、放熱，為穩(wěn)定化過程；能殺死病原菌和寄生蟲和害蟲卵，達(dá)到無害化、安全性；2023/7/202、好氧堆肥處理的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)廢物分解并達(dá)到穩(wěn)定化易腐敗的有機(jī)廢物和有毒廢物被轉(zhuǎn)化為比較穩(wěn)定的物質(zhì)，體積大大縮小(40％-60％干有機(jī)質(zhì)被分解)，便于處置和運(yùn)輸。有毒化學(xué)品(如農(nóng)藥)形成腐殖質(zhì)，消除毒性。干化作用人糞尿、動物糞便和污泥含水達(dá)80％-95％，經(jīng)過堆制處理，大大降低其含水率。2023/7/20殺滅有害生物堆制過程釋放大量熱能，堆溫較高。據(jù)測定，60~70℃維持3d，可使脊髓灰質(zhì)炎病毒、病原細(xì)菌和蛔蟲卵失活。堆溫50~60℃，持續(xù)6~7d，即可殺滅病原和蟲卵。堆肥是植物良好的肥料和土壤改良劑好氧堆肥處理的優(yōu)點(diǎn)2023/7/20堆肥處理存在的問題堆肥質(zhì)量不易穩(wěn)定；原料來源不同、隨季節(jié)變化，給標(biāo)準(zhǔn)化處理帶來困難；物料溫度不均勻；受社會、文化、經(jīng)濟(jì)因素的影響；2023/7/203、好氧堆制的微生物學(xué)過程根據(jù)溫度變化和微生物生長情況，分為潛育期、中溫期、高溫期、腐熟期四個時期.2023/7/202023/7/20潛育期Latentphase調(diào)整適應(yīng)時期微生物基本不生長堆溫基本不變化2023/7/20中溫期Mesophilicphase堆肥初期(通常在1-3天)，肥堆中嗜溫性微生物利用可溶性和易降解性有機(jī)物作為營養(yǎng)和能量來源，迅速增殖，并釋放出熱能，使肥堆溫度不斷上升。此階段溫度在室溫至45℃范圍內(nèi)，微生物以中溫、需氧型為主，通常是一些無芽胞細(xì)菌。也稱產(chǎn)熱階段，中溫階段，升溫階段，升溫期等

2023/7/20中溫期微生物類型微生物類型較多，主要是細(xì)菌、真菌和放線菌。其中細(xì)菌主要利用水溶性單糖等，放線菌和真菌對于分解纖維素和半纖維素物質(zhì)具有特殊的功能。2023/7/20高溫期Thermophilicphase當(dāng)肥堆溫度上升到45℃以上時，即進(jìn)入高溫階段。通常從堆積發(fā)酵開始，只須2-3天時間肥堆溫度便能迅速地升高到55℃，1周內(nèi)堆溫可達(dá)到最高值（最高溫可達(dá)80℃）。除前一階段殘留的和新形成的可溶性有機(jī)物繼續(xù)分解轉(zhuǎn)化外，半纖維素、纖維素、蛋白質(zhì)等復(fù)雜有機(jī)物也開始強(qiáng)烈分解。2023/7/20Compostingpile2023/7/20高溫期微生物嗜溫性微生物受到抑制，嗜熱性微生物逐漸取而代之。在50℃左右進(jìn)行活動的主要是嗜熱性真菌和放線菌；溫度上升到60℃時，真菌幾乎完全停止活動，僅有嗜熱性放線菌和細(xì)菌活動；溫度上升到70℃以上時，大多數(shù)嗜熱性微生物已不適宜，微生物大量死亡或進(jìn)入休眠狀態(tài)。2023/7/20嗜熱脂肪芽孢桿菌2023/7/20StreptomycesandThermomonosporaisolatedfromcompost2023/7/20Thermomonosporaformosensistypestrain2023/7/20煙曲霉

Aspergillusfumigatus2023/7/20Adissolvingcellulosefibre-Clostridiumthermocellumbacteriabarelyvisible2023/7/20白地霉

Geotrichumcandidum2023/7/20高溫期自然調(diào)節(jié)此時，產(chǎn)生的熱量減少，堆溫自動下降。當(dāng)堆溫降至70℃以下時，處于休眠狀態(tài)的嗜熱性微生物又重新活動，繼續(xù)分解難分解的有機(jī)物，熱量又增加，堆溫就處于一個自然調(diào)節(jié)的、延續(xù)較久的高溫期。2023/7/20高溫期作用高溫對于堆肥的快速腐熟起到重要作用，在此階段中堆肥內(nèi)開始了腐殖質(zhì)的形成過程，并開始出現(xiàn)能溶解于弱堿的黑色物質(zhì)。C/N比明顯下降，肥堆高度隨之降低。通過高溫能有效殺滅有機(jī)廢棄物中病原物，按我國高溫堆肥衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB7959-87），要求堆肥最高溫度達(dá)50℃～55℃以上，持續(xù)5-7d。2023/7/202023/7/20腐熟期Maturationphase在高溫階段末期，只剩下部分較難分解的有機(jī)物和新形成的腐殖質(zhì)，此時微生物活性下降，發(fā)熱量減少，溫度下降。此時嗜溫性微生物再占優(yōu)勢，對殘留較難分解的有機(jī)物作進(jìn)一步分解，腐殖質(zhì)不斷增多且趨于穩(wěn)定化，堆肥進(jìn)入腐熟階段。降溫后，需氧量大量減少，肥堆空隙增大，氧擴(kuò)散能力增強(qiáng)，此時只需自然通風(fēng)。2023/7/202023/7/20適用2023/7/202023/7/202023/7/20環(huán)境溫度：對二次發(fā)酵的影響大有機(jī)質(zhì)含量：20-80%為宜。太低，升溫慢，太高，供氧不足（發(fā)臭）水分：50-60%為宜。過高，氧不足碳氮比：初始30~35:1為宜。過高，缺氮，周期長，過低，氮損失。碳磷比：75-150:1為宜。酸堿度：中性或弱堿性。通風(fēng)供氧：動力供氧影響堆肥的因素2023/7/20上節(jié)課內(nèi)容回顧2015.12.固體廢物的定義及分類我國垃圾處理的主要方法填埋法、焚燒法、堆肥法、有機(jī)垃圾的微生物處理好氧堆肥技術(shù)四個階段：潛育期、中溫期、高溫期、腐熟期影響因素：環(huán)境溫度、有機(jī)質(zhì)含量、C/N,C/P，酸堿度、氧氣供應(yīng)2023/7/20立式堆肥發(fā)酵塔臥式堆肥發(fā)酵滾筒簡倉式堆肥發(fā)酵倉箱式堆肥發(fā)酵池堆肥發(fā)酵裝置4、好氧堆肥的裝置2023/7/205-8天完成一次發(fā)酵（1）立式堆肥發(fā)酵塔2023/7/20又稱為澤西(Jersey)法。主要設(shè)施：立式筒狀發(fā)酵倉，倉高10~15m，分5~6層，主要用于城市垃圾處理。分選、破碎后的垃圾由皮帶輸送至倉頂層，受自重力和柵板的控制每日下降一層，一共停留5~6d，出料后靜態(tài)發(fā)酵30~60d。2023/7/20機(jī)械通入空氣，水分從頂部補(bǔ)充，倉內(nèi)溫度高，升溫快，24h可上升至50℃以上，70℃可維持3d，之后溫度逐漸下降。該工藝占地少，垃圾分解徹底，運(yùn)行費(fèi)用低，但水分分布不均勻。2023/7/20（2）臥式堆肥發(fā)酵-滾筒2023/7/20也稱臥式旋轉(zhuǎn)法，由丹麥人首先研制和使用的一種連續(xù)堆肥法。關(guān)鍵設(shè)備：長20~30m、直徑3~4m、傾角2％~3％的可回旋轉(zhuǎn)動的金屬圓筒，轉(zhuǎn)速0.5~1轉(zhuǎn)/M，機(jī)械送風(fēng)。2023/7/20有機(jī)廢物被送入滾筒后，隨滾筒的旋轉(zhuǎn)翻動并向滾筒尾部(出料部位)移動，在此過程中完成有機(jī)質(zhì)的降解、升溫、殺菌等，筒內(nèi)溫度60℃以上。物料在反應(yīng)器內(nèi)停留3~5d，出料后的初產(chǎn)物再靜態(tài)堆制5~6d，達(dá)到腐熟穩(wěn)定。2023/7/202023/7/20（3）箱式堆肥/靜態(tài)堆肥2023/7/20靜態(tài)堆制工藝又稱為常規(guī)堆制工藝(conventionalcomposting)我國長期使用的一種有機(jī)肥堆制法；原料預(yù)處理，調(diào)整含水量和C/N；垃圾70％~80％與20％~30％的稀糞混合，條形堆制，堆底寬2.5~3.0m，高1.75m左右，長度不限，自然通風(fēng)；2023/7/20堆好后呈龜背形，堆中豎插竹竿或木棒，堆好后用稀泥封堆，以防熱量散失?？刹迦胱魑锝斩捇虿菔?；2~3d后，堆溫上升至50℃以上(中心部位可達(dá)65℃以上)，維持10~20d，整個工藝過程需要60~90d產(chǎn)物才能達(dá)到穩(wěn)定；蛔蟲卵致死率90％以上。2023/7/202023/7/20通氣方式插竹竿，自然通氣；人工翻堆方式通氣。人工翻堆每周1~2次，機(jī)械翻堆可1~2d一次，后期腐熟階段可每周翻一次。2023/7/20場地要求及特點(diǎn)場地堅實(shí)不滲水，有頂棚遮蓋，大風(fēng)頻繁的地區(qū)應(yīng)在逆風(fēng)面設(shè)置擋風(fēng)墻。工藝特點(diǎn)：工藝簡單，設(shè)備少，處理成本低，但工藝時間長。2023/7/20第四節(jié)衛(wèi)生填埋衛(wèi)生填埋(sanitarylandfill)始于20世紀(jì)60年代，是在傳統(tǒng)堆制的基礎(chǔ)上，避免環(huán)境免受二次污染而發(fā)展起來的一種較好的固體廢物處理法；優(yōu)點(diǎn)：投資少，容量大，見效快。視頻2023/7/20衛(wèi)生填埋的類型主要有厭氧、好氧和半好氧三種。填埋類型特點(diǎn)及應(yīng)用情況厭氧填埋操作簡單，施工費(fèi)用低，可回收甲烷氣體，目前廣泛采用。好氧和半好氧填埋分解速度快，垃圾穩(wěn)定化時間短，但工藝要求較復(fù)雜，費(fèi)用較高，尚處于研究階段。2023/7/20AnaerobicBioreactorLiquidsStorageGas

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EnergyGroundwater

MonitoringBioreactorProgram2023/7/20AerobicBioreactorLiquidsStorageAir

InjectionGroundwater

MonitoringBioreactorProgram2023/7/20FacultativeBioreactorLiquidsStorageGas

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EnergyGroundwater

MonitoringBioreactorProgram2023/7/20一、填埋場地的建設(shè)與運(yùn)行根據(jù)地形、地貌和土壤條件、水文地質(zhì)、氣候、運(yùn)輸距離、出入道路條件等進(jìn)行選擇，使填埋處理不影響當(dāng)?shù)鼐用竦纳詈徒】?。場地底部要?gòu)筑不漏水的防水層、集水管和集水井等設(shè)施，四周要防止水流沖刷、防止地下水和地面水受污染，避免一般填埋出現(xiàn)的衛(wèi)生條件差，二次污染頻繁的問題出現(xiàn)。1、場地的建設(shè)2023/7/20ConceptillustrationofaTypicalSanitaryLandfillSite2023/7/202023/7/202023/7/202023/7/202023/7/202023/7/202、垃圾填埋處理將垃圾在填埋場內(nèi)分區(qū)分層進(jìn)行填埋。每天的垃圾，在限定范圍鋪散為40~75cm的薄層，然后壓實(shí)。垃圾層厚度應(yīng)為2.5~3m。一次性填埋處理垃圾層最大厚度為9m。每層垃圾壓實(shí)后覆土20~30cm。廢物層和土壤覆蓋層共同構(gòu)成一個單元，即填埋單元(cell)。當(dāng)天的垃圾，當(dāng)天壓實(shí)覆土，成為一個填埋單元。2023/7/20具有同樣高度的一系列相互銜接的填埋單元構(gòu)成一個填埋層。按上述工序完成的衛(wèi)生填埋場由一個或幾個填埋層組成。當(dāng)填埋到最終的設(shè)計高度以后，再在該填埋層上層蓋一層90~120cm的土壤，壓實(shí)后就成為一個比較標(biāo)準(zhǔn)的衛(wèi)生填埋場。2023/7/202023/7/202023/7/20TheStevensCountySanitaryLandfill,openedonJuly5,1979,isafacilitythatwasdesignedtoservethewasteneedsofthecitizensofStevensCounty.2023/7/20上節(jié)內(nèi)容回顧2014.12.9我國目前城市垃圾處理的主要技術(shù)有哪些？各自有什么優(yōu)缺點(diǎn)？堆肥技術(shù)需要人們控制哪些因素？堆肥可以分為哪幾個階段？其中的微生物過程如何？衛(wèi)生填埋有哪幾種類型？衛(wèi)生填埋分為哪幾個階段？2023/7/20二、填埋的微生物學(xué)過程根據(jù)垃圾在衛(wèi)生填埋過程中的分解情況、氣體產(chǎn)生和微生物活動情況，將整個過程人為地劃分為四個階段：好氧分解階段、厭氧產(chǎn)酸階段、甲烷產(chǎn)生加速階段、甲烷產(chǎn)生下降階段。2023/7/201、好氧分解階段垃圾好氧分解主要是開始階段。此階段時間的長短取決于分解速度，由幾天到幾個月。填埋層內(nèi)的氧耗盡后進(jìn)入第二階段。2023/7/202、厭氧產(chǎn)酸階段在此階段，好氧微生物的生命活動終止；無氧呼吸的細(xì)菌，如硝酸還原細(xì)菌和硫酸還原細(xì)菌等，以物料中的NO3?、SO42-的氧作為最終電子受體進(jìn)行無氧呼吸，使有機(jī)質(zhì)進(jìn)一步被分解產(chǎn)生多種有機(jī)酸。有機(jī)酸積累、pH下降，甲烷菌開始活動，主要產(chǎn)物是N2，H2S、NH3、CO2等。2023/7/203、甲烷產(chǎn)生加速階段在嚴(yán)格厭氧菌和一些兼性厭氧菌的作用下，有機(jī)酸被進(jìn)一步分解，產(chǎn)生甲烷，甲烷含量達(dá)到50％~60％(v/v)。有機(jī)酸含量下降，pH值升高，產(chǎn)乙酸菌、解纖維菌和產(chǎn)甲烷菌數(shù)量很多。收集、利