大学固体废弃物处理方法经典课件固体废物微生物分解

微生物
医药工业,利用微生物 制造抗生素、维生素、 辅酶、ATP等药物
基因工程技术中提供多种工具酶和 载体系统,创建有益的工程菌新品种
微生物与人类的关系
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微生物对环境的重要作用：
微生物在物质循环转化中的作用：维持物质的 生物化学循环，维持生物无穷无尽的繁演，保 持生态平衡和生态环境的可持续。
微生物是一群体积微小,结构简单,肉 眼看不见,必须借助光学显微镜或电子显微 镜放大数百倍,乃至数万倍后才能观察到的 微小生物。
微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物的海洋”中。
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少数微生物也是人类的敌人！
鼠疫； 天花； 梅毒； 小儿麻痹症； 肺结核； 麻疯病； 感冒； 脑毛炎；
艾滋病；
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3.好氧堆肥过程： （1）起始阶段：堆肥初期，堆层基本呈中温，嗜 温性微生物较为活跃并利用堆肥中可溶性有机物 旺盛繁殖。它们在转换和利用化学能的过程中， 有一部分变成热能，由于堆料有良好的保温作用， 温度不断上升。此阶段微生物以中温、需氧型为 主，通常是一些无芽胞细菌。适合于中温阶段微 生物种类极多，其中最主要是细菌、真菌和放线 菌，细菌特别适应水溶性单糖类，放线菌和真菌 对于分解纤维素和半纤维素物质具有特殊功能；
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微生物通过自身的生命代谢活动，进行分解代谢（氧化 还原过程）和合成代谢（生物合成过程），把一部分被 吸收的有机物氧化成简单的无机物，并放出生物生长、 活动所需要的能量，把另一部分有机物转化合成新的细 胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多的生物体。可用 下图简要地说明这种过程。
人类通过各种手段，借助于上述微生物的生物能， 对固体废物进行生物处理，实现固体废物（主要是 有机固体废物）的稳定化、无害化与资源化的技术 就统称为固体废物的生物转换技术。

堆肥的改土作用 １．增加土壤有机质 2．改善土壤结构 3．提高土壤功能 4．促进植物根系增长
堆肥的增产作用 堆肥农用的不利因素
Ｎ、Ｐ、Ｋ含量低 易富集有害元素 投资大，成本偏高
第二节 厌氧发酵制沼气
1、厌氧发酵的原理 整个发酵过程分为液化、产酸和产甲烷三个阶段；不
同菌群
见图
影响因素
①、原料配ห้องสมุดไป่ตู้：合适的碳氮比
是指在自然温度影响下发酵温度发生变化的厌氧 发酵工艺
发酵池结构简单、成本低廉、施工容易、便于推广
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
一般，含水率水分低于20%，微生物死亡；过高，原料紧 缩，空隙率小，导致空气量小，转化成厌氧反应；同时 水分蒸发过多，温度达不到要求，影响堆肥效果。
最佳含量：
③、碳氮比
微生物每利用30份碳就需要l份氮，故初始物料的碳氮比为 30：1合乎堆肥需要，其最佳在26：1——35：1之间。 成品堆肥的适宜碳氮比为10:1-20:1之间：出于初始原料 的碳氮比一般都高于前述最佳值，放应加入氮肥水溶液、 粪便、污泥等调节剂，使之调到30以下。
固体废弃物处置技术
第九章 可生化降解固体废物的处理与利用
➢第一节 好氧生物降解制堆肥 ➢第二节 厌氧生物制沼气
原理:
➢ 微生物降解技术:依靠自然界广泛分布的微 生物的作用,通过生物转化(氧化、分解有机固
废)将有机固废中易于生物降解的有机组分转
化为腐殖肥料、沼气或其它化学转化品。（塑 料蛋白、乙醇或糖类）从而达到固废无害化的 一种处理方法。

堆肥类型
按堆制过程的需氧过程:可分为好氧堆肥和厌氧堆肥； 按原料发酵所处状态:可分为发酵仓式堆肥和无发酵装置 系统堆肥； 无发酵装置好氧堆肥系统又分为露天条垛式翻堆供氧堆肥 法和固定堆强制通风堆肥法。
好氧堆肥与厌氧堆肥
好氧堆肥（高温堆肥）：在通气条件好，氧气充足的条件下通过 好氧微生物的代谢活动降解有机物。 特点：一般在55～60℃时比较好，有时可高达80～90℃，堆制
自然界中的磷素循环
6.1.2 可降解的固体有机废物及其微生物群落
纤维素 细菌、放线菌、真菌
果胶质 好氧菌
淀粉 枯草芽孢杆菌、
根菌、曲霉
可降解的固 体有机物及
微生物
脂肪 细菌、真菌
蛋白质氨基酸 好氧、兼性、厌氧
（1）纤维素及其降解微生物
纤维素是葡萄糖的高分子聚合物，每个纤维素分子含1400-10000 个葡萄糖基。为微生物的生长提供了丰富的糖原。
基本原理
利用微生物的生物化学转化作用，可将复杂有机物分解为简单 物质（稳定有机物和无机物），将有毒物转化为无毒物，产品可 作为能源、肥料、食品、饲料等回收利用；使可降解的有机废物， 达到无害化、稳定化和资源化的目的。
生物处理的特点
资源化效率高，运行费用低。 是有机固体废物处理利用的重要途径。
6.2.1好氧堆肥原理
好氧堆肥是在有氧条件下，好氧微生物通过自身的分解代谢和合 成代谢过程，将一部分有机物分解氧化成简单的无机物，从中获得 微生物新陈代谢所需要的能量，同时将一部分的有机物转化合成新 的细胞物质的过程。
堆肥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。

第三章 固体废物的预处理
【概念】压实 破碎
中和
分选
氧化还原 化学浸出
本章重点
【方法原理】 固体废物压实、破碎及分选技术的基础理论和方法 ； 固体废物的化学处理技术；
内
容 提
要
3.1 固体废物的压实 3.1.1 压实的基本概念 3.1.2 压实设备类型 3.2 固体废物的破碎 3.2.1 破碎的基本概念 3.2.2 破碎机 3.3 固体废物的分选 3.3.1 筛分 3.3.2 重力分选 3.3.3 磁力分选 3.3.4 浮选 3.3.5 电力分选 3.4 分选回收工艺系统 3.4.1 城市垃圾分选回收工艺系统 3.4.2 粉煤灰分选回收系统 3.4.3 从煤从煤矸石中分选回收硫铁矿系统 3.5 固体废物的化学处理技术 3.5.1 中和法 3.5.2 氧化还原法
固体废物的预处理

固体废物的预处理为废物的合适处理处臵提供条件， 主要有压实、破碎和分选等。 预处理的作用： 以填埋为主的废物（压实：降低废物的体积，减少 运输量和运输费用，提高填埋场的利用效率） 以焚烧或堆肥为主的废物（破碎：不需要压实处理， 破碎、分选使物料粒度均匀、大小适宜，有利于提 高焚烧和堆肥化效率） 废物的资源综合利用（破碎和分选：实现不同物料 分别回收利用）
7.半湿式破碎 原理： 利用垃圾中各种不同物质的强度和脆性的差异，在一定湿 度下破碎成不同粒度的碎块，然后通过不同筛孔加以分离 的过程。
特点： · 能使垃圾在一台设备中同时进行破碎和分选作业。 · 可有效地回收垃圾中的有用物质。 · 对进料的适应性好，易破碎的废物首先破碎并及时排出， 避免了过度粉碎现象。 · 能耗低，处理费用低。
固体废物处理的目的：
回收资源 减少固体废物的污染 减少固体废物体积，便于运输和最终处置

残渣
粘着剂、乳胶及油漆；药厂废物 下水道污泥；生物废物 过期的有机化合物；一般固液体有机化合物 杀虫剂、除草剂；含10%以上有机废物的废水 含硫污泥；去除润滑剂的溶剂污泥 油漆、纸浆及一般污泥；光化合物及照相处理的液固体废物 受危险物质污染的土壤
• 7.2 危险废物的接收
废物接受委托处理前，以废物的特性、本身处 理能力为判断的依据，建立一套决策程序，同 时取得废物产生者的合作。
• 中小型焚烧厂多采用批次方式或准连续式的操作方 式，产生的热量较小，热量回收利用不易或废热回 收的经济效益差，大多采用喷水冷却方式来降低焚 烧炉废气温度。如果焚烧炉每炉的垃圾处理量达 150t/d，且垃圾热值达7500kJ/kg以上时，燃烧废气 的冷却方式宜采用废热锅炉进行冷却。大型垃圾焚 烧厂具有规模经济的效果，宜采用废热锅炉冷却燃 烧废气，产生水蒸气，用于发电。危险废物焚烧厂 也多采用间接冷却方式。
第八节 焚烧厂尾气冷却与废热回收系统
• 焚烧尾气冷却/废热回收系统的功能是： • （1）调节焚烧尾气温度，一般使之冷却至
220～300℃之间，以便进入尾气净化系统。通 常情况下, 尾气净化处理设备仅适于在小于 300℃的温度范围内操作，故焚烧炉所排放的 高温气体尾气调节或操作不当，会降低尾气处 理设备的效率及寿命，造成焚烧炉处理量的减 少，甚至还会导致焚烧炉被迫停炉。
• 间接冷却方式是利用传热介质(空气、水等)经由废 热锅炉、换热器、空气预热器等热交换设备，以降
低尾气温度，同时回收废热，产生水蒸气或加热燃
烧所需的空气。直接喷水冷却与间接冷却是调节及
冷却焚烧尾气的最常用的两种方式，其优缺点、适
用条件和范围如下表所示。
项
项目
废气冷却方式
次
间接冷却

(4)有毒物质
①重金属离子对甲烷发酵的抑制－使酶发生变性或者 沉淀。与酶结合产生变性；与氢氧化物使酶沉淀。
②阴离子的毒害：主要是S2- ，来源：无机硫酸盐还 原；蛋白质分解释放出S2-。
③氨的毒害： [NH4+]>150mg/L ，发酵受抑制。
物质浓度
碱金属和碱土金属Ca2+ ， Mg2+ ，Na+ ，K+ 重金属Cu2+ ，Ni2+ ，Zn2+ ， Hg2+ ，Fe2+ H+和OH ―
n 原料的收集和预处理； n 接种物的选择和富集； n 沼气发酵装置形状选择； n 启动和日常运行管理； n 副产品沼渣和沼液的处置等技术措施。
1、传统沼气发酵工艺类型
(1)根据发酵温度分类 高温发酵：产气率高，但CH4比例低且不稳定； 中温发酵：产气率较高，能量回收较理想，应用普遍。太阳
能保温。
④甲烷化阶段：乙酸和H2 被甲烷细菌(乙酸分解甲
烷细菌和H2氧化甲烷细 菌)利用生成甲烷。
(四)、影响发酵的环境条件
(1)温度因素：随着温度升高有机物分解速度加快，产气量增大。 温度变化范围为(±1.5~2.0)℃。
①低温发酵：低于20℃ ，产气量低，受气候影响大，不加料情 况下35d。
②中温发酵： 37℃ ，产气量约1~1.3m3/(m3 ·d)；发酵时间20d ， 卫生化低。
n 浮沉式气罩由水封池和气罩两部 分组成。当沼气压力大于气罩重 量时，气罩便沿水池内壁的导向 轨道上升，直至平衡为止。当用 气时，罩内气压下降，气罩也随 之下沉。
n 特点： 将发酵间与贮气间分开， 具有压力低、发酵好、产气多等 优点。 顶浮罩式沼气贮气池造价 比较低，但气压不够稳定。侧浮 罩式沼气贮气池气压稳定，比较 适合发酵工艺的要求，但对材料 要求比较高，造价昂贵。

可回收废弃物：垃圾是放错位置的资源。
不可回收废弃物
一般固体废弃物 危险固体废弃物
02 固体废弃物的分类及处置方式
可回收垃圾的处理方法： 1．垃圾再生法：垃圾经分类后，对其中可直接利用的 物质进行再回用。如：废弃的玻璃、塑料、金属、纸张 书报、木材废布、废油等。 2．垃圾焚烧发电法：这是世界各国普遍采用的方法， 既能彻底消毒除害，又使垃圾变成了能源。 3．垃圾堆肥法：依据传统的农业积肥原理，利用有机 垃圾和土壤中的微生物将垃圾转化为有机肥料，用于改 良土壤。 4．垃圾生物降解法：运用具有多功能高降解能力的多 种菌群，对垃圾中的有机物和无机物加快分解，使其变 费为宝、物尽其用。按菌种不同，又分为厌氧降解和氧 化降解两种。
生产部职责： a.减少废弃物产生，降低容器内原料的残留量，如 内涂料包装袋应尽量减少存量，防止溢流； b.保证容器、包装袋的完整性，内涂料用完后，包 装袋应盖上盖子，且保持袋子的完整性，避免发 生泄漏，桶内原料用尽后也应加盖； c.负责乳化液间废物回收桶及废涂料回收桶的更换 工作，盛放液体的收集容器应放在二次容器中， 放至规定的区域。
对此，时任沧县环保局局长的邓连军表示，“红色的水不等于 不达标的水。有的红色的水，是因为物质是红色的，比如说放上一 把红小豆，那里边也可能出红色，煮出来的饭也可能是红色的。” 这一说法瞬时引起热议，邓连军也被戏称为“红豆局长”。
处理 2013年4月初，邓连军被免去环保局局长职务。4月7日，沧县环 保局出具的初步检测报告显示，养鸡场用水、化工厂排水沟两处水 样中被检出含有苯胺物质，含量超出污染物排放标准的1倍，比饮用 水标准超标更多。 沧县环保局承认监督不到位。事件后，在当地政府的协助下， 河北建新化工股份有限公司沧县分公司拆除了厂房设备，并清理 2011年9月份停产后厂区内存放的少量废水和残渣问题。

微生物新陈代谢作用使固体有机质降解、转化成简单、 稳定的化合物，同时放出能量(其中大部分能量以CH4 的形式出现)，仅少部分有机物转化成新的细胞质组分。 减量化和资源化效果明显。
微生物种类
7.2 堆肥化(composting)
• 概述 • 好氧堆肥原理 • 堆肥原料及堆肥微生物 • 堆肥化过程 • 好氧堆肥工艺 • 堆肥化的影响因素 • 堆肥质量 • 堆肥农业效用
• 堆温一般可达到65～70℃，或者更高。此时，嗜温菌受到抑制或死亡， 嗜热菌大量繁殖，逐渐替代嗜温菌的活动。
7-8.固体废物的生物处理
概述 堆肥化 厌氧发酵制沼气
7.1 概述
概念 作用与特点 基本生物原理
(1) 概念
利用微生物氧化（好氧堆肥）、分解（厌氧发酵）有机固体废物 的能力处理可降解的有机固体废物，使其达到无害化和资源化的 过程。
生物处理(biologic treatment)是处理和利用有机固废的一条重要 的途径。
yOz
NH 3
(nx
ny 4
nz 2
5x)O2
（C细5H胞7 N质0）2 ＋（n
5)CO2
ny 2
4
H
2O
能量
c. 细胞质的分解反应(decomposition reaction)
细胞质的分解反应是细胞质内源呼吸所引起的反应：
C5 H 7 NO2 5O2 5CO2 2H 2O NH 3 能量
都为单细胞。细菌一般只有0.5～lOμm大小。其比表面积大，容易让难 降解的有机物进入细胞并进行代谢活动。细菌的含水率约为80％，有机 物约占其总固体成分的90％。 • 真菌是有机营养型生物，结构比细菌复杂，可分为霉菌和酵母。 • 霉菌属好氧菌,而酵母在代谢活动中表现出好氧和厌氧两种特性。 • 真菌能在低水分条件下生长，能从具有高渗透压的介质中提取水分。

是在没有游离氧情况下，利用厌氧微生物新陈代谢
作用使固体有机质降解、转化成简单、稳定的化合物，
同时放出能量（其中大部分能量以CH4的形式出现），仅 少部分有机物转化成新的细胞质组分，减量化和资源化
效果明显。
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第三节 固体废物好氧堆肥技术
一、基本概念 二、原料来源及质量控制 三、好氧堆肥原理 四、好氧堆肥过程技术参数及控制 五、好氧堆肥工艺过程 六、好氧堆肥方法及设备 七、堆肥腐熟度及其质量标准
固体废物微生物分解技术
知识点：固体废物的生物处理技术基本方法及一般原理、 堆肥化处理技术的生物机理、工艺流程原理、技 术参数及控制、堆肥产品质量控制标准与平定方 法、厌氧发酵技术原理、技术参数及控制方法、 厌氧发酵器选型及结构设计、厌氧发酵产物与利 用。
重 点：好氧中高温堆肥化工艺原理与过程控制技术和 方法、厌氧发酵处理的技术原理、生物化学机理、 技术参数及控制方法。
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一、好氧堆肥（composting）定义
（聂永丰）：依靠自然界中广泛分布的细菌、放线菌、真 菌等微生物，人为地促进可生物降解的有机 物向稳定的腐殖质生化转化的微生物学过程。
（毕振明、娄性义）：是在人工控制的条件下，使来源于 生物的有机固体废物进行生物稳定作用 （Biostablization）的过程。
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1、通风作用及其控制
作用：☆维持好氧微生物的生物活性；☆带走水蒸气，干化
D、腐熟阶段，在内源呼吸后期，只剩下部分难 分解的有机物和新形成的腐殖质，此时微生 物活性下降，发热量减少，温度下降。
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堆肥的结果是废弃物中有机物向稳定化程度 较高的腐殖质方向转化,腐殖质的形成十分复杂， 其生物学过程示意如下：
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四、堆肥化过程技术参数及控制 1、通风作用及其控制 2、含水率及其控制 3、仓内温度及其控制 4、有机质含量 5、颗粒度 6、碳氮比（C/N） 7、碳磷比 8、pH值

堆肥原料
碳氮是堆肥微生物所需要的主要能量来源和物质来源，合 适的碳氮比是保证堆肥成功的关键因素之一，因此，堆肥常 需要含碳较多的原料与含氮多的原料合理搭配（20：1~30：1 ）。
好氧堆肥是在有氧条件下，好氧微生物通过自身的分解代谢和 合成代谢过程，将一部分有机物分解氧化成简单的无机物，从中 获得微生物新陈代谢所需要的能量，同时将一部分的有机物转化 合成新的细胞物质的过程（见图2-2）。
图2-5是采用翻堆供氧和强制通风供氧进行污泥堆肥的温度变化图 ，从中可明显区分出不同堆肥阶段。
翻堆供氧
强制通风供氧
堆肥过程中微生物群落变化
Organism
Mesophilic Thermophilic Stabilization Specie
stage
stage
stage
s
present
-------------------- # g-1 --------------------
搅拌翻堆设备
强制通风式固定垛发酵工艺（Aerated static pile）
该工艺与前者不同之处就在于物料在堆肥过程中不需要翻堆， 氧气的供应是通过机械鼓风或抽风方式来提供，该工艺在污泥堆 肥中应用非常普遍,其流程如图2-8所示。
具体做法
① 将脱水污泥与蓬松剂混合，体积比可为1:1, 1:2, 1:3； ② 在堆肥场地上铺设小木块或蓬松剂约20cm； ③ 在上述基础上，将污泥与蓬松剂的混合物堆成高约1.5～2M的垛； ④ 将垛的表面覆盖一层过筛后的堆肥产物(厚约20cm)或覆盖一层塑料
发酵仓式堆肥法
现代化的城市垃圾堆肥法通常由预处理（包括分选、破碎、 含水率和C/N比的调整等）、一次发酵（也称主发酵，指从发酵 初期开始，经中温、高温然后到达温度开始下降的整个过程，一 般为2～3周）、二次发酵（也称后发酵，指堆肥经过高温阶段， 温度开始下降直至温度稳定至35-40℃、达到腐熟的阶段，一般 需3-4周）、后处理（包括去除杂质和进行必要的破碎处理）、 脱臭及贮存等工序组成。