1、第十一章 有機固體廢棄物處理微生物工程主要內容 1.有機固體廢棄物的概述 2.有機廢棄物的堆肥處理技術 3.有機固體廢棄物厭氧消化技術 4.固體廢棄物衛生填埋技術有機固體廢物:是指有機含量很高而含水量較低的固體廢物1、動物糞便；2、作物殘留；3、生物污泥4、食品生產廢棄物；5、工業有機廢棄物；6木材加工生產廢棄物；7、生活垃圾有機固體廢物組成廢棄物無害化、資源化、減量化，變廢為寶，凈化環境 簡單堆放法 圍海造地法 堆肥處置法 焚燒處置法 衛生填埋法第一節 有機固體廢棄物概述第二節 有機固體廢物的堆肥處理技術堆肥法： 指在人工控制的條件下，利用微生物的生化作用將廢棄物中的有機物質分解、腐熟并轉化

2、成肥料的微生物學過程；分好氧和厭氧堆肥。 堆肥： 深褐色、質地松散、有泥土味的物質。這種物質的養料價值不高，但卻是一種極好的土壤調節劑和改良劑，其主要成分是腐殖質。一、好氧堆肥通氣條件下借好氧性微生物活動使有機物降解，從而使固體廢棄物無害化、資源化的過程。特點：高溫堆肥（一般在50-60，極限可達80-90）第二節 有機固體廢物的堆肥處理技術第二節 有機固體廢物的堆肥處理技術有機物+O2+微生物細胞物質（微生物生長）+腐殖質CO2、H2O、NH3、PO43-、NO2-、NO3-、SO42-+能量排入環境釋放能量，轉移為熱好氧堆肥的有機物轉化1、好氧堆肥的原理2、厭氧堆肥的原理 厭氧堆肥是在缺氧

3、條件下利用兼性和專性厭氧微生物進行的惡意中傷腐敗發酵行為，將有機大分子降解為小分子有機酸、CO2、H2O、NH3、H2S、CH4等和腐殖質。第二節 有機固體廢物的堆肥處理技術有機固體廢物+微生物細胞物質（微生物繁殖）有機酸、醇類、CO2NH3、H2S，能量細胞物質（微生物繁殖）CO2、CH4等，能量酸性發酵階段（產酸階段）堿性發酵階段（產期階段）二、堆肥的微生物過程（一）好氧堆肥的微生物學過程堆制 升溫 高溫 降溫 腐熟1-2d50-60中溫菌嗜熱菌中溫菌寄生蟲和病原菌被殺死30-40 第二節 有機固體廢物的堆肥處理技術中溫好氧細菌、放線菌和真菌利用堆肥中最容易分解的可溶性物質迅速增殖，并釋放

4、出熱量。50攝氏度進入高溫階段，此時發熱中溫菌受到抑制甚至死亡，嗜熱性微生物開始繁殖，溫度進一步升高，復雜有機物開始強烈分解。70時，多數嗜熱菌死或休眠，只有嗜熱芽孢桿菌繼續活動。發熱階段高溫階段降溫和腐熟保肥階段1.高溫對堆肥快速腐熟其重要作用，此階段開始出現腐殖質；2.高溫有利于殺死病原生物微生物活性下降，熱量減少，嗜中溫菌優勢生長，堆肥進入腐熟階段第二節 有機固體廢物的堆肥處理技術有氧堆肥處理系統（二）厭氧堆肥的微生物學過程厭氧堆肥主要分成兩個階段1）酸性發酵階段。產酸菌將大分子有機物降解為小分子有機物和醇類，并產生少量的能量。pH下降2）在分解后期，由于氨化作用氨的中和作用，pH開始逐

5、漸上升，同事產甲烷菌開始分解有機酸和醇類。 厭氧堆肥沒有氧分子參與，產生能量減少，產甲烷，步驟多，速度慢，周期長。一、好氧堆肥的影響因素三 堆肥處理技術的影響因素環境溫度：有機質含量：20-80%為宜。太低，升溫慢，太高，供氧不足（發臭）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為宜。酸堿度：中性或弱堿性。通風供氧：動力供氧影響堆肥的因素（二）厭氧堆肥的影響因素1.原料配比：厭氧發酵的碳氮比以20-30為宜。2.溫度：溫度在一定范圍內，越高產氣量越大，能加速細菌的代謝。一般高溫消化溫度為55-603.pH ：甲烷菌

6、生長最佳pH6.8-7.5.三 堆肥處理技術的影響因素一、好氧堆肥系統可以分為：條垛式、通風靜態垛式和發酵倉式立式堆肥發酵塔臥式堆肥發酵滾筒簡倉式堆肥發酵倉箱式堆肥發酵池堆肥發酵裝置四、 好氧堆肥處理常用工藝5-8天完成一次發酵立式堆肥發酵塔臥式堆肥發酵滾筒箱式堆肥發酵池四、 好氧堆肥處理常用工藝 一、厭氧消化機理 厭氧消化食(anaerobic digestion)是在厭氧條件，有機廢物通過厭氧微生物的代謝活動被分解轉化，同時伴有CH4和CO2氣體產生過程。第三節 有機固體廢棄物厭氧消化技術（略）一、 衛生填埋的分類和優缺點 衛生填埋法是在堆肥法的基礎上發展起來的，其處理原理與厭氧堆肥原理相

7、同，均利用好氧微生物、兼性厭氧微生物和厭氧微生物處理。分類：厭氧、好氧和準好氧方式 優點：結構簡單、操作方便、投資少可產甲烷缺點：分解速率慢 第三節 固體廢棄物衛生填埋技術二、衛生填埋的微生物活動過程（一）填埋場反應器生態系統的特征1.層次結構明顯2.微生物起主導作用3.是人工反應器生態系統4.極度不均勻性5.會產生環境污染物質第三節 固體廢棄物衛生填埋技術圖 衛生填埋場示意圖第三節 固體廢棄物衛生填埋技術第三節 固體廢棄物衛生填埋技術填埋場生態系統（二）衛生填埋的微生物活動過程第一階段調整期。新填埋的生活垃圾夾帶著水分和新鮮的空氣，其中氧氣容易水形成溶氧，好氧生物首先利用溶氧進行好氧代謝，首

8、先發生的是易降解有機物的好氧分解過程。代謝過程需要多種酶的協同作用及微生物的共代謝作用，其過程十分復雜。在好氧代謝過程中，溫度明顯上升。初期溫度的升高有利于微生物活性的增強，但溫度升高也會降低氧溶解度。第二階段過渡期，隨著好氧代謝的進行，填埋層中的溶解氧不斷被消耗，好氧環境逐步向厭氧環境轉變。兼性厭氧微生物代謝活動的產物，如揮發性有機酸在濾液中出現并開始增加。第三節 固體廢棄物衛生填埋技術第三階段產酸期。易降解天然多聚物如淀粉、蛋白質、脂肪等被胞外水解酶類催化水解成各自的單體。之后被產酸細菌吸收利用產生多種有機酸，例如，乙酸、丙酸、丁酸等是最常見的揮發性有機酸，另外還有乳酸、乙醇等，這導致了p

9、H下降。第四階段甲烷發酵階段。主要特征是大量生產CH4，并幫隨著H2S的產生；氨基酸的脫氨作用導致NH3的增加，這引起pH回升至7.0左右。第五階段穩定期。此時易于利用的營養物質已基本耗盡，生物活性相對靜止。第三節 固體廢棄物衛生填埋技術第第1212章章 廢氣污染控制微生物工程廢氣污染控制微生物工程廢氣主要來源廢氣主要來源 人類生產及生活中的燃料燃燒 生產活動，例如化工、冶金、生物制品、屠宰、污水處理及垃圾處理等工廠所產生的廢氣。 廢氣微生物處理原理生物法凈化處理廢棄的三個階段1.氣液轉化，廢氣中的污染物與水接觸并溶解，即由氣模擴散到液膜；2.生物吸附、吸收。溶解于液膜的污染物由于濃度差推動擴

10、散到生物膜，然后被其中的微生物捕獲并吸收3.生物降解。微生物對污染物進行氧化分解和同化作用，污染物被作為能源和營養物質分解，最終轉化成為無害的化合物。同時，生化反應的氣態產物脫離生物膜，逆向擴散。水吸收有機成分簡單無機物微生物吸附降解生物法凈化工業廢氣的過程凈化后氣體有機廢氣參與廢氣處理的微生物處理廢氣的微生物自養型微生物異養型微生物以CO2、CO32-等無機碳為碳源以NH4+、H2S、Fe2+作為電子供體自養型微生物適合進行無機物轉化；適合濃度不高的脫臭場合除去NH3和H2S以有機物作為碳源和能源，適宜于有機物的分解轉化廢氣的處理 廢氣處理是環境污染控制的一個重要方面。廢氣處理方法： 理化法

11、：目前主要采用的方法，如燃燒、 吸附、吸收和還原等。工藝或設備較復雜，運行費用較高；用于處理某些惡臭廢氣時，效果不甚理想。生物法：具有處理效率較高、適應性較廣、工藝較簡單以及費用較省等優點。 廢氣的微生物處理 1957年在美國獲得專利，1970年代引起重視，1980年代德國、日本、荷蘭等國工業規模各類生物凈化裝置投入運行。 廢氣生物反應器處理對許多一般性的空氣污染物的去除率可達到90以上。 第二節 廢氣生物處理典型工藝 廢氣生物處理的特點廢氣或尾氣(waste gas，off-gas)在生物反應器內進行。揮發性有機化合物 (volatile organic compounds，VOCs)以及其

12、它有毒或有臭味的氣體，如NH3和H2S等。化工、制藥等行業產生的有害污染物(hazardous air pollutants，HAPs)以及堆肥廠、垃圾填埋廠產生惡臭(odor)等。去除效率高 u空氣污染物去除效率超過90。投資少，運行費用低 u不需要投入額外的化學品;u化學法需加催化劑和氧化劑等，如次氯酸鹽、過氧化氫、二氧化氯等。 污染少 u產物為生物量，易處理。耗能低u常溫常壓下進行，微生物利用VOCs產生能量。u消耗的動力只是污染氣體進入處理系統時所消耗的能量(正壓送風或負壓引風)。廢氣生物處理的特點水溶性強 u向介質表面微生物膜擴散速率高；u主要有無機物如H2S和NH3等、醇類、醛類、

13、酮類以及簡單芳烴(如BTEX)等有機物。易降解 u 容易降解，否則將導致污染物濃度增高，毒害生物膜或影響傳質，降低生物濾器效率，或使處理完全失敗。適宜處理的污染氣體應具有的特點： 二、廢氣生物處理的基本形式u根據介質性質不同，分為：生物洗滌(bioscrubbing)生物洗滌器(bioscrubber)內是液態介質 生物濾過(biofiltration)生物濾過采用是固態介質生物濾池(biofilters)生物滴濾池(biotrickling filters) 1生物濾池 生物濾池內的固態介質是一些天然材料，常用的固體顆粒有土壤和堆肥，這些材料為微生物的附著和生長提供表面，微生物可以吸收廢氣中

14、的污染物將其轉化為無害物質。 微生物濾池適用于處理肉類加工廠、養殖場、污水處理廠和堆肥廠等處產生的廢氣。 特點是濃度不高，帶有強烈臭味。濾料選擇堆肥 篩選，濾層均勻、疏松，空隙率40濾料保持濕潤，濾層含水量不低于40，但不能有積水。濾層保持適當的溫度。土壤 腐殖土，厚度不小于50cm，土壤水分4070，草炭 通氣良好，除臭效果好。2生物滴濾池 生物滴濾池由箱體、生物活性床層、噴水器等組成。 廢氣經預處理室去除顆粒物和增濕后進入濾床底部。 濾料使用陶瓷、塑料等人工材料，顆粒狀或有空隙的材料，床層厚度0.51.0m。u優點： 濾料重量輕、空隙大、表面積大、廢氣和介質接觸時間短(幾秒鐘)，處理效率高

15、，濾料不需更換。 處理的濃度100mg/m35g/m3，流量550000m3/h。應用 微生物過濾床已成功地用于化工廠、食品廠、污水泵站等方面的廢氣凈化和脫臭。 污染物包括硫化氫、二硫化碳、苯乙烯、甲苯、丙烷、異丁烷、苯酚、乙醇、四氫呋喃、環已酮、甲基乙基甲酮等。 3生物洗滌 生物洗滌裝置 洗滌器 生物反應器 兩部分組成 吸收設備有噴淋塔、篩板塔、鼓泡塔等，吸收過程很快，停留時間約幾秒鐘；生物洗滌裝置 循環廢水的利用可以直接進入吸收器重復使用；經過泥水分離后再重復使用。u吸收液組成：微生物、營養物和水；u適合處理水溶性強的氣態污染物，如醇類、酯類、醛類和酮類等。污水處理廠剩余活性污泥配制混合液

16、作為吸收劑可用于處理復合型臭氣，特別能脫除很難治理的焦臭。u德國開發一套二級洗滌裝置，臭氣濃度由1.110-3降低至510-5，并且抗沖擊負荷。 五、廢氣生物處理的基本條件 主要有水分，養分、溫度、氧氣(有氧或無氧)以及酸堿度等。 1水 分 微生物生命活動的必要成分； 吸收廢氣的溶劑。 采用土壤或堆肥等固態處理系統時，適宜的水分含量可保證氧與水分的供給。 5070為適宜的含水量。 通常預處理需要加濕，防止濾料變干。2養 分 廢氣可為微生物提供一定的養分，VOCs可以提供碳源和能源，但是需要適當補足其它養分。 不同的處理工藝對養分控制有差異，例如生物滴濾池補充營養鹽十分重要，但是堆肥生物濾池補給

17、營養鹽的次數可以減少，一年補給二次即可。3溫 度 廢氣生物處理多用中溫條件(2535)，少用高溫。 土壤或堆肥處理廢氣時通常采用自然溫度，如果微生物分解基質放熱造成溫度過高則需采取降溫措施。4氧氣 廢氣處理多用異養型好氧微生物；氧的供給量與供給方式對處理效率的影響很大，微生物數量、基質濃度和溫度等因素也會影響供氧。 少數厭氧條件，例如著色菌處理硫化氫，則需控制無氧條件，以氨氣取代反應系統的氧氣。 5、酸堿度 以中性或微堿性為宜。廢氣生物處理中的細菌多數適應于中性至微堿性環境，只有少數種類對酸堿度要求比較特殊， 例如氧化硫硫桿菌最適pH為2.62.8，最低為pH1.0，最高為pH4.06.0。

18、第三節 微生物處理在大氣污染治理中的應用一、微生物煙氣脫硫技術 （一）微生物煙氣脫硫機理 微生物參與自然界硫循環的各個過程，并從中或得能量，可以利用微生物的這一特點進行煙氣脫硫； 特點：不需要高溫、高壓及催化劑，均為常溫常壓下操作，操作費用低，設備簡單，營養要求低，無二次污染。1.微生物間接氧化在有氧條件下，通過脫硫微生物的間接氧化作用，將煙氣中的SO2氧化成硫酸，微生物從中獲取能量。SO2 SO2- O2 2O2- SO2- +O2 SO32-3SO32- + O2 +2H2O 3SO42- +2H+ +能量一、微生物煙氣脫硫技術2.異化硫酸鹽還原 硫酸鹽還原菌等微生物利用有機物作為電子供體

19、，以亞硫酸鹽和硫酸鹽作為最終電子受體并將其還原為硫化物，這一過程稱為異化硫酸鹽還原。生成的H2S等硫化物可作為硫桿菌和光合細菌的電子的電子供體，在這些自養菌體內被氧化為元素硫和硫酸鹽。 2SO2 +O2 +H2O 4H+ +2SO42-2CH3CHOHCOO-+SO42- 2CH3COO-+2CO2 +S2- +2H2O3. 微生物和鐵離子體系共同催化氧化 自然界中一些微生物如氧化硫桿菌和氧化亞鐵硫桿菌等可以在酸性條件下快速將Fe2+氧化成Fe3+、將SO32-氧化成SO42-。2SO2+O2+2H2O 2H2SO4Fe（SO4)3 +SO2 +2H2O 2FeSO4 + 2H2SO4一、微生物煙氣脫硫技術（二）參與煙氣脫硫的微生物（略）（三）微生物煙氣脫硫的主要方法和工藝連續發酵法溶解SO2生物去除法