第七章 固体废物的生物处理技术
多种微生物联合作用实现，不同阶段，不同的微生物起主导作用。 ? 堆制过程好氧、放热，为稳定化过程 ；
? 能杀死病原菌和寄生虫和害虫卵，达到无害化、安全性； 2、堆制处理的优点
① 有机废物分解并达到稳定化
易腐败的有机废物和有毒废物被转化为比较稳定的物质，体积大大缩小(40％~60％干有机质被分解) ，便于处置和运输。有毒化学品(如农药) 形成腐殖质，消除毒性。
② 干化作用
人粪尿、动物粪便和污泥含水达80％~95％，经过堆制处理，大大降低其含水率。
③ 杀灭有害生物
– 堆制过程释放大量热能，堆温较高。据测定，60~70℃维持3d，可使脊髓灰
质炎病毒、病原细菌和蛔虫卵失活。
– 堆温50~60℃，持续6~7d，即可杀灭病原和虫卵。
④ 堆肥是植物良好的肥料和土壤改良剂 3、堆肥处理存在的问题
① 堆肥质量不易稳定； ② 原料来源不同、随季节变化，给标准化处理带来困难； ③ 物料温度不均匀； ④ 受社会、文化、经济因素的影响；
二、好氧堆制的微生物学过程
1、微生物学过程及特点
根据温度变化和微生物生长情况，分为潜育期、中温期、高温期、腐熟期四个时期 1）潜育期(latent phase)
物料中带入的微生物刚进入一个新环境后的一段调整适应时期。在该时期，微生物基本上不生长繁殖，堆温基本上没变化。 2）中温期(mesophilic phase)
中温型好氧微生物为主，大量生长繁殖，最常见的是无芽孢细菌、芽孢细菌和霉菌等； 分解易降解的有机物(如简单糖类、淀粉、蛋白质等)，产生大量热能，堆温不断升高，直至达到50℃左右，这一过程也称升温期，或称发热阶段。 3）高温期(thermophilic phase)
中温期后期，温度上升至65~70℃甚至更高，即进入高温期。是有机质的分解和有害生物的杀灭最有效的时期。
– 腐殖化过程 ；
– 高温型好氧微生物成为优势种。主要是好热性细菌、放线菌和真菌的一些种
群 ；
– 杀灭病原生物，50~60℃持续6~7d，可有效杀灭虫卵和病原菌。
4）腐熟期(maturation phase, curing phase)
腐熟期内，中温型微生物又成为优势微生物类型。残余有机物被分解，腐殖质不断积累，堆制处理进入。
有机质的分解量较小，过程较缓慢，有利于腐殖化。一些复杂的有机质与铁、钙、氮等物质相结合形成腐殖质胶体(humic colloids)，完成了有机质的分解和再合成过程。
堆温回复到40℃左右时，表示物料已基本达到稳定，基本达到腐熟的程度，可以便用或用于配制复合肥料的原料。
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第七章 固体废物的生物处理技术
2、腐熟堆肥的特征
① 表面呈白色或灰白色，内部呈黑褐色或棕黑色： ② 秸秆和粪块等完全腐熟，质地松软，无粪臭，散发出泥土气味，不招引蚊蝇； ③ pH8-9，呈弱碱性。
三、堆制过程中的生物及其演替
1．一般规律
? 参与的主要是微生物，包括：
– 细菌(含放线菌) – 真菌
– 原生动物等类群
– 一些无脊椎动物如线虫、蚯蚓、螨类等。
微生物群落的变化规律
1）中温型细菌(含放线菌)和真菌首先起作用，
2）50℃左右，高温菌出现，嗜热性真菌和细菌(放线菌)为主。堆温60℃时，真菌几乎完全停止活动，嗜热性放线菌与细菌继续活动。
– 高温细菌主要是芽孢细菌属、高温放线菌属。
3）65~70℃时，大多数嗜热性微生物也无法生活，或死亡，或休眠。
4）最后，温度下降，放线菌重新定殖成为优势菌群，堆肥表面呈现白色或灰色。 蛋白质分解产生的氨转化为硝酸盐的过程主要在腐熟期进行。
堆制过程中的食物链
? 第一级消费者是细菌、放线菌和真菌，其中以细菌数量最多分解最快，放线菌在易
降解物质下降水分减少时更为显著，真菌更耐低水分、低pH和低氧条件，容易降解木质材料和难降解材料。
? 第二级消费者是螨类、甲虫幼虫、线虫、原生动物和轮虫等，它们以第一级消费者
为食。
? 第三级消费者是蜈蚣、隐翅虫和蚂蚁等，它们捕食第二级消费者。 2．特殊规律
? 农业废物以植物残体为主，堆制过程中的微生物相：
– 细菌、真菌 →纤维分解菌→放线菌→能分解本质素的微生物
? 城市污水处理厂剩余污泥、城市生活垃圾堆制过程中，厌氧菌和脱氮菌很多 。 ? 细菌与放线菌数量之比可作为堆肥腐熟的指标之一 。
四、影响堆制过程的因素
影响堆制过程的因素有物料的有机质含量、营养平衡、通气量、水分、温度和粒径等。 1. 有机质含量
? 静态发酵工艺，物料含20％~40％有机质为宜 ? 有机成分>60％，采用动态发酵工艺； 2、营养平衡
? 碳氮比(C/N)是营养平衡最重要的参数之一。 ? 物料最佳的C/N为25~35之间为宜，
– 物料C/N>35，会延长堆制的时间。
– 原料C/N<5，氮素会转化为氨逸出，特别是在高温、高pH值和强制通气的
情况下氮的逸失更为严重。
? 碳磷比(C/P)也很重要。
? 适宜的C/P为75~l00。原污泥的C/P低，需和其它原料配合。
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第七章 固体废物的生物处理技术
堆制过程中，物料的C/N逐渐降低。腐熟堆肥的适宜C/N应为10~20。 3、通气量
? 通氧的作用
– 充氧，调节堆温和排除过多的水分的作用。
? 通氧方式：
– 人工或机械进行间隙或连续翻料； – 在堆肥中作通气孔道；
– 最有效的供氧方式是强制性机械通风，即用泵将空气压入或抽出肥堆。
4、水 分
? 含水量在50％~70％，以60％为宜。 ? 若有机质含量高，含水量应高一些； ? 有机质含量低，含水量应低一些。 5、温度
? 两个主要作用： ① 提高有机物分解速度 ② 杀死物料中病原体。
? 堆制过程的适宜温度较宽，约为35~55℃。35℃以下发酵速度不高，45~55℃发酵速
度增加较快，超过55℃，发酵速率减缓，超过65~77℃发酵作用微弱。 ? 对大部分病原体来说，超过50℃就会失活。一般温度控制在55℃。 6、粒 径
? 颗粒空隙可为堆制过程提供充足的氧气。间隙大小取决于颗粒的结构强度： ? 麦类秸秆等硬质原料的粒径应小一些，一般为1~2cm； ? 蔬菜等质软原料的粒径应大一些；
? 人粪尿、动物粪尿、污泥等颗粒细的物质，应添加锯末、稻草、稻壳等膨松剂，既
减少容重，又增加物料的空隙率，还调整了C/N。
五、堆制工艺
固体废物堆制处理的工艺类型很多： 操作是否连续
间歇式堆制 连续式堆制 反应器特点
非反应器型：静态堆制工艺
反应器型：机械搅拌式、立仓式堆制工艺、滚筒式堆制工艺等 反应器型堆制发酵一般分两阶段，第一阶段高温发酵，发酵结束以后移出反应器进行二次发酵(熟化)。
1、静态堆制工艺(static composting)
? 静态堆制工艺又称为常规堆制工艺(conventional composting) ? 我国长期使用的一种有机肥堆制法； ? 原料预处理，调整含水量和C/N；
? 垃圾70％~80％与20％~30％的稀粪混合，条形堆制，堆底宽2.5~ 3.0 m，高1.75m
左右，长度不限，自然通风；
? 堆好后呈龟背形，堆中竖插竹竿或木棒，堆好后用稀泥封堆，以防热量散失。 ? 可插入作物秸秆或草束通气；
? 2~3d后，堆温上升至50℃以上(中心部位可达65℃以上)，维持10~20 d，整个工艺
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第七章 固体废物的生物处理技术
过程需要60~90d产物才能达到稳定； ? 蛔虫卵致死率90％以上。 通气方式
? 插竹竿，自然通气； ? 人工翻堆方式通气。
– 人工翻堆每周1~2次，机械翻堆可1~2d一次，后期腐熟阶段可每周翻一次。
场地要求及特点
? 场地坚实不渗水，有顶棚遮盖，大风频繁的地区应在逆风面设置挡风墙。 ? 工艺特点：工艺简单，设备少，处理成本低，但工艺时间长。 2、搅拌式堆制工艺(mixing composting)
? 堆制在料仓内进行；机械搅拌通入空气。
– 第一阶段为前5~7d的动态发酵，此阶段好氧菌活性强，升温快，温度高，
有机物分解快，发酵7d绝大部分致病菌死亡。
– 7d后用皮带输送发酵半成品到另一车间进行静态二次发酵，使有机质进一
步降解至稳定，20~25d达到腐熟。
3. 滚筒式堆制工艺
? 也称卧式旋转法，由丹麦人首先研制和使用的一种连续推制法。
? 关键设备：长20~30m、直径3~4m、倾角2％~3％的可回旋转动的金属圆筒，转速
0.5~1转/M，机械送风。
? 有机废物被送入滚筒后，随滚筒的旋转翻动并向滚筒尾部(出料部位)移动，在此过
程中完成有机质的降解、升温、杀菌等，筒内温度60℃以上。
? 物料在反应器内停留3~5d，出料后的初产物再静态堆制5~6d，达到腐熟稳定。 4．塔式堆制工艺
? 又称为泽西(Jersey)法。
? 主要设施：立式筒状发酵仓，仓高10~15m，分5~6层，主要用于城市垃圾处理。 ? 分选、破碎后的垃圾由皮带输送至仓顶层，受自重力和栅板的控制每日下降一层，
一共停留5~6d，出料后静态发酵30~60d。
? 机械通入空气，水分从顶部补充，仓内温度高，升温快，24h可上升至50℃以上，
70℃可维持3d，之后温度逐渐下降。
? 该工艺占地少，垃圾分解彻底，运行费用低，但水分分布不均匀。
六、接种剂在堆制处理中的应用
? 添加剂有三种：天然接种剂(inoculant)、微生物接种剂和起爆剂。 ? 天然接种剂有粪肥、腐熟堆肥、耕层土壤等。
? 微生物接种剂由从堆肥中分离的或其它来源的细菌、放线菌、霉菌等组成，具有分
解蛋白质、脂肪、糖类、纤维素、木质素、蟹壳和除臭等功能，中温型与高温型微生物组合使用。
? 起爆剂(starter)不含有微生物接种体，是一些微生物容易分解的有机质如糖蜜、蔗糖
和蛋白质等，其作用是为了缩短潜育期。
七、堆肥的农业效用
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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
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第七章 固体废物的生物处理技术
? 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 厌氧堆肥
? 厌氧堆肥是在无氧条件下，借厌氧微生物（主要是厌氧菌）的作用来进行的。
第四节 卫生填埋
卫生填埋(sanitary landfill)始于20世纪60年代，是在传统堆制的基础上，避免环境免受二次污染而发展起来的一种较好的固体废物处理法； ? 优点：投资少，容量大，见效快。
一、卫生填埋的类型
主要有厌氧、好氧和半好氧三种。
二、填埋场地的建设与运行
1、场地的建设
根据地形、地貌和土壤条件、水文地质、气候、运输距离、出入道路条件等进行选择，使填埋处理不影响当地居民的生活和健康。
场地底部要构筑不漏水的防水层、集水管和集水井等设施，四周要防止水流冲刷、防止地下水和地面水受污染，避免一般填埋出现的卫生条件差，二次污染频繁的问题出现。
2、垃圾填埋处理
? 将垃圾在填埋场内分区分层进行填埋。
? 每天的垃圾，在限定范围铺散为40~75cm的薄层，然后压实。垃圾层厚度应为
2.5~3m。
? 一次性填埋处理垃圾层最大厚度为9m。每层垃圾压实后覆土20~30 cm。 ? 废物层和土壤覆盖层共同构成一个单元，即填埋单元(cell)。 ? 当天的垃圾，当天压实覆土，成为一个填埋单元。
? 具有同样高度的一系列相互衔接的填埋单元构成一个填埋层。 ? 按上述工序完成的卫生填埋场由一个或几个填埋层组成。
? 当填埋到最终的设计高度以后，再在该填埋层上层盖一层90~120cm的土壤，压实
后就成为一个比较标准的卫生填埋场。
三、填埋的微生物学过程
根据垃圾在卫生填埋过程中的分解情况、气体产生和微生物活动情况，将整个过程人为地划分为四个阶段。
? 四个阶段的特点分别为： 1、好氧分解阶段
? 垃圾好氧分解主要是开始阶段。
? 此阶段时间的长短取决于分解速度，由几天到几个月。 ? 填埋层内的氧耗尽后进入第二阶段。 2、厌氧产酸阶段
? 在此阶段，好氧微生物的生命活动中止；
? 无氧呼吸的细菌，如硝酸还原细菌和硫酸还原细菌等，以物料中的NO3-、SO42-的
氧作为最终电子受体进行无氧呼吸，使有机质进一步被分解产生多种有机酸。
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第七章 固体废物的生物处理技术
? 有机酸积累、pH下降，甲烷菌开始活动，主要产物是N2，H2S、NH3、CO2等。 3、甲烷产生加速阶段
? 在严格厌氧菌和一些兼性厌氧菌的作用下，有机酸被进一步分解，产生甲烷，甲烷
含量达到50％~60％(v/v)，
? 有机酸含量下降，pH值升高，产乙酸菌、解纤维菌和产甲烷菌数量很多。 ? 收集、利用甲烷的关键时期。 4、甲烷产生下降阶段
? 有机酸浓度下降，甲烷产率下降。
? 水分、水流、pH、粒径、接种剂的添加、培养物浓度、温度等多种因素影响到填埋
有机物的分解及产甲烷作用。
? 水分和pH在填埋物产甲烷中起关键作用。需要有适宜的水分和中性的pH。较高的
水分有利于可溶性基质和营养物的溶解以及微生物的移动。 ? 研究表明水分含量和甲烷产生速率呈正相关。
四、填埋场渗滤液的处理和气体收集
1. 渗滤液的处理
? 垃圾分解过程中产生的液体以及渗出的地下水和渗入的地表水，统称为填埋场渗滤
液。
? 渗滤液的性质主要取决于所埋垃圾的种类，渗滤液的数量取决于填埋场溶滤液的来
源、填埋场的面积、垃圾状况和下层土壤等等。 ? 渗滤液收集：集水管、集水井等设施； ? 渗滤液处理或处置：
? 新的渗滤液，用厌氧、好氧生物法处理；
? 稳定的填埋场渗滤液，采用物理化学处理法。已经历厌氧发酵，可生物降解
有机物的含量已降至最少。
? 渗滤液处理或处置：
? 旱季或干旱地区，渗滤液可再循环利用，即将收集的渗滤液回灌到填埋场，
通过生物作用、物理和化学作用被降解、转化或被稀释分布，可省略水处理系统，加速垃圾稳定。
? 蒸发：减少渗滤液的容积。采用蒸发处理，要修建渗滤液容纳池，让其蒸发
散失。蒸发剩余物再进行处理或处置。容纳池要求底部不渗漏，并加盖防雨，通风驱散臭气。
2、气体收集
? 微生物厌氧发酵产生甲烷、二氧化碳、氨、一氧化碳、氢气、硫化氢、氮气等气体。 ? 填埋场产气量和气体成分与被分解的固体废物的种类有关，并随填埋年限而变化。
每千克挥发性有机固体的产气量约为0.013~0.047m3。
? 甲烷发酵进入稳定期的时间为2年后，填埋场气体一般含有30％~40％甚至60％
~70％的甲烷，以及多种其它种类的气体。
? 填埋场气体经过处理后可以作为能源加以利用。 ? 甲烷的去向： ① 回收作能源， ② 释放到环境； ③ 微生物氧化：厌氧甲烷氧化菌、好氧甲烷氧化菌（存在于填埋物培土中）。
– 甲烷气体的好氧氧化作用过程：
CH4 → CH3OH → HCHO →HCOO- → CO2
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