环境微生物学课件5

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。
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。
– 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。
Composting pile
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。
白地霉 Geotrichum candidum
③
65~70℃时，大多数嗜热性微生物也无法 生活，或死亡，或休眠。
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。
④

堆制过程中的食物链ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ

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。

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
①
②


两个主要作用： 提高有机物分解速度 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℃。
焚烧法
Incinerator Diagram
第一节 堆制处理
一、堆制的概念及其优缺点 1、堆制(Composting)的概念 堆制处理是利用多种微生物人为地促进生物 来源的有机废物好氧分解和稳定化的过程。 有机质

微生物
无机物、矿物质+腐殖质+能量
堆制处理后，产物中含丰富的氮、磷营养物 质和有机物质，故称为堆肥(Compost)。

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，

C/N和堆制时间之间关系
初始C/N 20 堆制时间 12d
20~25 78
美国加州大学试验结果
14d 21d
含碳率计算公式(误差为2％~10％)

关系式：含碳率(％)＝[100-灰分(％)]/1.8
– 灰分％系指经550℃燃烧比所剩的物质占干 重的百分率。

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。
理论需氧量的计算

可以根据废物氧化反应式简单计算理论通气量 已知合流污水污泥的化学成分C10H19O3N，其
Thermomonospora form osensis type strain
烟曲霉 Aspergillus
fumigatus
A dissolving cellulose fibre - Clostridium thermocellum bacteria barely visible
celostructure
第五章 固体废物的生物处理
1、城市固体有机废弃物现状

城市生活垃圾
– 1995年己超过1亿t，每年增长10％(全世界平均 年增长速度8.42％)。无害化处理的不足10％。

污水处理厂干污泥
– 每年产生约2 × 105 t，以湿污泥计约为(38~50) l05t，且以每年20％的速度增长。

农业废弃物
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 非反应器型：静态堆制工艺
反应器特点 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)
好氧堆制定义的含义

原料为可生物降解废物，固体或半固体； 人工控制下进行 ； 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；
4、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
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 。
堆制时间 堆制前 30d后 60d后
好气细菌与放线菌数量之比 80 35 30
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。
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；
– 作物秸秆、草木枝叶、人和畜禽粪便等。作物秸 秆每年产量约（5~6)l08t。（薪柴、就地焚烧） – 集约化畜禽生产，粪便年排放量约18.8×108 t。
2、固体有机废物的处理和处置原则
①
②
③
资源化、无害化和减量化 资源化 有机固体废物被称为“放错地点 的原料”，为“二次资源”或“再生资 源”，可用于生产生物能源、生物肥料和 饲料。 无害化 杀灭或去除固体废弃物中的病原 菌、害虫和寄生虫（害虫和寄生虫卵）、 杂草种子和有害化学物质，处置过程需符 合国家的无害化标准。 减量化 经过最终处理、处置的部分能减 量到最少的程度。
完全氧化的计量化学方程为
C10H19O3N + 12.5O2 = 10CO2 + 8H2O + 4NH3
(201)
(400)
1g的C10H19O3N 完全氧化约需要2g的O2。

实际供氧量为理论供应量的两倍。 不同时期供氧量也不一样，高温期是中 温期和熟化期的好几倍。 在机械化连续生产系统可通过测定排气 中氧和CO2的含量来衡量氧气情况。排 气中氧的体积浓度为14%~17％，CO2的 体积浓度为3%~6％为宜。若氧浓度降低 到10％以下，好气发酵会停止。
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)
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、腐熟堆肥的特征
① ② ③
表面呈白色或灰白色，内部呈黑褐色或 棕黑色： 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； 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。
Mushrooms (Agaricus bisporus) growing in compost
3、处理有机固体废物的方法

主要有堆制法、厌氧消化法、填埋法和焚烧法
处理方法
类型
应用
堆制法、厌氧消 生物处理法 处理可生物降解的 化法和填埋法 有机固体废物
处理不可随意排放 化学处理法 的危险性废物以及 生活垃圾等
Schematical presentation of the cellulosome of Clostridium thermocellum: CipA protein is drawn in green, catalytical components in orange, cell-wall binding components in blue, the bacterial cell in brown and the cellulose microfibril in black. The S-layer is punctuated. The cohesin modules are numbered 1 to 9. The binding of the enzymes to specific positions (cohesins) is hypothetical, as is the linear orientation of the scaffoldin. The scaffoldins (CipA) bound to OlpB are only sketched partially. All cellulosome components are not drawn to scale.