固体废物的生物处理(5)
宁平《固体废物处理与处置》配套题库 课后习题(第五章 固体废物的生物处理)【圣才出品】
第五章固体废物的生物处理1．简述固体废物堆肥化的定义，并分析固体废物堆肥化的意义和作用。
答：（1）固体废物堆肥化的定义堆肥化是指在人工控制的条件下，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转化的微生物学过程。
堆肥化的产物称为堆肥，即人工腐殖质。
（2）固体废物堆肥化的意义和作用①对固体废物进行处理消纳，实现稳定化、减量化、无害化；②促进固体废物的适用组分重新纳入自然循环；③将大量有机固体废物转化为有用物质和能源，实现固体废物的资源化。
2．分析好氧堆肥的基本原理，好氧堆肥化的微生物生化过程是什么?答：（1）好氧堆肥的基本原理好氧堆肥是好氧微生物在与空气充分接触的条件下，使堆肥原料中的有机物发生一系列放热分解反应，最终使有机物转化为简单而稳定的腐殖质的过程。
在堆肥过程中，微生物通过同化和异化作用，把一部分有机物氧化成简单的无机物，并释放出能量，把另一部分有机物转化合成新的细胞物质，供微生物生长繁殖，好氧堆肥基本原理如图5-1所示。
图5-1 好氧堆肥基本原理示意图（2）好氧堆肥化的微生物生化过程①潜伏阶段（又称驯化阶段）指堆肥化开始时微生物适应新环境的过程，即驯化过程。
②中温阶段（又称产热阶段）在此阶段，嗜温性细菌、酵母菌和放线菌等嗜温性微生物利用堆肥中最容易分解的可溶性物质，如淀粉、糖类等而迅速增殖，并释放热量，使堆肥温度不断升高。
当堆肥温度升到45℃以上时，即进入高温阶段。
③高温阶段在此阶段，嗜热性微生物逐渐代替了嗜温性微生物的活动，堆肥中残留和新形成的可溶性有机物质继续分解转化，复杂的有机化合物如半纤维素、纤维素和蛋白质等开始被强烈分解。
通常，在50℃左右进行活动的主要是嗜热性真菌和放线菌；温度上升到60℃时，真菌几乎完全停止活动，仅有嗜热性放线菌与细菌活动；温度升到70℃以上时，对大多数嗜热性微生物已不适宜，微生物大量死亡或进入休眠状态。
④腐熟阶段当高温持续一段时间后，易分解的有机物（包括纤维素等）已大部分分解，只剩下部分较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。
固体废物的生物处理.ppt
(nx
ny 4
nz 2
5x)O2
（C细5H胞7 N质02）＋（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
嗜热性微生物（细菌、放线菌和真菌的一些群落）；分 解残留可溶性物质，纤维素、半纤维素、蛋白质，温度 ↗45~70℃，可有效杀灭虫卵和病原菌
好
嗜温性微生物为主，残余有机物 被分解，腐殖质不断积累，温度
氧
↘40 ℃左右
堆
肥
过
程
微生物进入一个新环 嗜温性细菌、酵母菌、放线菌为主，分解最 境，微生物适应环境 易分解的可溶性物质——淀粉、单糖、蛋白 过程，温度不升高。 质等，产生大量热能，温度↗45℃
堆肥化过程(composting process)
Ca HbOc Nd
ny
2S 2
r
c
O2
nCwH xOy N zFra biblioteksCO2
rH 2O
(d
nx)HN3
能量
式中：S＝a nw
r 0.5 • b nx 3(d nx)
若有机物完全分解，则反应式表示为：
Ca H bOc N d
a
b 3d 4
C 2
O2
aCO2
b 3d 2
H 2O dHN3
解反应可表示为：
Cs H t N u Ov aH 2O bO2 Cw H x N y Oz CH 2O(堆肥) ＋dH 2O(气) eH 2O(水) fCO2 gNH 3 能量
固体废物处理与资源化-第五章 第二节 厌氧消化
主要有机物的水解反应：
蛋白质+nH2O→氨基酸＋脂肪酸＋NH3＋CO2＋H2S
C3H5(RCO)3O3H2OC3H5(OH)33RCOOH
(脂肪）
（甘油） （脂肪酸）
2(C6H10O5)nnH2OnC12H22O112nC6H12O6 （碳水化合物）（双糖） （单糖）
70(CH4)+30(C02)
5950
700
67(CH4)+33(C02)
5650
a. 理论产气量的计算
在计算沼气发酵原料的理论产气量时，必须首先分别测定 各种发酵原料中碳水化合物(A)、蛋白质(B)和脂肪(C)的 含量，然后用下式计算出每克发酵原料的CH4和CO2的理论 产量。 CH4产量E（L）＝0.37A+0.49B+1.04C CO2产量D（L）＝0.37A+0.49B+0.36C 式中的A、B、C可在表中查到。
例 ， 以 稻 草 为 原 料 ， 其 A 、 B 、 C 值 分 别 为 ： 0.6026 ， 0.0316，0.0321。则： E=0.37×0.6026+0.49×0.0316+1.04×0.0321=0.2718(L/g) D=0.37×0.6026+0.49×0.0316+0.36×0.0321=0.2500(L/g)
发酵原料料浆的配制计算
将所需的各种发酵原料配制成料浆，可根据料浆中所 要求的总固体百分含量计算出加水量。
MTSXXM W10% 0
式中：MTS一发酵料浆中总固体Wt％； M 一各种原料的总固体Wt％； X一各种原料的重量(kg)； W一需加入的水量(kg)
第五章-固体废物生物处理
例 固体废物好氧反应需氧量的计算。试计算氧化1000kg 有机固体废物的理论需氧量，已知：有机废物化学组成式 为C31H50NO26，反应后的残余物为200kg，残余有机物 的化学组成式为C11H14NO4，堆肥过程表示如下：
解：1、确定树叶和污泥的C、N量： 1kg树叶：干物质= 1*(1-50%)=0.5kg
N=0.5*0.7%=0.0035kg C=0.0035*50=0.175kg
1kg污泥：干物质=1*(1-75%)=0.25kg N=0.25*5.6%=0.014kg C=0.014*6.3=0.0882kg
2、堆肥的增产作用
增加土壤养分 提高农作物产量：10-30%
目前堆肥产品存在的问题
肥效低：混合收集；大量的街道清扫渣土；玻 璃；废电池；小石子，等等。
成本高：大量的前处理：人工分拣、磁选、破 碎、筛分、风力分选，等等；
第三节 固体废物的厌氧消化处理
1、厌氧消化定义
厌氧消化是指在厌氧状态下，利用厌氧微 生物，有控制地使废物中可生物降解的有 机物转化为CH4、CO2和稳定物质的生物化 学过程
好 氧 堆 肥 过 程
适应新 环境
嗜热性微生物、细菌；残留可溶性物质，纤 维素、半纤维素、蛋白质，温度↗45~70℃
嗜温性微生物、多为难分解物 质，温度↘
嗜温性细菌、酵母菌、放线菌分解最易分解的 可溶性物质，淀粉、糖类增多，温度↗45℃
三、堆肥化的影响因素及其控制
影
有机物含量
响
因 含水率
素
供氧量
含水率低于30%，分解速度缓慢，当水分低于 12%，微生物停止繁殖； 含水率超过65%，水会充满颗粒间空隙，使空气 含量减少，堆肥由好氧转向厌氧，温度急剧下降， 形成发臭的中间产物。
固体废物处理处置生物技术
01
高温阶段 堆肥温度上升到50℃以上时，即进 入堆肥过程的第二阶段一高温阶段。温 度上升到60℃时，真菌几乎完全停止活 动，温度上升到70℃以上时，对大多数 嗜热性微生物己不适宜，微生物大量死 亡或进入休眠状态，除一些孢子外，所 有的病原微生物都会在几小时内死亡， 其它种子也被破坏。
03
腐熟阶段 堆肥进入腐熟阶段，降温 后，需氧量大大减少，含水量 也降低，物料间隙率增大，氧 扩散能力强，此时只需自然通 风。
主发酵
主发酵可在露天或发酵装置内进行，通过翻堆或强制通风向堆积层或发酵装 置内的物料供给氧气。
发酵初期物质的分解是靠嗜温菌30－40℃为最适宜生长温度进行的，由于堆 温上升，最适宜温度为45－65℃的嗜热菌取代嗜温菌，堆温进入高温阶段。通常， 在严格控制通风量的情况下，将堆温升高至开始降低为止的阶段作为主发酵阶段。 对以生活垃圾为主体的城市垃圾和家畜粪便好氧堆肥而言，其主发酵期约为4－ 12天。
分批式发酵设备
餐厨废弃物处理厂生化处理车间
厌氧发酵
在无氧条件下，厌氧微生物将有机废弃物（包括城市垃圾、人畜粪便、植 物秸秆、污水处理厂的剩余污泥等）进行厌氧发酵，制成有机肥料，使固体废弃 物无害化的过程。
厌氧堆肥的原理和废水厌氧消化原理相同。不同的是：废水厌氧消化 是液体发酵，厌氧堆肥是固体发酵，其发酵过程如下所示： 有机物质+厌氧菌+二氧化碳+水→甲烷+氨+脂肪酸+乙醛+硫醇+硫化氢
4. 好氧堆肥的优点
好氧堆肥分解有机物快，产热量大，堆肥升温快而能保持高温时间长，可有效 杀死致病微生物和虫卵。
腐熟速率快，腐熟程度高， 除臭效果好, 异臭物质如氨、硫化氢和硫醇在好氧条件下转化为无臭味的氧化
《固体废弃物处理处置工程》考试复习重点
精心整理固体废物处理处置复习重点第一章绪论1. 解释：固体废物，固体废物处理，固体废物处置，危险废物，减量化，资源化，无害化，清洁生产。
固体废物：指在生产建设、日常生活和其他活动中产生的污染环境的固态、半固态废弃物质。
固体废物处理：是指通过不同的物化或生化技术，将固体废物转化为便于运输、贮存、利用以法。
，施。
2.3.定的具有毒害性、易燃性、腐蚀性、化学反应性、传染性和放射性的废物。
4. 工业固废和生活垃圾的污染控制措施？要想减少工业固体废物的污染，可采取以下主要控制措施：1. 积极推行清洁生产审核，实现经济增长方式的转变，限期淘汰固体废物污染严重的落后生产工艺和设备。
2. 采用清洁的资源和能源。
3. 采用精料。
4. 改进生产工艺，采用无废或少废技术和设备。
5. 加强生产过程控制，提高管理水平和加强员工环保意识的培养。
6. 提高产品质量和寿命。
精心整理7. 发展物质循环利用工艺。
8. 进行综合利用。
9. 进行无害化处理与处置。
生活垃圾污染的控制措施：1. 鼓励城市居民使用耐用环保物质资料，减少对假冒伪劣产品的使用。
2. 加强宣传教育，积极推进城市垃圾分类收集制度。
3. 改进城市的燃料结构，提高城市的燃气化率。
4. 进行城市生活垃圾综合利用。
5. 进行城市生活垃圾的无害化处理与处置，通过焚烧处理、卫生填埋处置等无害化处理处置措施，减轻污染。
5. 我国有哪些固体废物管理制度？6.第二章固体废物的收集、贮存及清运1. 如何确定每个收集点的容器数量？ P212. 确定城市生活垃圾收集线路时主要应考虑哪些因素？1、收运路线尽可能紧凑，避免重复或断续。
2、收运路线应能平衡工作量，使每个作业阶段、每条路线的收集和清运时间大致相等。
3、收运路线应避免在交通拥挤的高峰时间段收集、清运垃圾。
4、收运路线应当首先收集地势较高地区的垃圾。
5、收集路线起始点最好位于停车场或车库附近。
第三章固体废物的预处理1. 预处理技术主要有哪些？固体废物预处理技术包括：收集、压实、破碎、分选、脱水等。
固废
名词解释1．固体废物的生物处理：答：就是以固体废物中可降解的有机物为对象，通过生物（微生物）的作用使之转化为水、二氧化碳或甲烷等物质的过程。
2．compost：答：堆肥化（composting）就是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，以及由人工培养的工程菌等，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。
堆肥化的产物叫堆肥(compost）。
3．一次发酵：答：通常指堆肥开始到堆肥温度升高再到开始降低为止的阶段。
在发酵池内进行。
一次发酵期约为4－12天。
4．二次发酵：答：二次发酵时将主发酵工序尚未分解的易分解及较难分解的有机物进一步分解，使之变成腐植酸、氨基酸等比较稳定的有机物，得到完全成熟的堆肥成品。
一般，把物料堆积到1～2米高度进行后发酵，后发酵时间一般在20－30天。
5.堆肥的腐熟度：答：堆肥的腐熟度是指堆肥中的有机质经过矿化、腐殖化过程最后达到稳定的程度。
6.蚯蚓处理技术：答：生活垃圾的蚯蚓处理技术是指将生活垃圾经过分选，除去垃圾中的金属、玻璃、塑料、橡胶等物质后，经初步破碎、喷湿、堆沤、发酵等处理，再经过蚯蚓吞食加工制成有机复合肥料的过程。
简答题1．堆肥过程中的碳氮比如何控制？答：C是堆肥化反应的能量来源，是生物发酵过程中的动力和热源；N是微生物的营养来源，主要用于合成微生物体，是控制生物合成的重要因素，也是反应速率的控制因素。
如果C/N比值过小，容易引起菌体衰老和自溶，造成N源浪费和酶产量下降；如果C/N比值过高，容易引起杂菌感染，同时由于没有足够量的微生物来产酶，会造成C源浪费和酶产量下降，也会导致成片堆肥的碳氮比过高，这样堆肥施入土壤后，将夺取土壤中的氮素，使土壤陷入“氮饥饿”状态，影响作物生长。
因此，应根据各种微生物的特性，恰当地选择适宜的C/N比值，C/N最佳为(25-35)：1。
2．适于堆肥的原料有什么特性？答：堆肥原料特性有：(1)密度350~650kg／m3；(2)组成成分(湿重)％有机物含量不少于20％(3)含水率40％~60％；(4)碳氮比(C／N) 20:1～30:13．简述好氧堆肥化的基本工艺过程。
固体废物的生物处理
有机物的厌氧发酵分解
细胞物质 CO2、CH4 等、能量
一、厌氧消化原理
两段理论（重点）
将厌氧发酵分为产酸（酸性发酵）和产气（碱性发 酵）两个阶段，相应起作用的微生物分为产酸细菌和 产甲烷细菌。如下图所示
一、厌氧消化原理
二、好氧堆肥的工艺（重点）
1、前处理 以城市生活垃圾为堆肥原料时,包括破碎、分选、筛分 等工序 ；以家畜粪便、污泥等为堆肥原料时，主要任 务是调整水分和碳氮比，或者添加菌种和酶制剂，以促 进发酵过程正常或快速进行。 降低水分、增加透气性、调整碳氮比的主要方法是添 加有机调理剂和膨胀剂。 2、主发酵（一次发酵） 将堆肥化物料温度升高到开始降低为止的阶段，称为主 发酵阶段（或主发酵期）。堆肥过程的中温阶段和高温 阶段，时间约4～12天。
评估成熟堆肥的常用方法、指标和参数
化学方法 ⑤腐殖质：用NaOH提取的腐殖质(HS)可分为胡敏 酸/腐殖酸(HA)、富里酸(FA)及未腐殖化的组分 (NHF)。堆肥开始时一般含有较高的非腐殖质成分 及FA，较低的HA，随着堆肥过程的进行， FA保持 不变或稍有减少，而HA大量产生，成为腐殖质的主 要部分。 一些腐殖质参数相继被提出，如腐殖化指数(HI)： HI=HA/FA；腐殖化率(HR)：HR=HA/(FA+NHF) 。 当HI值达到3，HR达到1.35时堆肥已腐熟。
堆肥发酵周期的长短是评价堆肥工艺好坏的一个 重要指标。碳氮比、通风量、温度和水分等是否处 于最佳条件均能使发酵周期受到直接影响。传统的 静态堆肥法，依靠自然通风和翻堆来实现好氧堆肥 的全过程，因此，发酵周期需时2~3个月，有时甚至 长达半年。而目前一些高效快速动态堆肥技术，可 使堆肥发酵周期控制在7d以内，有的一次发酵时间 仅需2~3d。
固体废物处理与处置(厌氧发酵)ppt课件
(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。
固体废物生物处理
堆肥中的微生物学
原核细胞类型
细菌 蓝绿藻
ห้องสมุดไป่ตู้
微生物 真核细胞类型
直菌 藻类
霉菌 酵母菌
原生动物
堆肥的微生物学过程
好氧堆肥的微生物学过程可大致分为如下三个阶段 ，每个阶段都有其独特的微生物类群：
1）、产热阶段：堆肥初期（通常在1-3天），肥堆 中嗜温性微生物利用可溶性和易降解性有机物作为营 养和能量来源，迅速增殖，并释放出热能，使肥堆温 度不断上升。此阶段温度在室温至45℃范围内，微生 物以中温、需氧型为主，通常是一些无芽胞细菌。
其发酵工艺流程见2-7
通常在堆置后每4-7天可翻堆一次，1个月后可停止翻堆，让其后 熟。 对于垃圾堆肥，堆肥前必须进行前处理，主要是对垃圾分选，去 除粗大的无机物，回收各种金属，玻璃，塑料等，提高物料中可 堆肥物质的比例。在前处理中有时需要对垃圾进行破碎处理，调 整垃圾的粒度，适宜的粒度范围是12～60mm。破碎与筛分可使原 料的表面积增大，便于微生物繁殖，提高发酵速度。垃圾堆肥通 常不需要加调理剂和蓬松剂，只有水分含量适宜，有机物含量达
3）、腐熟阶段：
➢在高温阶段末期，只剩下部分较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。此时嗜 温性微生物再占优势，对残留较难分解的有机物作进一步分解 ，腐殖质不断增多且趋于稳定化，此时堆肥进入腐熟阶段。
➢降温后，需氧量大量减少，肥堆空隙增大，氧扩散能力增强， 此时只需自然通风。在强制通风堆肥中常见的后熟处理，即是 将通气堆翻堆一次后，停止通气，让其腐熟。
废弃物经过堆肥处理后，结构蓬松，无臭，病原菌能被大 幅度灭活，体积减少，水分含量降低。另外，废弃物腐殖化程 度极大提高，农地利用不会出现烧苗，烧根的现象。而且能极 大改善土壤结构性能，提高土壤保水保肥能力，堆肥本身又富 有大量的微生物，因而施用堆肥可明显提高土壤的生物活性， 可有效加速土壤物质的生物化学循环。
固体废弃物的生物处理
堆肥腐熟度评价 指标
• 工艺指标 温度 • 耗氧速率400 mg/(kg·h)
• 物理学指标 •气味/粒度/色度 •
固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste
1
参 考
好氧堆肥处理
[1] 柴晓利,张华,赵由才.固体废物堆肥原理与技术[M].化学工业 出版社.2005年9月 [2] 王岩.殖业固体废弃物快速堆肥化处理[M].化学工业出版社. 2005年8月 [3]
2
参 考
1月
厌氧消化处理
[1] 周孟津,张榕林,蔺金.沼气实用技术.化学工业出版社.2004年
资
料
[2] /
[3] .cm
固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste
CO2,H2O,NH3,PO + 32异化作用 4 , O4 转入环境
能量
释放、转化 为热
固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste
1
好 氧 堆 肥 过 程
适应新 环境
好氧堆肥处理
嗜热性微生物、细菌；残留可溶性物质，纤 维素、半纤维素、蛋白质，温度↗45~70℃ 嗜温性微生物、多为难分解物 质，温度↘
嗜温性细菌、酵母菌、放线菌分解最易分解的 可溶性物质，淀粉、糖类增多，温度↗45℃
固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste
1
好氧堆肥处理
供氧量 颗粒度
影 含水率 C/N和C/P 堆肥化效果 响 pH 因 1 温度和有机物含量 2 6 3 4 5 素 前处理 主发酵 后发酵 后处理 脱臭 贮存 夏冬需贮存， 及 分选、破 发酵仓或 进一步分 分选设备 产生氨、硫化氢、 碎、筛分、 露天堆积，解难分解 去除塑料、甲基硫醇、胺类 容纳6个月的 工 混合、养 强制或翻 有机物， 玻璃金属、等。化学除臭剂；贮存设备；干 燥透气 堆搅拌供 条堆或静 小石块； 碱、水溶液过滤； 艺 分及水分 调节 氧主发酵 态堆肥， 加入N、P、 熟堆肥、沸石等
宁平《固体废物处理与处置》配套题库 章节题库(第五章 固体废物的生物处理)【圣才出品】
第五章固体废物的生物处理一、名词解释1．厌氧消化答：厌氧消化又称厌氧发酵，是指在厌氧状态下利用厌氧微生物使固体废物中有机物转变为CH4和CO2的过程。
厌氧消化具有过程可控性、降解快、生产过程全封闭且产物可再利用的特点。
厌氧消化可以去除废物中30％～50％的有机物并使之稳定化。
由于能源危机和石油价格的上涨，许多国家开始寻找新的替代能源，使得厌氧消化技术显示出其优势。
2．固体废物的生物处理答：固体废物的生物处理是指直接或间接利用生物体的机能，对固体废物的某些组成进行转化以建立降低或消除污染物产生的生产工艺，或者能够高效净化环境污染，同时又生产有用物质的工程技术。
利用生物处理有机固体废物是一种投资少、见效快、简单易行且效益高的工艺技术。
3．堆肥化答：堆肥化是指在人工控制的环境下，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转化的微生物学过程。
堆肥化实际上是利用微生物在一定条件下对有机物进行氧化分解的过程，因此根据微生物生长的环境可以将堆肥化分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种。
4．一级发酵答：一级发酵又称主发酵，是指在堆肥时，由于原料和土壤中存在微生物的作用开始发酵，首先是易分解的物质分解，产生二氧化碳和水，同时产生热量，使堆温上升的过程。
微生物吸收有机物的碳氮营养成分，在细菌自身繁殖的同时，将细胞中吸收的物质分解而产生热量。
5．腐熟度答：腐熟度是指堆肥中的有机质经过矿化、腐殖化过程最后达到稳定的程度，是衡量堆肥进行程度的指标。
由于堆肥的腐熟度评价是一个很复杂的问题，迄今为止，还未形成一个完整的评价指标体系。
评价指标一般可分为物理学指标、化学指标、生物学指标以及工艺指标。
6．微生物浸出答：微生物浸出是指利用微生物及其代谢产物氧化、溶浸废物中的有价金属组分，使其得以利用的过程，又称生物冶金。
主要用于回收含硫矿业固体中的有价金属，如铜、金、铀、钴、镍、锰、锌、银、铂、钛。
第五章 固体废物的生物处理
m C = 50 × 0.0035 = 0.175 kg
对于1kg 1kg的污泥 ②对于1kg的污泥 m水 = 1 × 0.75 = 0.75kg
m干物质 = 1 − 0.75 = 0.25kg
mC = 6.3 × 0.014 = 0.0882kg
堆肥化原理和影响因素（ 二、堆肥化原理和影响因素（P127) 好氧微生物使堆肥原料中的有机 （一）原理 物转化为稳定的腐殖质过程。 物转化为稳定的腐殖质过程。 1、好氧堆肥原理 、好氧堆肥原理 合成 腐殖 细胞物质 + 物质 堆肥有机物
(含C、H、O、N 、 S 、P)， P)， 氧，微生物 (同化作用) 同化作用) (微生物繁殖) 微生物繁殖)
s = a − nw
y=1，z=4,可得 由a=31,b=50,c=1,d=26,w=11,x=14, y=1，z=4,可得
] r = 0.5[50 − 0.76 × 14 − 3 × 1 − 0.76 × 1）= 19.32 （
s = 31 − 0 .76 × 11 = 22 .64
4）堆肥过程所需氧量
固体物质变成溶于水的 物质。细菌再将其分 物质。 解成不同的产物。 解成不同的产物。
0 .175 + x （0 .0882） = 25 0 .0035 + x （0 .0014） x = 0 .33 kg
计算混合后的C/N C/N和含水率 （3）计算混合后的C/N和含水率 对于0.33kg 0.33kg的污泥 ①对于0.33kg的污泥
m 水 = 0.33 × 0.75 = 0.25 kg
图5-2 好氧堆肥化过程示意图
潜伏阶段(驯化阶段) （1）潜伏阶段(驯化阶段)： 中温阶段（产热阶段） （2）中温阶段（产热阶段） 嗜温性微生物利用废物中的可溶性物质大量繁殖， 可溶性物质大量繁殖 嗜温性微生物利用废物中的可溶性物质大量繁殖，并 释放热量，堆层温度不断上升。 释放热量，堆层温度不断上升。 （3）高温阶段 堆层温度达到45℃以上：以嗜热性微生物为主。可溶 堆层温度达到45℃以上：以嗜热性微生物为主。 45℃以上 性有机物质继续分解，复杂的有机物质开始被强烈分解 开始被强烈分解。 性有机物质继续分解，复杂的有机物质开始被强烈分解。 腐熟阶段：易分解的有机物大部分被分解， （4）腐熟阶段：易分解的有机物大部分被分解，微生物 活性下降，温度降低，腐殖质增多。 活性下降，温度降低，腐殖质增多。
第五章 固体废物的生物处理
第五章固体废物的生物处理--习题与思考
1．简述固体废物堆肥化的定义，并分析固体废物堆肥化的意义和作用。
2．分析好氧堆肥的基本原理，好氧堆肥化的微生物生化过程是什么？
3．简述好氧堆肥的基本工艺过程，探讨影响固体废物堆肥化的主要因素。
4．如何评价堆肥的腐熟程度？
5．何谓厌氧发酵？简述厌氧发酵的生物化学过程。
6．分析厌氧发酵的三阶段理论和两阶段理论的异同点。
7．影响厌氧发酵的因素有哪些？在进行厌氧发酵工艺设计时应考虑哪些问题？
8．厌氧发酵装置有哪些类型？试比较它们的优缺点。
9．简述生活垃圾蚯蚓处理的工艺流程。
为什么可以用蚯蚓处理农业废弃物？
10．分析蚯蚓处理固体废弃物的优点及其局限性。
11．用一种成分为C31H50NO26的堆肥物料进行实验室规模的好氧堆肥试验。
试验结果，每1000堆料
在完成堆肥化后仅剩200kg，测定产品成分为C11H14NO4，试求每1000kg物料的化学计算理论需
氧量。
12. 废物混合最适宜的C/N比计算：树叶的C/N比为50，与来自污水处理厂的活性污泥混合，活性污
泥的C/N比为6.3。
分别计算各组分的比例使混合C/N比达到25。
假定条件如下：污泥含水率为
75%；树叶含水率为50%；污泥含氮率为5.6%；树叶含氮率为0.7%。
固废的生物处理
固废的生物处理技术:利用微生物的新城代谢作用使固体废物分解，矿化或氧化的过程，称为固体废物的生物处理技术。
包括 生物转化技术生物冶金技术*利用微生物及其代谢产物氧化、溶浸废物中的有价组分，使废物中有价组分得以利用的过程，称为微生物浸出也称生物冶金。
*适用：回收矿物固体中的有价金属，如铜、金、锢、镍、锰等。
一、冶金用微生物生物冶金工业用的微生物种类很多，主要有氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌、铁氧化钩端螺菌和嗜酸热硫化叶菌等。
表11-5 浸矿细菌种类及其主要生理特征二．生物冶金机理：细菌的直接作用；细菌的间接催化作用（1）细菌的直接作用：认为附着于矿物表面的细菌能直接催化矿物而使矿物生物冶金 细菌名称 主要生理特征 最佳生存pH 氧化铁硫杆菌 氧化铁杆菌 氧化硫铁杆菌 氧化硫杆菌 聚生硫杆菌Fe 2+→Fe 3+，S 2O 32-→SO 42-Fe 2+→Fe 3+ S →SO 42-，Fe 2+→Fe 3+ S →SO 42-，S 2O 32-→SO 42 S →SO 42-，H 2S →SO 42-2.5～5.33.5 2.8 2.0～3.5 2.0～4.0氧化分解，并从中直接得到能源和其他矿物营养元素满足自身生长需要。
如细菌浸铜;（2）细菌的间接作用认为是依靠细菌的代谢产物—硫酸铁的氧化作用，细菌间接地从矿物中获得生长所需的能源和基质。
三、生物冶金方法：槽浸；堆浸；原位浸出（1）槽浸：一般适用于高品位、贵金属的浸出，将细菌酸性硫酸高铁浸出剂与废物在反应槽中混合，机械搅拌通气或气升搅拌，然后从浸出液中回收金属。
(2)堆浸：在倾斜的地面上，用水泥、沥青登台砌成不渗漏的基础盘床，把含量低的矿业固体废物堆积在其上，从上部不断喷洒细菌酸性硫酸高铁浸出剂，然后从流出的浸出液中回收金属。
OH CuSO O SO H S Cu OH SO Fe CuSO O SO H CuFeS 242422232424222212422182+−−→−++++−−→−++细菌细菌）（42422222272SO H FeSO O H O FeS +=++OH SO Fe O SO H FeSO 234224242224+−−→−++）（细菌O H SO Fe O SO H FeSO SO H O H O S SFeSO SO Fe FeS 2342242442220434222224223223+−−→−++−−→−+++=+）（）（细菌细菌42422222272SO H FeSO O H O FeS +=++(3)原位浸出：利用自然或人工形成的矿区地面裂缝，将细菌酸性硫酸高铁浸出剂注入矿床中，然后从矿床中抽出浸出液回收金属。
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原果胶+H2O
原果胶酶
可溶性果胶+聚戊糖
可溶性果胶+H2O 果胶酸+H2O
果胶甲脂酶 聚半乳糖酶
果胶酸+甲醇 半乳糖醛酸
淀粉的生物转化
• 一种多糖，分子式(C6H10O5)1200 • 异养微生物的能源和碳源
糊精酶 麦牙糖苷酶 葡萄糖苷酶
好氧分解
CO2+H2O
淀粉
糊精
丙酮-丁醇发酵 丁酸发酵
麦牙糖
堆肥化系统分类
• 按堆制方式 – 间歇堆积法 – 连续堆积
• 按发酵所处状态 – 静态发酵法 – 动态发酵法
• 按堆制过程的氧程度 – 好氧法 – 厌氧法
好氧堆肥
• 什么是好氧堆肥？
– 在有氧条件下，好氧菌对废物进行吸收、氧化、分解。 微生物通过自身的生命活动，把一部分被吸收的有机物 氧化成简单的无机物，同时释放出可供微生物生长活动 所需的能量，而另一部分有机则被合成新的细胞质，使 微生物不断生长繁殖，产生出更多的生物体的过程。
1 2
z)O2
xCO2
1 2
yH 2O
能量
– 含氮有机物(CsHtNuOv·aH2O)氧化
Cs Ht NuOv aH2O bO2 CwH x N yOz cH2O(堆肥)
dH2O(气) eH2O(水) f CO2 gNH3 能量
葡萄糖 厌氧分解
丙酮+丁醇+乙酸+CO2+H2
丁酸+乙酸+CO2+H2
乙醇+CO2
脂肪类物质的生物转化
脂肪 类脂质
蜡质
+H2O 脂肪酶类
+H2O 磷脂酶类
+H2O 酯酶类
甘油+高级脂肪酸 甘油或其他醇类+高级脂肪酸
高级醇+高级脂肪酸
蛋白质的生物转化
• 生物体的一种主要组成物质和营养物质 • 存在工业废水、生活污水和城市生活垃圾 • 分解有两个阶段：胞外水解和胞内分解
堆肥产品质量要求
• 粒度 – 农用堆肥产品粒度≤ 12mm – 山林果园用堆肥产品粒度≤ 50mm
• 含水率 – ≤ 35%
• pH值 – 6.5~8.5
• 全氮 – 以N计，≥0.5%
堆肥产品质量要求
• 全磷 – 以P2O5计，≥1.0%
• 全钾 – 以K2O计，≥10%
• 有机质 – 以C计，≥10%
微生物对固体废物的转化
• 纤维素的生物转化 • 半纤维素的转化 • 果胶质的转化 • 淀粉的生物转化 • 脂肪类物质的生物转化 • 蛋白质的生物转化 • 木质素的生物降解
纤维素的生物转化
• 分子式(C6H10O5)1400~10000,有机固体废物的重要成分。 • 分解微生物：细菌、放线菌、微生物
分解 (异化作用)
释放或 转换为热
CO2、H2O、NH3、 PO43-、SO42-
+
能量
随水或气体排入环境
合成
细胞物质
(同化作用) (微生物繁殖) 提供生物合成用
好氧堆肥原理
• 有机物氧化
– 不含氮的有机物(CxHyOz)的氧化
CxH
yOz
(x
1 2
y
• 分解微生物主要有：好氧细菌、兼性厌氧菌、厌氧 菌、真菌和放线菌
蛋白质
蛋白酶 (内肽酶)
蛋白胨
蛋白酶 (内肽酶)
多肽
肽酶 (内肽酶)
氨基酸
木质素的生物降解
• 高分子芳香族聚合物，存于植物组织细胞壁中 • 结构十分复杂，最难分解
CH2CH2CH3
H3CO
CH CHCH2OH
苯丙烷
OH 松柏醇
• 由木质素降解菌先降解为芳香族化合物，再由多 种微生物继续分解。
• 促进自然界物质循环与人类社会化物质循环的统一 – 生产堆肥来施肥、改造土壤，回归农田生态系统
• 将大量有机固体废物通过各种工艺转换成有用的物 质和能源 – 产生沼气、生产葡萄糖、微生物蛋白质
生物处理的分类
• 好氧生物处理 – 在提供游离氧的条件下，以好氧微生物为主使有机物降解、稳定的无害 化处理
固体废物的堆肥化
• 堆肥化(Composting) – 在控制条件下，利用自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物， 促进来源于生物的有机废物发生生物稳定作用，使可被生物降解的有机 物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程。
• 堆肥 – 废物经过堆肥化处理，制得的成品叫做堆肥。 – 它是一类腐殖质含量很高疏松物质，也称腐殖土。废物经过堆制，体积 一般只有原体积的50~70%。
固体废物的生物处理
基本概念
• 什么是生化降解？ – 依靠自然界广泛分布的微生物的作用，通过生物转化，将固体废物中易 于生物降解的有机组分转化为腐殖肥料、沼气或其他化学转化品，如饲 料蛋白、乙醇或糖类，从而达到固体废物无害化的一种处理方法。
生物降解的意义
• 对城市固体废物进行处理，实现稳定化、无害化 – 减轻城市垃圾的大量堆积，影响市容
• 厌氧生物处理 – 没有游离氧的情况下，以厌氧微生物为主对有机物进行降解、稳定的无 害化处理
生物处理的应用
• 堆肥化 – 固体废物堆肥处理，可生产有机肥，改善土壤性能和提高肥力，维持农 作物高效高产。
• 沼气 – 在隔绝空气和保持一定水分、温度、酸碱度条件下，经过多种微生的发 酵作用产生的以甲烷为主的气体混合物。 – 污泥厌氧消化、填埋场生物降解产生沼气
好氧分解
CO2+H2O
半纤维素
+H2O 聚糖酶
单糖+糖醛酸
厌氧分解
发酵的种产物
果胶质的转化
• 天然不溶性物质，高等植物的主要成分
• 主要由D-半乳糖醛通过α-1,4-糖苷键连接而成的直链高分 子化合物
• 分解微生物有好氧菌(枯草杆菌、多粘芽孢杆菌)、厌氧菌 (蚀果胶梭菌、费新尼亚浸麻梭菌)、真菌(青霉、曲霉、木 霉)和放线菌
• 降解过程
纤维素酶 纤维素
纤维二糖酶 纤维二糖
氧化酶 葡萄糖
CO2+H2O
丙酮-丁醇发酵 丁酸发酵
丙酮+丁醇+乙酸+CO2+H2 丁酸+乙酸+CO2+H2
半纤维素的生物转化
• 存在于植物细胞壁中，含量很高
• 一般由聚戊糖、聚已糖和聚糖醛酸等组成
• 也有由木聚糖、半乳糖或粮醛等组成
• 分解速度比纤维素快
• 重金属含量 – 总镉≤3mg/kg – 总汞≤5mg/kg – 总铅≤100mg/kg – 总铬≤300mg/kg – 总砷≤30mg/kg
堆肥作用
• 土质松软，多孔隙，易耕作，增加保水性、透气性 及渗水性，改善土壤的物理性能。
• 保住土壤养分．提高保肥能力。 • 螯合作用 • 缓冲作用 • 调节植物生长的作用，有助于根系发育和伸长 • 增加土壤中微生物数量 • 作为CO2的供给源