固体废物的生物处理(5)

堆肥有机物 (含C、N、H、P、S)
氧、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பைடு நூலகம்
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
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、真菌
• 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
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
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%
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
• 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%。
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。
• 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
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
• 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
• 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。
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