固体废物的生物处理.ppt
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• 堆温一般可达到65～70℃，或者更高。此时，嗜温菌受到 抑制或死亡，嗜热菌大量繁殖，逐渐替代嗜温菌的活动。
(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
按生成物表示的反应
以存C在a堆Hb肥Oc产Nd品表中示的固抗体性废有物机中物的(有稳机定物的，难以降C解w的Hx有Oy机N物z表)示， 则好氧分解反应可表示为：
（2）中温阶段(温度25～45℃)
• 此阶段嗜温菌最活跃，他们主要利用物料中 可溶解性的有机物，如糖类、淀粉，大量繁 殖，在转换和利用化学能的过程中释放出细 胞合成所需的多余能量，加上物料的保温作 用，使温度不断上升。
• 以细菌、真菌和放线菌为主的微生物在此阶 段迅速繁殖。
（3）高温阶段(温度>45℃)
• 实际上，堆肥化的好氧和厌氧是相对的，在好氧过程 中，由于原料颗粒较大且不均匀，不可避免存在厌氧 发酵过程；反之，由于密封不严，厌氧过程中也会有 好氧菌的作用。
好氧堆肥原理
好氧堆肥是以好氧菌为主的微生物对有机废物进行吸收、 氧化、分解的复杂生物化学反应过程。在堆肥过程中，好 氧菌通过自身的生命活动，以废物中的有机物为养料，将 其一部分氧化分解成简单的无机物并释放出微生物生长所 需的能量，将其另一部分合成为新的细胞物质，使微生物 生长繁殖。
基本概念和原理
• 固体废物的生物处理：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。
• 原理：采用生物处理技术，利用微生物（细菌、 放线菌、真菌）、动物（蚯蚓等）或植物的新陈 代谢作用，固体废物可通过各种工艺转换成有用 的物质和能源（如提取各种有价金属、生产肥料、 产生沼气、生产单细胞蛋白等），既能实现减量 化、资源化和无害化，又能解决环境污染问题。
a. 有机物的氧化反应(oxidizing reaction)
• 按反应物表示的反应 • 按生成物表示的反应
按反应物表示的反应
以CxHyOz表示固体废物中的不含氮的有机物，则好氧分解反应
可表示为：
CxH
yOz
x
1 2
y
1 2
z O2
xCO2
1 2
yH 2O 能量
以CsHtNuOv·aH2O表示固体废物中的含氮有机物，则好氧分
有机废物的好氧分解过程很复杂，可以下列通式表示：
有机物＋O2 微生物细胞质＋CO2＋H2O＋NH3＋SO4－2＋ ＋抗性有机物＋热量
好氧堆肥有机物的生物化学反应
根据微生物在降解有机物过程中的行为，有机物的生物化 学反应有以下三种：
• 有机物的氧化反应(oxidizing reaction) • 细胞质的合成反应(synthetic reaction) • 细胞质的分解反应(decomposition reaction)
能量
有机物的氧化反应表示细菌的异化作用，即将有机物转化 为其它物质的反应，根据上述两个化学反应式可以求出堆 肥化生物分解过程的理论需氧量。
b. 细胞质的合成反应(synthetic reaction)
细胞质的同化作用是以NH3作为氮源，细胞质的合成作用 包括有机物的氧化过程。
nCx H
yOz
NH 3
b.厌氧堆肥(anaerobic composting)
• 在无氧条件下，厌氧微生物对有机物进行分解转化的 过程。
• 厌氧堆肥的最终产物是CH4、CO2、热量和腐殖质。 • 厌氧堆肥过程中，空气与发酵原料隔绝，堆制温度低
，工艺较简单，成本低，对原料的适应性强，成品肥 中氮素保留较多，但工艺条件较难控制，堆肥周期长 ，有机物分解速度缓慢，处理效率低，容易产生恶臭 ，有机物分解不完全，产品质量低，肥效差。
• 堆肥化过程中发生的生物化学反应是极其复杂的， 目前尚难进行精确的描述。在实际设计和操作过程 中，通常根据温度的变化情况分为以下四个阶段 (见下图)。 –潜伏阶段 –中温阶段 –高温阶段 –熟化阶段
（1）潜伏阶段(温度在内25℃以下)
• 此阶段为堆肥化的初期阶段； • 是微生物适应新环境的过程，也叫驯化过程。
a.好氧堆肥(aerobic composting)
• 在有氧状态下，好氧微生物对有机废物进行分解转化的过 程。
• 最终产物主要是H2O、CO2、热量和腐殖质。 • 好氧堆肥主要用于处理城市垃圾，堆肥系统的温度一般为
50～65℃，最高可达80～90℃，堆肥周期短，能连续操作， 因此，也称为高温快速堆肥； • 好氧堆肥的肥料质量好，可以制作有机颗粒肥料。 • 不足之处：需要对原料进行比较严格的分选,需要强制通 风和机械搅拌,对设备要求高，运行能耗大，投资大等。
(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
按生成物表示的反应
以存C在a堆Hb肥Oc产Nd品表中示的固抗体性废有物机中物的(有稳机定物的，难以降C解w的Hx有Oy机N物z表)示， 则好氧分解反应可表示为：
（2）中温阶段(温度25～45℃)
• 此阶段嗜温菌最活跃，他们主要利用物料中 可溶解性的有机物，如糖类、淀粉，大量繁 殖，在转换和利用化学能的过程中释放出细 胞合成所需的多余能量，加上物料的保温作 用，使温度不断上升。
• 以细菌、真菌和放线菌为主的微生物在此阶 段迅速繁殖。
（3）高温阶段(温度>45℃)
• 实际上，堆肥化的好氧和厌氧是相对的，在好氧过程 中，由于原料颗粒较大且不均匀，不可避免存在厌氧 发酵过程；反之，由于密封不严，厌氧过程中也会有 好氧菌的作用。
好氧堆肥原理
好氧堆肥是以好氧菌为主的微生物对有机废物进行吸收、 氧化、分解的复杂生物化学反应过程。在堆肥过程中，好 氧菌通过自身的生命活动，以废物中的有机物为养料，将 其一部分氧化分解成简单的无机物并释放出微生物生长所 需的能量，将其另一部分合成为新的细胞物质，使微生物 生长繁殖。
基本概念和原理
• 固体废物的生物处理：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。
• 原理：采用生物处理技术，利用微生物（细菌、 放线菌、真菌）、动物（蚯蚓等）或植物的新陈 代谢作用，固体废物可通过各种工艺转换成有用 的物质和能源（如提取各种有价金属、生产肥料、 产生沼气、生产单细胞蛋白等），既能实现减量 化、资源化和无害化，又能解决环境污染问题。
a. 有机物的氧化反应(oxidizing reaction)
• 按反应物表示的反应 • 按生成物表示的反应
按反应物表示的反应
以CxHyOz表示固体废物中的不含氮的有机物，则好氧分解反应
可表示为：
CxH
yOz
x
1 2
y
1 2
z O2
xCO2
1 2
yH 2O 能量
以CsHtNuOv·aH2O表示固体废物中的含氮有机物，则好氧分
有机废物的好氧分解过程很复杂，可以下列通式表示：
有机物＋O2 微生物细胞质＋CO2＋H2O＋NH3＋SO4－2＋ ＋抗性有机物＋热量
好氧堆肥有机物的生物化学反应
根据微生物在降解有机物过程中的行为，有机物的生物化 学反应有以下三种：
• 有机物的氧化反应(oxidizing reaction) • 细胞质的合成反应(synthetic reaction) • 细胞质的分解反应(decomposition reaction)
能量
有机物的氧化反应表示细菌的异化作用，即将有机物转化 为其它物质的反应，根据上述两个化学反应式可以求出堆 肥化生物分解过程的理论需氧量。
b. 细胞质的合成反应(synthetic reaction)
细胞质的同化作用是以NH3作为氮源，细胞质的合成作用 包括有机物的氧化过程。
nCx H
yOz
NH 3
b.厌氧堆肥(anaerobic composting)
• 在无氧条件下，厌氧微生物对有机物进行分解转化的 过程。
• 厌氧堆肥的最终产物是CH4、CO2、热量和腐殖质。 • 厌氧堆肥过程中，空气与发酵原料隔绝，堆制温度低
，工艺较简单，成本低，对原料的适应性强，成品肥 中氮素保留较多，但工艺条件较难控制，堆肥周期长 ，有机物分解速度缓慢，处理效率低，容易产生恶臭 ，有机物分解不完全，产品质量低，肥效差。
• 堆肥化过程中发生的生物化学反应是极其复杂的， 目前尚难进行精确的描述。在实际设计和操作过程 中，通常根据温度的变化情况分为以下四个阶段 (见下图)。 –潜伏阶段 –中温阶段 –高温阶段 –熟化阶段
（1）潜伏阶段(温度在内25℃以下)
• 此阶段为堆肥化的初期阶段； • 是微生物适应新环境的过程，也叫驯化过程。
a.好氧堆肥(aerobic composting)
• 在有氧状态下，好氧微生物对有机废物进行分解转化的过 程。
• 最终产物主要是H2O、CO2、热量和腐殖质。 • 好氧堆肥主要用于处理城市垃圾，堆肥系统的温度一般为
50～65℃，最高可达80～90℃，堆肥周期短，能连续操作， 因此，也称为高温快速堆肥； • 好氧堆肥的肥料质量好，可以制作有机颗粒肥料。 • 不足之处：需要对原料进行比较严格的分选,需要强制通 风和机械搅拌,对设备要求高，运行能耗大，投资大等。