第十二章 微生物和 与环境工程 环境微生物学.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * Figure: 19-05 Caption: Formation of a bacterial biofilm. The biofilm begins with attachment of a few cells, after which growth and intercellular communication occurs. Polysaccharide formation occurs and becomes more extensive as the biofilm grows. * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第三节 废物生物处理 废物(solid waste): 指在生产、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。 城市垃圾(municipal refuse): 指城市日常生活中产生的废物，含有机物以及大量细菌、病毒、寄生虫卵、杂草种子等。 * * 高温堆肥(composting): 依靠天然微生物，在分解与合成过程中，将可生物降解的有机物转化为腐熟稳定的类似腐殖质的产品。 堆肥(compost): 在微生物作用下，由城市垃圾发酵、腐熟而成的类似腐殖质的产品。 返回 * * 一、高温堆肥原理 （一）高温堆肥的生化反应 1. 有机物分解 （1）不含氮有机物（CxHyOz） CxHyOz + (x+0.5y-0.5z)O2 → xCO2 + 0.5yH2O + 能量 （2）含氮有机物（CsHtNuOv·aH2O） CsHtNuOv·aH2O + bO2 → CwHxNyOz·cH2O(堆肥) + dH2O(气) + eH2O(液) + fCO2 + gNH3 + 能量 * * 2. 细胞物质合成 n (CxHyOz) + NH3 + (nx+0.25ny–0.5nz-5)O2→C5H7NO2(细胞) + (nx–5)fCO2 + 0.5(ny–2)H2O + 能量 * * 3. 细胞物质分解 C5H7NO2(细胞) + 5O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3 + 能量 * * （二）高温堆肥的微生物学过程 1. 发热阶段 堆肥初期，微生物生长旺盛，有机物被迅速分解，并释放出大量热能，堆体温度逐渐提高，称为发热阶段。在此阶段，被分解的有机物主要是堆料中的易分解成分，如单糖、淀粉、蛋白质等。堆料中的微生物以嗜温性好氧菌为主，包括细菌、放线菌和真菌等。随着堆体温度升高，嗜温性微生物逐渐被嗜热性微生物取代。 * * 2. 高温阶段 堆料中的微生物开始大量分解复杂有机物（如纤维素、半纤维素、果胶质等），同时开始合成腐殖质类物质。由于持续释放热能，堆体温度升到50℃以上，即进入高温阶段。在此阶段，嗜热性微生物成为优势菌群，常见的优势菌群有嗜热真菌和嗜热放线菌。堆体温度超过60℃时，嗜热真菌停止活动，嗜热放线菌和嗜热芽孢杆菌渐占优势。堆体温度上升到70℃以上时，嗜热性微生物大量死亡或进入休眠状态，有机物的分解仍可在各种酶的作用下继续进行。但这种酶解作用很快衰退，热能释放量减少，堆体温度随之下降。温度降至70℃以下时，处于休眠状态的嗜热性微生物恢复活动，热能释放量增大，堆体温度回升。如此循环，堆体可维持一个相当较长的高温阶段。 * * 3. 降温阶段 高温阶段持续一段时间后，纤维素、半纤维素、果胶质等大部分被分解，堆料中只残留一些很难分解的复杂成分和新形成的腐殖质类物质。微生物活动减弱，发热量下降，进入降温阶段。当温度降至40℃以下时，中温微生物取代高温微生物而再次占据优势，并对残余有机物作进一步分解。最终堆料趋于腐熟，成为堆肥。 返回 * * 二、高温堆肥技术 1. 前处理 前处理包括破碎、分选、筛分等工序。分选用于去除不能用于堆肥生产的物料；破碎用于增大堆料的表面积，促进微生物分解；筛分用于提高物料的均一性，以利发酵过程控制。从理论上讲，垃圾粒径越小，越有利于微生物附着；但粒径过小会影响堆体通气。堆料粒径一般控制在12~60 mm。 * * 2. 主发酵（一次发酵） 在微生物作用下，堆料中的有机物被迅速分解，释放大量热能，致使堆体温度升高。通常把堆温开始上升到堆温开始下降所持续的微生物作用，称为主发酵（又称一次发酵）。经过主发酵，堆料中的有机物大部分被分解。以城市生活垃圾