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固体废物的微生物处理

来源: 作者: 发布时间:2007-11-24  

固体废弃物按其性状可分为有机废物和无机废物或固体废物和泥状废物;按其来源可分为矿业废物、工业废物、城市垃圾、污水处理厂污泥、农业废弃物和放射性废物等。本节简述城市垃圾、污水处理厂污泥和农业废弃物的微生物处理问题。

近年来,城市垃圾数量猛增,但几乎95%的垃圾未经处理,一般堆积于城郊或倒入江河,到1988年为止,我国垃圾堆放量已达66×108t之多,占地面积536平方公里。我国几个城市的垃圾成分见表7-1

我国城市污水处理厂每年产生的干污泥约20×104t,以湿污泥计约为380×104t500×104t,并以每年20%的速度递增,污泥中含有丰富的氮、磷、钾等营养物质。

农业废弃物主要包括作物桔杆、树木茎叶、人畜粪便等等,主要指含有纤维素、半纤维素的废弃物。以上三大类固体废弃物都含有大量的有机物,通过微生物的活动,可以使之稳定化、无害化、减量化和资源化,其主要的处理方法有卫生填埋、堆肥、沼气发酵和纤维素废物的糖化、蛋白质化、产乙醇等等。

一、堆肥

堆肥化就是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物,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。堆肥化的产物称为堆肥。根据处理过程中起作用的微生物对氧气要求的不同,堆肥可分为好氧堆肥法(高温堆肥)和厌氧堆肥二种。

1.好氧堆肥法 好氧堆肥法是在有氧的条件下,通过好氧微生物的作用使有机废弃物达到稳定化、转变为有利于作物吸收生长的有机物的方法。堆肥的微生物学过程如下:

1)发热阶段 堆肥堆制初期,主要由中温好氧的细菌和真菌,利用堆肥中容易分解的有机物,如淀粉、糖类等迅速增殖,释放出热量,使堆肥温度不断升高。

2)高温阶段 堆肥温度上升到50以上,进入了高温阶段。由于温度上升和易分解的物质的减少,好热性的纤维素分解菌逐渐代替了中温微生物,这时堆肥中除残留的或新形成的可溶性有机物继续被分解转化外,一些复杂的有机物如纤维素、半纤维素等也开始迅速分解。

由于各种好热性微生物的最适温度互不相同,因此随着堆温的变化,好热性微生物的种类、数量也逐渐发生着变化。在50左右,主要是嗜热性真菌和放线菌,如嗜热真菌属(Thermomyces)、嗜热褐色放线菌(Actinomyces thermofuscus)、普通小单胞菌(Mi-cromonospora vulgaris)等。温度升至60时,真菌几乎完全停止活动,仅有嗜热性放线菌与细菌在继续活动,分解着有机物。温度升至70时,大多数嗜热性微生物已不适应,相继大量死亡,或进入休眠状态。

高温对于堆肥的快速腐熟起到重要作用,在此阶段中堆肥内开始了腐殖质的形成过程,并开始出现能溶解于弱碱的黑色物质。同时,高温对于杀死病原性生物也是极其重要的,一般认为,堆温在5060,持续6d7d,可达到较好的杀死虫卵和病原菌的效果。

3)降温和腐熟保肥阶段 当高温持续一段时间以后,易于分解或较易分解的有机物(包括纤维素等)已大部分分解,剩下的是木质素等较难分解的有机物以及新形成的腐殖质。这时,好热性微生物活动减弱,产热量减少,温度逐渐下降,中温性微生物又渐渐成为优势菌群,残余物质进一步分解,腐殖质继续不断地积累,堆肥进入了腐熟阶段。为了保存腐殖质和氮素等植物养料,可采取压实肥堆的措施,造成其厌氧状态,使有机质矿化作用减弱,以免损失肥效。

堆肥中微生物的种类和数量,往往因堆肥的原料来源不同而有很大不同。

对于农业废弃物,以一年生植物残体为主要原料的堆肥中,常见到以下微生物相变化特征:细菌、真菌纤维分解菌放线菌能分解木质素的菌类。

在以城市污水处理厂剩余污泥为原料的堆肥中,可见如表7-2所示的微生物相变化。堆肥堆制前的脱水污泥中占优势的微生物为细菌,而真菌和放线菌较少。在细菌的组成中,一个显著特征是厌氧菌和脱氮菌相当多,这与污泥含水量多、含易分解有机物多、呈厌氧状态有关。

30d堆制后(期间经过65高温,后又维持在50左右),细菌数有了减少,但好氧性细菌比原料污泥只是略有减少,仍保持着每克干物质107个的数量级,厌氧性细菌比原料污泥减少了大约100倍,真菌数量并没有明显增长,氨化细菌和脱氮菌却有明显的增加,说明堆肥中发生着硝化和反硝化过程,这与堆肥污泥中既存在着适于硝化细菌活动的有氧微环境,也存在着适于脱氮菌活动的无氧微环境有关。

堆制到60d,可见各类微生物的数量都下降了,但此时,好氧性细菌仍然占优势,真菌和放线菌较少。从以上分析中可知,剩余污泥堆肥中一般都是细菌占优势。

城市垃圾的堆肥中,与污泥堆肥一样是细菌占优势,但与污泥堆肥相比放线菌更少。另外还出现在腐熟初期丝状菌增加,随后又减少的现象。由于对植物有害的微生物不少是丝状菌,因此堆肥中丝状菌的减少是很重要的。

好氧堆肥工艺主要包括堆肥预处理、一次发酵、二次发酵和后处理四个阶段。堆肥工艺的主要参数为:一次发酵其含水率45%~60%,碳氮比30351,温度5565,周期3d10d。二次发酵其含水率小于40%,温度低于40,周期30d40d

2.厌氧堆肥法 在不通气的条件下,将有机废弃物(包括城市垃圾、人畜粪便、植物秸杆、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。堆肥方式与好氧堆肥法相同,但堆内不设通气系统,堆温低,腐熟及无害化所需时间较长。然而,厌氧堆肥法简便、省工,在不急需用肥或劳力紧张的情况下可以采用。一般厌氧堆肥要求封堆后一个月左右翻堆一次,以利于微生物活动使堆料腐熟。

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