微生物处理固体废弃物研究进展.docx

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微生物处理固体废弃物研究进展

武汉生物工程学院高等教育自学考试

毕业论文

论文题目：

微生物处理固体废弃物研究进展

指导老师：

     范 萌     

专  业：

     生物工程     

准考证号：

    0    

作者姓名：

     李德旺     

答辩时间：

    2016年6月15日  

目 录

摘 要  II

关键词  II

前言  1

1固体废弃物的概念与分类  1

1.1固体废弃物的概念  1

1.2固体废弃物的分类  1

1.2.1城市固体废弃物  1

1.2.2工业固体废弃物  1

1.2.3农业固体废弃物  1

1.2.4危险废弃物  1

2固体废弃物对环境的危害  2

2.1对土壤环境的危害  2

2.2对水体环境的污染  2

2.3对大气环境的污染  2

2.4占用大量土地  2

2.5影响环境卫生和市容  2

3微生物处理固体废弃物的方法  2

3.1好氧堆肥法  3

3.2厌氧堆肥法  3

4总结  4

参考文献  4

致 谢  5

微生物处理固体废弃物研究进展

摘 要

针对中国的固体废弃物产生量逐渐增多的现状，从工业固体废物、城市生活垃圾、农业固体废物几个方面阐述了固体废物的产生量、处理现状及各自的研究进展，从而促进中国可持续发展战略的实现。

关键词

固体废物，生活垃圾，秸秆，微生物

前言

固体废弃物是指在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或者放弃的固态、半固态和置于容器中的气态的物品、物质以及法律、行政法规规定纳入固体废物管理的物品、物质。

在经济的迅速发展、工业化与城市化进程的加快下。

使固体废弃物的数量急剧增多。

固体废物污染了环境，对城市居民的健康和生存构成了严重威胁。

已成为社会的一大公害，也引起岩土工程界及环境专家们的高度重视。

许多固体废弃物只是简单填埋甚至只是露天堆放，不仅占用大量土地，而且严重破坏了周围的生态环境。

可见，如何处理庞大的城市固体废弃物将是关系到经济可持续发展、水资源保护和生态环境保护的重大问题。

1固体废弃物的概念与分类

1.1固体废弃物的概念

我国颁布的《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》给出了“固体废物”的法律定义：

固体废物是指在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或者放弃的固态、半固态和置于容器中的气态的物品、物质以及法律、行政法规规定纳入固体废物管理的物品、物质。

其中包括从废气中分离出来的固体颗粒、炉渣、废制品、破损器皿、残次品、动物尸体、变质食品、污泥、人畜粪便等。

在此定义中，明确规定将“半固体”包含在内。

在巴塞尔公约的有关文件中，也对“废弃物”给出了比较确切的理解，“废弃物”就是指已处置的或打算予以处置的或按国家法律规定必须加以处置的物质或物品[1]。

1.2固体废弃物的分类

在1995颁布的《固废防治法》并未把农业固体废弃物列入其中，目前我国的农业废弃物的产生量己经超过了工业生产固体废弃物的产生量，并正对环境造成越来越严重的污染，所以在此将农业固废列入固体废弃物的类别中。

这样，固体废物可分为以下几种类型。

1.2.1城市固体废弃物

又称为城市生活垃圾，是指在城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废弃物以及法律、行政法规规定视为城市生活垃圾的固体废弃物。

这类垃圾主要包括厨房剩余物、废纸、废塑料、废织物、废玻璃、陶瓷碎片、砖瓦渣土、粪便以及废家用什具、废旧电器、庭院废物等。

主要来自城市居民家庭、城市商业、餐饮业、旅馆旅游业、服务业、市政环卫业、交通运输业、文教卫生业和行政事业单位、工业企业等。

以上本文中所探讨的“垃圾”即是指这种类型的固体废弃物而言。

1.2.2工业固体废弃物

工业固体废弃物是指在工业、交通等生产活动中产生的采矿废石、选矿尾矿、燃料废渣、化工生产及冶炼废渣等固体废物，又称工业废渣或工业垃圾。

主要来自冶金工业、矿业、石油与化工工业、轻工业、机械电子工业、建筑业和其它工业行业等。

典型的工业固体废物有粉煤灰、炉渣、尾矿、金属、塑料、橡胶、化学药剂、陶瓷、沥青等。

1.2.3农业固体废弃物

农业固体废弃物也称为农业垃圾，是指在农业生产及其产品加工过程中产生的固体废物。

这类废物主要来自植物种植业、动物养殖业和农副产品加工业。

常见的农业固体废物有稻草、麦秸、玉米秸、稻壳、批糠、根茎、落叶、果皮果核、畜禽粪便、死禽死畜、羽毛、皮毛等[2]。

1.2.4危险废弃物

危险废弃物是指列入国家危险物名录或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险特性的废物。

危险废物主要来自核工业、化学工业、医疗单位、科研单位等。

危险废物的特性通常包括急性毒性、易燃性、反应性、腐蚀性、浸出毒性和疾病传染性等。

2固体废弃物对环境的危害

固体废物对环境的危害是非常严重的，不论哪种类型，对人类的危害，都主要体现在占用空间、污染环境、危害人类身心健康上。

对人类身心健康的危害又主要通过污染环境（如污染土壤、水体和大气等途径）来实现。

2.1对土壤环境的危害

固体废弃物及其渗滤液中所含有的有害物质会对土壤产生污染：

会改变土壤性质和土壤结构，影响植物营养吸收及生长；会对土壤中微生物的活动产生影响，从而破坏土壤内部的生态平衡；有害物质在土壤中发生积累，通过植物吸收，可通过食物链危及人体健康；我国西南某市郊因农田长期施用垃圾，土壤中的汞浓度已超过本底8倍，铅含量增加55%，对作物的生长等带来危害。

来自大气层核爆炸实验产生的散落物、来自工业或科研单位的放射性固体废物，也能在上壤中积累，并被植物吸收，进而通过食物进入人体[3]。

2.2对水体环境的污染

第一种污染途径是直接污染。

即把水体作为固体废物的接纳体，向水体中直接倾倒废物，从而导致水体的污染。

美国仅在1968年就向太平洋、大西洋和墨西哥湾投弃了达4800多万吨的各种固体废物。

即使是无害的固体废物直接排入河流、湖泊，也会造成河床淤塞、水面降低、水体污染，甚至导致水利工程设施的效益减少或废弃。

我国长江、黄河沿岸的企业中，仅燃煤电厂每年向这两个水系排放的灰渣量就达500万吨以上[4]。

第二种污染途径是间接污染。

固体废物在堆积过程中，随天然降水或地表径流进入河流、湖泊，或随风飘迁落入河流、湖泊，污染了地面水;若固体废物自身分解产生的渗滤液渗透到土壤中进入地下水水系，则会污染地下水。

生活垃圾未经无害化处理任意堆放，造成许多城市地下水污染。

2.3对大气环境的污染

废物在堆积、处理处置过程中都会对大气产生不同程度的污染。

堆放的固体废物中的细微颗粒、粉尘等随风飞扬，会造成大面积的空气污染。

据研究表明：

当粉煤灰或尾矿堆遭遇4级以上的风力时，其表层剥离粉末的飞扬高度可达20一50m，在风季期间可使平均视程降低30%一70%。

废物焚烧过程中会产生酸性气体、粉尘和二恶英等，若不加处理直接排放，就会污染空气[5]。

固体废物中有机物质的分解和化学反应，还会产生不同程度的毒气或恶臭，造成地区性空气污染。

例如，煤研石自燃会散发大量的二氧化硫。

废物填埋场中逸出的沼气也会对大气环境造成影响。

它在一定程度上会消耗其上层空间的氧，从而使得植物衰败。

若再植更新某些植物时，还会产生同样的结果。

当废物中含有重金属时，可以抑制植物生长和发育，若在缺少植物的地区，则将起侵蚀作用而使土层的表面剥离。

此外，固体废物在运输和处理过程中，也会产生有害气体和粉尘，对大气造成污染[6]。

2.4占用大量土地

固体废物产生以后，须占地堆放。

产生量越大，堆积量就越大，占地就越多。

据统计，一些国家固体废弃物侵占土地量为：

美国200x104ha，英国60x104ha，波兰50x104ha。

[7]由于我国过去对固体废物的处理和利用不够重视，导致固体废物的大量堆积。

到1994年为止，我国仅工矿业废渣、尾矿堆累积量就达66亿多吨，占地90多万亩。

我国许多城市常利用市郊设置垃圾堆场，垃圾的堆放占用了大量的生产用地，进一步加剧了我国人多地少的矛盾。

2.5影响环境卫生和市容

我国工业固体废物的综合利用率很低，而且，城市垃圾、粪便清运能力不够，无害化处理率1992年仅达28.3%[8]。

很大部分未经处理的工业废渣、城市垃圾堆放于城市的死角，不仅对人的健康构成潜在威胁，还严重影响了城市容貌和环境卫生。

其中“白色垃圾”对环境和市容的污染是最明显的例子。

另外，水体中漂浮的和树上悬挂的塑料袋也严重影响了城市景观，形成“视觉污染”[9]。

3微生物处理固体废弃物的方法

常用的处理方法是堆肥化。

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[10]。

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。

3.1好氧堆肥法

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：

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[11]。

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[12]。

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、嗜热褐色放线菌、普通小单胞菌等。

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50℃～60℃，持续6d～7d，可达到较好的杀死虫卵和病原菌的效果[13]。

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。

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[14]。

经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30～35∶1，温度55℃～65℃，周期3d～10d。

二次发酵其含水率小于40％，温度低于40℃，周期30d～40d。

3.2厌氧堆肥法

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[15]。

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。

4总结

中国人口众多，经济发展迅猛，固体废物产生量大且增长迅速，固体废物污染防治形势严峻。

国家应尽快出台相关的政策法规，以促进固体废物处理产业化，并借鉴其他国家有益经验，使固体废物的管理思路转变到“避免再生、循环利用、末端处理”的方式上，同时，全社会都应大力推行清洁生产，倡导循环经济，只有这样，中国的可持续发展战略才可能实现。

参考文献

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致 谢

本论文是在范老师的悉心指导下完成的。

老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。

不仅是我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与人处事的道路。

本论文从选题到完成，每一步都是在老师的指导下完成了，倾注了老师大量的心血。

在此，谨向范萌老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！