微生物与人类

凌建亚 博士 教授

生命科学学院

微生物技术国家重点实验室

第六章 微生物在其他领域中的应用

6.2 微生物在环境与环境治理中的应用

• 6.2.1 环境污染

• 6.2.2 污染治理

• 6.2.2.1 污水治理

• 6.2.2.1.1 生物处理

• 6.2.2.2 大气治理

• 6.2.2.3 固体废物治理

• 6.2.3 生物修复

6.2.1 环境污染的产生

人类社会发展

环境问题

创造文明?!

(一)、大气污染• 主要污染物: 二氧化硫 碳氧化物 氮氧化物 碳氢化物

飘尘 煤尘 放射性物质等

• 来源: 煤 石油的燃烧 矿石冶炼 汽车尾气 工业废气等

宁夏石嘴山市一高耗能工厂排放的烟2004.11.22

山东青州，一农民经过浓烟滚滚的小型水泥厂

2006.8.27河南伊川县高山乡采石场，

黄烟中的烧窑农民工 2001.10.9

汽车排放源：尾气排放燃油蒸发排放油箱通风

燃油蒸发排放和油箱通风所造成的排放物相对尾气要小得多，通常一氧化碳、氮氧化物仅为总排放量的1％-2％，碳氢化合物为20％左右。因此，汽车排放主要来自发动机燃烧产生的尾气。 尾气成分 一氧化碳

河南一条公路上一辆冒着黑烟的车 广州街头，喷出浓浓黑烟的汽车。

(二)、水污染来源：石油炼制、工业废水、生活废

水、使用过农药、化肥的农田排水、降水淋洗大气污染物和地面淋洗固体垃圾等。

危害：污染水源，改变水质，加剧水源危害。造成水体富营养化，破坏海滨风景区

Blue algae from Dianchi lake

污水排放

蚌埠市３号码头的排污口

横穿山大老校的小清河 2009

河南洛阳市洛宁县，造纸厂直接排进洛河的废水

拍摄时间 2003年11月

河水污染

淮河污染

拍摄时间 1999年6月湖北武汉，鱼塘承包人看着因污染而大面积“翻塘”的死鱼，欲哭无泪

贵州省黔西县雨朵镇龙场村，被煤厂污染的小河 附近的小河

2009年渤海水质等级分布示意图：渤海污染严重。(图片来源：国家海洋局)

渤海水质等级分布图

示意图：漏油事件致840平方公里一类海水变劣四类。(图片来源：新华网)

石油污染

微生物繁殖造成的环境污染

2007年5月30日拍摄的已经发酵、腐败和表面被太阳晒干的太湖蓝藻 太湖蓝藻

五十年代淘米洗菜， 六十年代洗衣灌溉七十年代水质败坏， 八十年代鱼虾绝代九十年代拉稀生癌．．．．．．　　　　　　

——一首广泛流传于淮河边的民谣

2003年淮河有近2/3的河段水质已经达不到3类水标准，根本不能饮用，其中有46.5%的水量因为重度污染，已经失去了任何利用价值。水保局的工作人员对记者说，“很多有害物质国家没有标准。就是说，检测的污染程度往往比实际的污染程度要小。。。。。。”

地毯中的螨虫电器发出的电磁波,电器辐射建筑装潢材料产生的甲醛放射性稀有气体氡

(三)、居室污染化妆品，日用化学品

(四)、土壤污染

• 土壤污染的含义

• 由于土壤中的微生物、土壤中的化学反应，以及生长在土壤中的植物能分解某些污染物，因此，土壤对污染物具有净化能力。土壤中污染物的积累和净化是同时进行的。如果进入土壤的污染物的数量超过了土壤的净化能力，就会引起土壤质量下降，这种现象叫做土壤污染。

土壤污染的来源

• ① 城市污水、工业废水的污染及危害；

• ② 垃圾及工矿企业固体废弃物的污染及其危害 固体废弃物以日晒雨淋，它们的渗出液中所含有毒物质

渗入土壤后，会改变土壤结构，影响其中微生物的活动；

• ③ 化肥、农药的污染及危害。

北京郊区的垃圾堆

大兴安岭公园

重庆长江岸边的垃圾堆

内蒙古呼伦贝尔河畔的垃圾

云南曲靖剧毒铬渣倾倒现场寸草不生2011-08-15 03:56:05　来源: 新京报(北京)　

大米镉Cd污染：警惕但无需恐慌2011年02月21日 14:52　来源：国际商报　

下图为堆放点附近的植物已经枯死。 中新社发 任东 摄

铬渣Cr与水会发生化学反应形成六价铬，六价铬为吸入性极毒物，皮肤接触可能导致过敏；更可能造成遗传性基因缺陷，吸入可能致癌，对环境有持久危险性。

环境污染对健康的影响

环境污染对健康的影响-- “三致”效应

1.Carcinogenesis：致癌作用

2.Teratogenesis

（致畸作用）3. Mutagenesis（致突变作用）

Mutation：指机体的遗传物质在一定条件下发生突然的变异。

PCBs (聚氯联苯)受害者的惨状

1. 致癌性：多氯联苯为人体致癌物质,

2. 生殖毒性：PCB能使人类精子数量减少、精子畸型的人数增加；人类女性的不孕现象明显上升；有的动物生育能力减弱。

3. 神经毒性：PCB能对人体造成脑损伤、抑制脑细胞合成、发育迟缓、降低智商。

4. 干扰内分泌系统：比如使得儿童的行为怪异，使水生动物雌性化。

得了癌症无法医治，正在等死的村民

上海市金山区，沪杭公路，漕泾镇，增丰村1组。 　　自2003年起，海滩边建了一个大型的露天垃圾场，毫无垃圾处理措施，完全裸露。 附近居民最近的距离垃圾场直线距离500米，即使远在几公里之外的村民，每天都会闻到阵阵臭气。 　　自2006年至2008年底，增丰村1组，2组，13组，15组。在短短的3年时间中，患癌症病死者达到30余名。这在增丰村建村至今，是从未有过的。

癌症村

环境污染扼杀生命

环境污染的加剧，使男性无精症、少精症、弱精症病人明显增加，生精细胞严重损害，精子质量下降。

孕妇频繁搬新家诞畸形儿 疑因“居室污染”(图)

来源：重庆商报 2007年07月30日17:36

一女子在怀孕前后搬了三次家，每次入住的都是刚装修不久的房子。结果她怀孕8个月后检查发现，腹中胎儿只有一个鼻孔，手、脚有明显残缺。前晚，她在急救中心妇产科引产下一名罕见的畸形死婴。接诊医生认为，孕妇怀畸形儿可能与“居室污染”有关。

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人类活动

燃料燃烧及加热

建筑材料及装饰材料

室外来源

家用电器

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人和家具

• 涂料和地毯散发 VOCs• 衣服/装饰品

吸烟

• 在通风系统中循环

害虫驱除剂

• 杀虫剂含有致癌物质

新鲜空气何在？

• 卸货通道挡住了通风口

密封窗户

•与室外空气隔绝

含有致癌物质的产品

•市场上有70,000种化学清洁产品

复印机和打印机

• 放射臭氧

办公区域盥洗室

• 发霉的机器

大楼装修

•油漆味，灰尘和气味

当今办公室里可能包含多达350种挥发性有机化合物(VOC)

一些 VOC 被认为是致癌物质和哮喘触发因子

室内污染源之一：建筑材料（形成石棉、氡、氨等污染物）

www.klcfilter.com 氡引起肺癌示意图

根据美国国家环保局(EPA)调查，绝大多数建筑室内存在一定的放射性物质——氡。建造房屋的地基、地下土壤和建筑墙体材料和装饰石材，含有大量的氡，能释放出对人体危害很大的γ射线

室内污染源之二：装饰、装修材料（产生化学类污染物）

人造板和人造板家具、粘合剂

• 人造板在生产过程中需加入大量粘合剂、防腐剂等，使用过程中会释放出甲醛、苯、五氯苯酚等。

• 粘合剂分为天然粘合剂和合成粘合剂，合成粘合剂在使用时可以挥发出大量有机污染物，主要有：酚、甲酚、甲醛、乙醛、苯乙烯、甲苯、乙苯、丙酮、二异氰酸盐、乙烯醋酸酯、环氧氯丙烷等。

涂料• 涂料的成分非常复杂，含有很多有机化合物。在使用过程中会释放出大量的甲醛、氯乙烯、苯、氯化氢、酚类等有害气体。

• 涂料所使用的溶剂也是污染室内空气的主要来源。溶剂挥发时向空气中释放大量的苯、甲苯、二甲苯、乙苯、丙酮、醋酸丁酯、乙醛、丁醇、甲酸等50多种有机物。

• 还可能含有砷、铅、汞、锰等重金属物质

杀虫剂，清新剂

吸烟

烹调

室内污染源之三：人类活动

饲养宠物

• 由于中国人饮食习惯的特殊，每天要起油锅，煎、炸、煮、炒造成的室内空气污染相当普遍。

• 烹调1小时,厨房有害物质含量增加20倍,烟尘超标70多倍.

• 我国妇女吸烟率不高,但肺癌发生率却不低,原因就在厨房.

• 20世纪80年代，广州的室内空气污染明显高于室外，其主要来源是厨房中的燃煤，燃煤可导致家庭主妇尿中B(a)P浓度增加。

• 一般把BaP作为大气致癌物的代表

• 高活性致癌剂，动物试验包括经口、经皮、吸入，经腹 膜皮下注射、均出现致癌。

• 尘螨是居室中的主要微生物,以人体皮肤的脱落表皮为食.每克室内尘埃中有时可含数百只尘螨.

• 代谢产物(蜕皮\分泌物\排泄物)具有极强的变态反应原性.• 过敏体质吸入后引发过敏性鼻炎与湿疹、哮喘等疾病.

• 嗜肺军团杆菌 1976年美国费城首次发现

• 军团病症状与肺炎相似, 前驱症状为发烧、头痛、肌肉酸痛, 高烧、咳嗽、胸痛;可发生肝肾功能衰竭。青霉素无 效, 对红霉素敏感。

• 养狗引发狂犬病，养猫带来弓形虫病。

家电办公设备的污染

家电及现代办公设备产生的噪声、电磁波等带来的室

内污染已逐步上升。特别是空调房内形成一个封闭的循环系统，易使室内的细菌、病毒、霉菌等大量繁衍。

电脑、电视机 空调机

微波炉 加湿器 燃气热水器

家用电器污染

我国环境污染的发展

20世纪50年代初期

20世纪50年代后期

20世纪70年代以来

目前

不突出 突出

但局限在城市地区 范围扩大，污染加重开始由城市向农村蔓延

严峻问题

人类的生存发展面临严峻考验，调节人类社会活动与环境的关系是解决环境问题的根本途径。

环境保护

涉及范围很广，主要是消除污染和保护生态环境。

联合国决议

1972年6月5日在瑞典首都斯德哥尔摩召开

《联合国人类环境会议》，会议通过了

《人类环境 宣言》，并提出将

每年的6月5日定为"世界环境日"。

微生物在环境保护方面有哪些重要作用呢？

微生物在以下各方面

• 污水处理

• 大气净化

• 固体废弃物的生物处理

• 污染环境的生物修复

---------的应用

6.2.2 污染治理

污(废)水处理法• 物理法: 沉降与气浮、隔截与过滤、离心分离、

重力分离及蒸发浓缩

• 化学法:.:中和法、混凝法、化学沉淀法、

氧化还原法、 吸附法、离子交换法、膜分离

• 生物法: 利用微生物的代谢作用,使废水中呈溶解、胶体状态的有机物转变为稳定、无害的物质。生物处理法是废水整个处理过程的关键。

6.2.2.1 污水治理 污(废)水处理的过程分为五个阶段：

预处理 (preliminary treatment): 粗砂粒和大的固体物

一级处理 (primary treatment): 污泥形式的悬浮固体二级处理 (secondary treatment):生物处理,

微生物去除水中有机物

三级处理 (tertiary treatment):活性炭吸附、臭氧消毒和生物脱除等物理、化学和生物学方法去除氮磷营养盐、难降解物质、病原体等污染物

污泥处理 (sludge treatment):将处理过程中产生的污泥经过脱水、稳定和处置

生物处理的机理1、吸附作用 (absorption)

通过微生物的吸附特性得以去除废水中的一些不可降

解的污染物，如合成有机物、金属盐类以及一些放射

性物质。

2．生物氧化和细胞合成作用

生物氧化和细胞合成作用是通过微生物酶的作用进行的。

CHON 十 O2 → → → C5H7O2N(有机物) (新细胞)C5H7O2N 十 5 O2 → 5CO2 十 NH3 十 2H2O 十 能量(细胞) (维持能)

生物处理法

1. 好氧生物处理法

2. 厌氧生物处理法

3. 自然生物处理法

活性污泥法

生物膜法

废水有机物

微生物：好氧细菌、真菌、原生动物、藻类等

1.好氧生物处理法

好氧生物处理法---活性污泥法

• 向富含有机物并有微生物的废水中不断打入空气，使其中的微生物生长繁殖，一定时间之后就会出现絮状泥粒，它具有很强的分解有机物的能力，称之为活性污泥。利用活性污泥处理废水的方法就是活性污泥法。

细菌

原生动物

悬浮物质悬浮物质

胶体物质胶体物质

活性污泥

混杂在一起所形成的具有很强的吸附分解有机物能力的凝絮体，凝絮体肉眼可见，具有良好的沉降性能

活性污泥法的基本工艺流程

初级曝气池初级曝气池

二次沉淀池

6000m3/h啤酒废水SBR处理工艺

集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统

好氧生物处理法---生物膜法• 什么是生物膜法？

– 利用微生物在固体表面的附着生长对废水进行生物处理的技术方法。

• 生物膜法的特征

–通过废水与生物膜的相对运动，使废水与生物膜接触，进行固液两相的物质交换，并在膜内进行有机物的生物氧化和降解，使废水得到净化，同时，生物膜内微生物不断得以生长和繁殖。

生物膜中的微生物组成• 细菌和真菌

– 在生物膜的好气层专性好气的芽孢杆菌占优势；

– 在厌气层可见到反硫化弧菌属

– 数量最多的是兼性菌，如假单胞菌属等

• 原生动物

– 纤毛虫居多。

• 微型后生动物

– 如轮虫类、线虫类、昆虫类等，个体数较多。

• 污水从上部均匀喷洒到生物

滤池表面，薄膜状吸附于滤

料周围形成附着水；

• 滤料表面微生物迅速繁殖，

形成一层充满微生物的生物

膜；

• 生物膜具有强烈的吸附、吸

收、分解作用，微生物合成

新细胞，膜不断加厚；

• 生物膜达到一定厚度时，生

物膜内层形成厌氧层。

2.厌氧生物处理法 也称为厌氧消化或厌氧发酵，就是在厌氧条件下，

利用微生物对有机物进行降解的过程。

2.厌氧生物处理法

消化过程分三个阶段：

第一阶段：水解、发酵阶段， 有机物在微生物作用下进行水

解和发酵，例如多糖水解为单糖， 再发酵成乙醇和脂肪

酸， 如丙酸、丁酸、乳酸等；蛋白质水解为氨基酸，再

经脱氨基作用产生脂肪酸和氨。

第二阶段：产氢、产乙酸阶段， 是由专门的细菌（产氢产乙

酸细菌）将脂肪酸和乙醇等转化为乙酸、氢气和二氧化

碳。

第三阶段：产甲烷阶段， 由产甲烷细菌利用乙酸、氢气和二

氧化碳， 产生甲烷。

3.自然生物处理法

• 生物氧化塘

利用水中自然存在的微生物和藻类，对有机废水进行好氧和厌氧生物处理的天然或人工池塘。

• 土地处理系统

利用土壤及其中的微生物和植物根系对污染物的综合净化能力处理食品工业废水，同时利用废水中的水分和肥分来促进农作物、牧草或树木生长与增产的系统设施。

去污原理

污水

细菌、藻类、水生植物

分解反应

塘内 光合反应

硝化反应

干净水???

• 城市污水经传统的二级处理以后，绝大部分悬浮固体和有机物被去除了，但还残留微量的悬浮固体和溶解的有害物，如氮和磷等的化合物。

• 氮、磷为植物营养物质，能助长藻类和水生生物，引起水体的富营养化，影响饮用水水源。

废水脱氮除磷

太湖的富营养化

氮、磷 ——水体富营养化的罪魁祸首

微生物脱氮

微生物脱氮基本原理

• 生物脱氮主要通过硝化作用和反硝化作用来完成。

• 首先利用好氧段，由亚硝化细菌、硝化细菌的硝化作用，将NH3 转化为NO3

－－N，再利用缺氧段，由反硝化细菌将NO3

－－N反硝化还原为N2，溢出水面释放到大气。

有机氮 （蛋白质、尿素）

细菌分解和水解 氨 氮 同 化 有机氮 有机氮 （NH3-N） （细菌细胞） （净增长）

O2 硝化 自溶和自身氧化 亚硝态氮 反硝化 （NO2

-） O2 有机碳 硝化 硝态氮 反硝化 氮气 （NO3

-） （N2） 有机碳

生物脱氮工艺三段生物脱氮工艺： 磷也是有机物中的一种主要元素，是仅次于氮的微生物生

长的重要元素。磷主要来自：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷工业废水。危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；使水质迅速恶化，危害水产资源。

含磷化合物

有机磷 有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等

无机磷

磷酸盐：正磷酸盐(PO43-)、磷酸氢盐(HPO42-) 、 磷酸二氢盐H2PO4-、偏磷酸盐(PO3-)聚合磷酸盐：焦磷酸盐(P2O74－) 、 三磷酸盐(P3O105-)、 三磷酸氢盐(HP3O92-)

微生物除磷

除磷的微生物• 积磷菌

– 是一类生长缓慢的细菌，在厌氧条件下，分解体内的聚磷来获得能量生长繁殖，在好氧条件和外界营养基质少的情况下，分解体内的PHB获得能量而生长繁殖，故它与不积磷菌相比更能适应厌氧、好氧交替的环境而成为优势菌群。

– 目前认为，在微生物除磷过程中起主要作用的是假单胞菌属、和气单胞菌属。

• 发酵产酸菌和积磷菌的关系– 积磷菌只能利用低级的脂肪酸，不能直接利用大分子有机基质，而发酵产酸菌可将大分子物质降解为小分子，故在除磷过程中这两类菌是互不可分、密切相关的。

厌氧环境 好氧环境 有机基质 产酸菌 P 乙酸 P 聚 P

聚 P PHB PHB 聚 P 聚 P

聚磷菌 聚磷菌 聚磷菌 聚磷菌

生物除磷机理

厌氧条件下，积磷菌将体内的聚磷分解产生能量

部分能量吸收外可溶性脂肪酸，形成PHB

部分能量用于生理活动需要

好氧条件下，PHB分解产生能量

部分能量用于主动过量吸收环境中的磷，并合成聚磷

大气污染物处理 6.2.2.2 大气治理

大气污染物净化方法• 气溶胶状态污染物的控制方法

– 重力沉降

– 旋风除尘

– 静电除尘

– 过滤式除尘

• 气体状态污染物的吸附与净化– 气体吸收法

– 气体吸附法

• 大气污染物的生物净化方法 （有机废气）

– 生物吸收法

– 生物洗涤法

– 生物过滤法

6.2.2.2 大气治理

废气生物净化

• 生物能氧化有机物，产生二氧化碳和水等物质，但这一过程难于在气相中进行，因此在净化过程中，气体污染物首先要经由气相转移到液相或固相表面液膜中的传质过程，然后被微生物吸附降解。

• 在废气生物处理中，微生物的存在形式可分为悬浮生长系统和附着生长系统两类，具体包括生物过滤法、生物滴滤法、生物洗涤法、膜生物反应器等形式。

6.2.2.2 大气治理

微生物对无机废气的处理

• 微生物对无机废气的处理主要利用一些化能自养菌如硝化细菌、硫化细菌和氢细菌等。

• 适合于微生物处理的无机废气污染组分主要有：氨和硫化氢。

• 例如：硫化氢的生物处理

微生物对有机废气的处理• 微生物吸收法（Microorganism Absorption）

– 原理：利用微生物、营养物和水组成的吸收液处理废气，适合于处理可溶性的气态污染物。

– 装置：由吸收器（物理溶解过程）和废水反应器（生物处理过程）两部分组成。

• 微生物洗涤法（Microorganism Wash）– 利用污水厂剩余污泥配制混合液作为吸收剂处理废气，对脱除复合型臭气效果较好。

• 微生物过滤法（Microorganism Adsorption）– 利用含有微生物的固体颗粒吸收废气中的污染物。

– 包括以下类型：堆肥滤池、土壤滤池、微生物过滤箱

6.2.2.2 大气治理

固体废弃物的处理

6.2.2.3 固体废物治理

有机物是固体废物污染的重要来源

1、城市生活垃圾中50-60%是有机物，会腐烂变质释放臭气，

污染环境；孳生蚊蝇，危害健康。

2、粪便、污水处理厂污泥大部分是有机物，堆放过程中会释放

污染物，污染环境。

3、农业废弃物基本上全是有机物，倾倒水体中会释放污染物；

焚烧会污染大气。

固体废弃物的处理

• 工业废弃物

– 物理与化学法：覆盖法、化学反应剂法

– 生物法：栽种永久性植物

• 城市垃圾

– 堆肥法

– 填埋法

– 焚烧法

通过微生物的作用完成

6.2.2.3 固体废物治理堆肥法（Compost）

• 什么是堆肥法？

– 指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：利用微生物对有机垃圾进行分解腐熟而形成的肥料

• 根据处理过程中起作用的微生物对氧气要求的不同，堆肥法可分为：

– 好氧堆肥法

– 厌氧堆肥法

堆肥化技术的发展历史 1920年，英国人A. Howard首先在印度提出了堆肥化技术，1925年，

Bangalore改进后，称为Bangalore法 1933年，丹麦的Dano法，标志着连续性机械化堆肥　工艺的开端。

元代《农书》：粪屋之中，凿为深池，筑以砖壁，勿使渗漏，凡扫除之土，燃烧之灰，簸扬之糠秕，断蒿落叶，积而焚之，沃以粪汁，积之即久，不觉甚多，凡欲播种，筛去瓦石，取其细者，和匀种子，疏把撮之，待其苗长，又撒以壅之，何患收成不倍厚也哉

堆肥化垃圾处理技术的意义 可以实现垃圾处理的资源化，减少垃圾对环境的污染

可以将固体废物中的有用组分回用自然循环系统

可以将固体废物中的有机固体转换成有用的物质和能源

好氧堆肥的原理好氧堆肥是在通气良好 、氧气充足的条件下借助好氧微生物的生命活动降解有机物，通常好氧堆肥堆温高，一般在55~60℃，极限温度可达80~90℃，所以也称高温堆肥。

好氧堆肥原理首先是垃圾中的可溶性物质透过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物直接吸收；

其次不溶的胶体有机质先被吸附在微生物体外，然后依靠微生物分泌的胞外酶分解为可溶性物质，再渗入细胞。

有机物质主要通过分解代谢和合成代谢而被降解

好氧堆肥法的微生物学过程• 发热阶段

– 初期，主要由中温好氧的细菌和真菌利用堆肥中的易分解有机物，释放热量，使温度不断上升。

• 高温阶段– 堆肥温度升至50℃以上进入高温阶段，好热性的微生物逐渐代替了中温微生物，一些复杂的有机物开始分解，腐殖质逐渐形成。病原性微生物逐渐被高温杀死。

• 降温和腐熟保肥阶段– 当易分解有机物大部分被分解以后，剩下的是木质素等难分解有机物和新形成的腐殖质，好热性微生物的活动减弱，产热量下降，温度逐渐下降，中温性微生物又成为优势菌群，残余物进一步分解，腐殖质逐渐积累，堆肥进入腐熟阶段。

• 反应器发酵系统反应器发酵系统

筒仓式堆肥发酵仓 卧式堆肥发酵滚筒

• 条垛式发酵家庭用堆肥发酵装置

分选

锤式破碎机

振动传输带

废纸捆包机非堆肥物收集箱

轻质物：纸及塑料

磁选机

罐头盒

双螺旋混合机

空气

发酵仓（4座） 粉碎机（3台）

旋风分离器

气体燃料

空气加热器

旋风分离器

污泥

水：到下水道

搅拌机布料机

浓缩污泥槽

离心机

高温空气

空气

旋转干燥器

堆肥

德克萨斯州休斯敦日处理360吨垃圾堆肥厂流程

厌氧堆肥法

– 指在不通气的条件下，将有机废弃物进行厌氧发酵，制成有机肥料，使固体废弃物无害化的过程。

厌氧堆肥法特点（与好氧堆肥相比较）堆内不设通气系统，堆温低，腐熟及无害化所需时间较长，但方法简便、省工，在不急需用肥或劳力紧张的情况下可以采用。

混合细菌群分泌淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶

微生物发酵代谢

第一阶段：液化阶段

碳水化合物、蛋白质、脂肪、类脂化合物

（发酵原料中分子量大，结构复杂有机固形物）

单糖、氨基酸、脂肪酸（小分子可溶物）

甲酸、丙酸、丁酸、醇类（占76%不能直接被甲烷菌利用）、乙酸占20%。

厌氧发酵原理及过程

农业固体废弃物

第二阶段：产酸阶段

主要产物为乙酸，故名。此外还产生丙酸、丁酸、醇类

乙酸、CO2、H2

产氢产乙酸菌

（厌氧或兼性厌氧如丁酸梭菌、乳

酸杆菌、革兰氏阳性小球菌）

沼气发酵过程

第三阶段：产甲烷阶段

一、二阶段产生的乙酸 、H2、CO2、甲酸

甲烷占65% 、CO2占30%、少量CO、N2、H2S

（28%的甲烷来自H2、CO2 ，72%来自乙酸）

沼气发酵过程

产甲烷菌

沼气：可与煤气、液化气相比的优质气体燃料，可煮饭菜、照明、发电。

沼渣：含腐渣酸10-20%，有机质30-50%，全N 1-2%，全P 0.4-0.6%，全K 0.6-1.2%，迟速效兼备，营养丰富，是优质有机肥。

沼液：全N 0.8-1.5%，全P 0.02-0.06，全K 0.05-0.1%。含有17种氨基酸，其中1/3为苏氨酸、氮氨酸、赖氨酸，还含多种必需微量元素、维生素、生长素。对作物有营养、

抑菌、刺激、提高抗逆性等效能。

（二）厌氧发酵菌群的驯化分别考查无机盐离子、温度、pH、培养液组成等因素对厌氧菌群驯化的影响。

在不同的条件下，一定量脱水厌氧污泥颗粒置于密封反应器内，按一定比例加入基础培养液，并定时更换；通入高纯氮气5－10min驱氧；控制搅拌速度；整个体系使用恒温水浴30℃控温，连续驯化60天。

不时地摇动和放气(6～8 h)，使其进行充分的厌氧反应，监测其处理后的有关项目，以单位时间产气量为主要指标摸索各影响因素的最佳条件。

（三） 5L发酵瓶产气小试（四） 20L发酵罐产气实验

卧式反应器实际外观图 卧式固体反应器结构设计示意图（1. 卧式筒体; 2.水平搅拌轴; 3.搅拌轴连接装置; 4.电机;

5.平衡罐; 6.集气筒; 7. 循环水筒; 8.进料口; 9.出料口）

卫生填埋（Sanitary Landfill）– 指将垃圾在填埋场里分层填埋的处理方法。由废物层（一般厚度2.5～3.0m）和覆土层（一般厚度为0.2～0.3m）构成一个填埋单元，由一系列填埋单元构成一个填埋层，当填埋至设计高度后再盖上一层0.9～1.2m的土壤，压实后就得到了一个完整的卫生填埋场。

覆土层

废物层 第二层

第一层

不透水层

夯实粘土

图6－19 卫生填埋场示意图

填埋坑内微生物活动四个阶段• 好氧分解阶段

– 微生物利用垃圾空隙中的空气进行好氧分解。

• 厌氧分解不产甲烷阶段– 微生物利用硝酸根和硫酸根作为氧源，产生硫化物、氮气和二氧化碳，硫酸盐还原菌和反硝化细菌的繁殖速度大于产甲烷细菌。

• 厌氧分解产甲烷阶段– 当还原状态达到一定程度时开始产甲烷，坑内温度升至

55℃时，进入稳定产气阶段。

• 稳定产气阶段– 此阶段稳定地产生二氧化碳和甲烷。

防止填埋废物与周围环境接触，尤其是防止地下水污染；

设计上必须严格选择具有适宜的水文地质结构和满足其他条件的场址；

要求在填埋场底部铺有一定厚度的黏土层或高密度聚乙烯材料的衬层，并具有地表径流控制、浸出液的收集和处理、沼气的收集和处理、监测井及适当的最终覆盖层的设计

垃圾填埋场生态恢复工程

典型安全填埋场示意图及渗沥水采样点示意图I. 废物堆； II. 可渗透性土壤； III. 非渗透性土壤

1.表层植被； 2. 土壤； 3. 粘土层； 4. 双层有机内衬； 5. 砂质土； 6. 单层有机内衬； 7. 渗出液抽汲泵（采样点）； 8. 膨润土浆；

9. 渗出液收集管； 10. 正常地下水位； 11. 堆场内地下水位

污染环境的生物修复生物修复（Bioremediation）

指利用生物将土壤、地表及地下水或海洋中的危险性污染物现场去除或降解的工程技术系统。

微生物修复

植物修复

石油污染的修复

重金属污染的修复

农药污染的修复

土壤污染的修复

地下水污染的修复

地表水污染的修复

原位生物修复

异位生物修复

6.2.3 生物修复

用于生物修复的生物

• 土著微生物

• 外来微生物

• 基因工程菌

采用基因工程技术，将降解性质粒转移到一些能在污水

和受污染土壤中生存的菌体内定向地构建高效降解难降解污

染物的工程菌。

• 用于生物修复的其他生物

这些生物包括藻类、微型动物、植物等。

工人在向被石油污染的海滩喷洒营养液，促使分解石油的细菌生长

难降解有机污染物和重金属及其相应的降解转化微生物

微生物虽然不能降解重金属，但是可以降低其毒性，并可将其累积在菌体内

使之固定。

① 汞的去甲基化及还原

例如：蓝绿色假单胞菌、变形杆菌可使汞离子转化成元素汞，经10小时

后挥发掉的汞可达75%。假单胞菌K62能使无机汞和有机汞形成元素汞。

② 累积及固定重金属

在微生物累积重金属方面，已阐明同细胞内金属硫蛋白（MT）有关，

作为一种低分子量的细胞质蛋白，同Hg, Zn、Cd、Cu、Ag等重金属有强

烈的亲和性，结果使重金属富集并抑制其毒性。

许多细菌、真菌？？？、藻类和植物都有从周围环境富集重金属的能力。

微生物对重金属的转化与固定

2011年6月 荷兰史基浦机场

希望我们的天空永远这么湛蓝

2011年6月 丹麦西兰岛赫尔辛厄市海滨

希望我们的大海如此清澈透明

2011年6月 丹麦哈姆莱特宫附近

希望我们的湖泊如此清澈

2011年6月 哥本哈根市公园

希望我们的公园如此美丽

2011年6月 哥本哈根街景

希望我们的街道鲜花似锦麦迪逊（威斯康星）的春夏秋