生活垃圾填埋生物处理技术

由于编者的水平和能力所限，书中定有许多遗漏和不当之处，敬请读者批评指正。

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《生活垃圾填埋生物处理技术》以环境生物技术为主线，针对现行的填埋处理技术尚存在的问题，大量收集国内外同类研究及应用资料，较为全面的介绍了填埋场垃圾的微生物降解原理及动力学、填埋场稳定化进程、渗滤液处理技术、填埋场气体的产生收集利用方法以及生物反应器填埋技术，力求达到减少污染物排出、增加其利用效率的目的。

随着国民经济的发展、城市人口的增加和人民生活水平的提高，城市生活垃圾也异常迅速地增加。“中国21世纪议程”白皮书指出，全国历年城市生活垃圾堆存量已达到60多亿吨，占地5万公顷，有200多个城市陷入了垃圾的包围之中。而且随着我国城市化进程的加快，乡镇经济较发达地区的村镇生活垃圾也日益成为一个重要的环境污染源。据估计，今后我国城市生活垃圾将以每年10%左右的速度增加，因此科学、合理、经济、有效地消纳城市生活垃圾已成为现代环境保护工作中一个刻不容缓的问题。

世界上生活垃圾的处理方法很多，主要有堆肥法、填埋法、焚烧法、蚯蚓床法和热解法等，但生活垃圾卫生填埋处理仍是世界各国一直普遍应用的一种处置方法，即使在发达国家，其填埋处理率也很高。对于普遍存在的城市膨胀、垃圾有机成分低、含水率高、污染日益严重而环保资金又不足的中国来说，在今后相当长一段时间内，生活垃圾仍将执行以卫生填埋为主（约60%）、高温堆肥为辅（约30%），以及在有条件的地方适当发展焚烧法（约10%）的技术政策。

生活垃圾的卫生填埋处理技术，在国内外已进行了许多研究工作，制订了不少填埋场设计技术规范和措施，从而为防止填埋场垃圾对环境的污染起了积极的作用。但现行的填埋处理技术尚存在如下诸多问题：

① 填埋场环境卫生差、蚊蝇多；

② 渗滤液难处理、成本高；

③ 新填埋场址的选择越来越困难，距城市越来越远；

④ 填埋场爆炸、沼气不回收利用、就地排放污染大气等。

这些问题已严重影响了填埋处理技术的进一步普及应用和发展。

针对上述情况， 包括美国、日本在内的世界各国都在想方设法改进填埋处理工艺，以最大限度地利用现有填埋场的消纳能力，延长填埋场的使用寿命，同时又在努力寻找经济有效地解决填埋场及其周围的环境卫生问题、渗滤液处理途径和填埋场沼气的回收利用技术，从而使无控制的填埋场垃圾降解转向有控制的生物反应器填埋场，实现生活垃圾填埋场设计由“年”向“月、周”的转换，反映出可持续发展的目标。

《生活垃圾填埋生物处理技术》以环境生物技术为主线，在大量收集归纳国内外同类研究及应用资料基础上，结合作者国家自然科学基金、浙江省自然科学基金及其他纵横向项目的研究及应用，较全面地介绍了填埋场垃圾的微生物降解及稳定化进程、填埋场垃圾降解微生物学、填埋场渗滤液处理技术、填埋场气体的产生收集与提高利用技术及生物反应器填埋场技术。在写法上注重学科交叉，力求深入浅出和实用。《生活垃圾填埋生物处理技术》可作为从事生活垃圾处理的科研人员、工程技术人员、管理人员及环卫、环保专业师生（尤其是博士生和硕士生）的参考书。

负责《生活垃圾填埋生物处理技术》各章节编写的主要人员有方程冉（第一章）、贺永华和沈东升（第二章）、王君琴和沈东升（第三章）、刘宏远（第四章、第五章）和何若（第六章）。全书由冯孝善教授审核，最后由主编统一修改和定稿。刘新文同志参加了部分辅助工作。在《生活垃圾填埋生物处理技术》的编写及出版过程中始终得到了化学工业出版社环境科学与工程出版中心陈丽主任的大力支持和帮助。在此，编者向所有对《生活垃圾填埋生物处理技术》的出版给予关心和支持的前辈、同事和朋友们，表示衷心的感谢！

《污水生物与化学处理技术》包括好氧处理技术和厌氧处理技术好氧处理包括：稳定塘（氧化塘），土地处理，生物滤池，生物转盘，氧化沟工艺，活性污泥工艺等。厌氧处理包括：UASB、厌氧接触法、升流式厌氧污泥床、档板式厌氧法、厌氧生物滤池、厌氧膨胀床和流化床，废水生物处理法biological treatment of wastewater利用微生物的代谢作用除去废水中有机污染物的一种方法，亦称废水生物化学处理法,简称废水生化法,分需氧生物处理法和厌氧生物处理法两种。　需氧生物处理法 　利用需氧微生物在有氧条件下将废水中复杂的有机物分解的方法。　生活污水中的典型有机物是碳水化合物、合成洗涤剂、脂肪、蛋白质及其分解产物如尿素、甘氨酸、脂肪酸等。这些有机物可按生物体系中所含元素量的多寡顺序表示为 COHNS。在废水需氧生物处理中全部反应可用以下两式表示：微生物细胞 COHNS O2─→ 较多的细胞 CO2 H2O NH3

这些反应有赖于生物体系中的酶来加速。酶按其催化反应分为：氧化还原酶：在细胞内催化有机物的氧化还原反应，促进电子转移，使其与氧化合或脱氢。可分为氧化酶和还原酶。氧化酶可活化分子氧，作为受氢体而形成水或过氧化氢。还原酶包括各种脱氢酶，可活化基质上的氢,并由辅酶将氢传给被还原的物质,使基质氧化，受氢体还原。水解酶：对有机物的加水分解反应起催化作用。水解反应是在细胞外产生的最基本的反应，能将复杂的高分子有机物分解为小分子，使之易于透过细胞壁。如将蛋白质分解为氨基酸，将脂肪分解为脂肪酸和甘油，将复杂的多糖分解为单糖等。此外还有脱氨基、脱羧基、磷酸化和脱磷酸等酶。　许多酶只有在一些称为辅酶和活化剂的特殊物质存在时才能进行催化反应，钾、钙、镁、锌、钴、锰、氯化物、磷酸盐离子在许多种酶的催化反应中是不可缺少的辅酶或活化剂。　在需氧生物处理过程中，污水中的有机物在微生物酶的催化作用下被氧化降解,分三个阶段：第一阶段,大的有机物分子降解为构成单元──单糖、氨基酸或甘油和脂肪酸。在第二阶段中，第一阶段的产物部分地被氧化为下列物质中的一种或几种：二氧化碳、水、乙酰基辅酶A、α-酮戊二酸(或称α-氧化戊二酸)或草醋酸（又称草酰乙酸）。第三阶段（即三羧酸循环，是有机物氧化的最终阶段）是乙酰基辅酶A、α－酮戊二酸和草醋酸被氧化为二氧化碳和水。有机物在氧化降解的各个阶段，都释放出一定的能量。　在有机物降解的同时，还发生微生物原生质的合成反应。在第一阶段中由被作用物分解成的构成单元可以合成碳水化合物、蛋白质和脂肪，再进一步合成细胞原生质。合成能量是微生物在有机物的氧化过程中获得的。　厌氧生物处理法 　主要用于处理污水中的沉淀污泥，因而又称〖HTK〗污泥消化〖HT〗，也用于处理高浓度的有机废水。这种方法是在厌氧细菌或兼性细菌的作用下将污泥中的有机物分解，最后产生甲烷和二氧化碳等气体，这些气体是有经济价值的能源。中国大量建设的沼气池就是具体应用这种方法的典型实例。消化后的污泥比原生污泥容易脱水，所含致病菌大大减少，臭味显著减弱，肥分变成速效的，体积缩小，易于处置。　城市污水沉淀污泥和高浓度有机废水的完全厌氧消化过程可分为三个阶段（见图）。在第一阶段,污泥中的固态有机化合物借助于从厌氧菌分泌出的细胞外水解酶得到溶解，并通过细胞壁进入细胞中进行代谢的生化反应。在水解酶的催化下，将复杂的多糖类水解为单糖类，将蛋白质水解为缩氨酸和氨基酸，并将脂肪水解为甘油和脂肪酸。第二阶段是在产酸菌的作用下将第一阶段的产物进一步降解为比较简单的挥发性有机酸等，如乙酸、丙酸、丁酸等挥发性有机酸，以及醇类、醛类等；同时生成二氧化碳和新的微生物细胞。第一、二阶段又称为液化过程。第三阶段是在甲烷菌的作用下将第二阶段产生的挥发酸转化成甲烷和二氧化碳，因此又称为气化过程，其反应可用下式表示：一些有机酸或醇的气化过程举例如下：　乙酸：CH3COOH─→CO2 CH4　丙酸：4CH3CH2COOH 2H2O─→5CO2 7CH4　甲醇：4CH3OH─→CO2 3CH4 2H2O　乙醇：2CH3CH2OH CO2─→2CH3COOH CH4　为了使厌氧消化过程正常进行，必须将温度、pH值、氧化还原电势等保持在一定的范围内，以维持甲烷菌的正常活动，保证及时地和完全地将第二阶段产生的挥发酸转化成甲烷。　生物化学反应的速度直接受温度的影响。进行厌氧消化的微生物有两类：中温消化菌和高温消化菌。前者的适应温度范围为17～43℃，最佳温度为32～35℃；后者则在50～55℃具有最佳反应速度。　近年来，厌氧消化处理法发展到应用于处理高浓度有机废水，如屠宰场废水、肉类加工废水、制糖工业废水、酒精工业废水、罐头工业废水、亚硫酸盐制浆废水等，比采用需氧生物处理法节省费用。　利用生物法处理废水的具体方法有〖HTK〗活性污泥法〖HT〗、〖HTK〗生物膜法〖HT〗、〖HTK〗氧化塘法〖HT〗、〖HTK〗土地处理系统〖HT〗和污泥消化等。〖HT〗

《污泥生物处理技术》内容包括污泥的厌氧消化产甲烷技术、厌氧消化过程的理论模型、污泥厌氧消化产甲烷的工程设计与实例、污泥厌氧消化产氢技术、污泥堆肥技术和污泥的蚯蚓生态处置技术和常用检测方法。

《污泥生物处理技术》是《污泥处理与资源化丛书》中的一册，适合从事污泥厌氧消化技术、污泥生物堆肥技术等工程设计人员和管理人员，以及大中专师生和科研人员参考阅读。