固体废物生物处理技术

近年来，环境问题日益尖锐，资源日益短缺，影响着人类的生活和生存，合理处理与处置固体废物并将其转化为可供人类利用的资源也越来越引起人们的重视。为了保护环境和发展生产，许多国家不断采取新措施和新技术来处理和利用固体废物，其总的趋势是从消极处理和处置转向积极利用，实现废物的资源化利用。总之，对固体废物的综合利用，实现其资源化和无害化，是节约资源、防止污染的有效途径，而固体废物的生物处理是实现此目的的最佳方法之一。因此，国内高校的环境专业相继开设了涉及固体废物生物处理内容的课程。 
然而，国内很少有针对固体废物生物处理技术的著作或教材。编者在固体废物生物处理的教学过程中很难找到相关的参考教材，从而编写了本书以弥补此空缺。 
本书介绍了有机固体废物堆肥技术、固体废物的蚯蚓堆肥处理、卫生填埋、沼气化技术、农业固体废物的蘑菇栽培、纤维素废物的生物炼制、有机废物的微生物饲料化处理、微生物冶金等内容。其特点之一是内容全面，因为它不仅包括农业固体废物的生物处理技术，还包括城市固体废物的生物处理技术，以及矿业固体废物的生物处理技术。此外，本书还将部分固体废物生物处理的前沿研究内容如纤维素废物的生物炼制收入进来。因此，本书不仅可以作为学生系统学习固体废物生物处理技术的教材，还可以作为研究者开展固体废物资源化利用研究的参考书。 
本书第1章、第2章和第5章由昆明理工大学周成编写；第3和第6章由西安交通大学王文东和李超鲲编写；第4和第9章由昆明理工大学杨道丽编写；第7和第8章由昆明理工大学熊向峰和周成编写；第10章由昆明理工大学熊向峰编写。全书由周成和熊向峰主编，王文东和杨道丽副主编，并由四位老师统稿。 
本书的出版得到了昆明理工大学教材建设立项基金以及昆明理工大学环境科学与工程学院的支持，在此表示感谢。 
限于编者的理论水平和实践经验，书中难免存在疏漏和欠妥之处，恳请读者批评指正。 

编者 
2023年7月10日 

本书共10章，详细介绍了固体废物生物处理的现有技术及前沿研究，内容包括：固体废物及其生物处理概述、微生物对基质的降解利用过程及原理、有机固体废物堆肥技术、蚯蚓堆肥处理固体废物、卫生填埋生物处理技术、沼气化技术、木质纤维素废物的生物炼制、有机固体废物的微生物饲料化处理、蘑菇栽培对农业固体废物的处置、微生物冶金。本书可以作为高等院校环境相关专业学生系统学习固体废物生物处理技术的教材，还可以作为环保行业研究者开展固体废物资源化利用研究的参考书。

无

第1章　固体废物及其生物处理概述　  001 
1.1　固体废物的概念  003 
1.2　固体废物的分类  003 
1.3　固体废物的特征  003 
1.3.1　工业固体废物  004 
1.3.2　矿业固体废物  004 
1.3.3　城市固体废物  004 
1.3.4　农业固体废物  006 
1.3.5　放射性固体废物  007 
1.4　固体废物产生的必然性及其污染现状与危害  007 
1.4.1　固体废物产生的必然性  007 
1.4.2　固体废物的现状  008 
1.4.3　固体废物的危害  009 
1.5　固体废物处理与处置  011 
1.5.1　固体废物的处理原则  013 
1.5.2　固体废物处理  013 
1.5.3　固体废物处置  015 
1.6　适合生物处理的固体废物  016 
1.7　固体废物生物处理的特点  016 
复习思考题  017 

第2章　微生物对基质的降解利用过程及原理　  018 
2.1　微生物生长繁殖的条件  019 
2.1.1　碳源  019 
2.1.2　氮源  020 
2.1.3　生长因子  021 
2.1.4　矿质元素  022 
2.1.5　水  023 
2.2　微生物的营养方式  023 
2.2.1　异养  023  
2.2.2　自养  025 
2.3　微生物的“营养感测”  025 
2.4　大分子营养物质的胞外酶水解  026 
2.4.1　大分子营养物质的水解  026 
2.4.2　无机物的微生物水解  028 
2.5　小分子产物的吸收和转运  029 
2.5.1　营养物质跨膜运输的方式  030 
2.5.2　跨膜运输中的功能蛋白  032 
2.5.3　营养物质在细胞内的转运  040 
2.6　营养物质的代谢  046 
2.6.1　代谢及与代谢相关的几个基本概念  046 
2.6.2　酶的生物合成模式  048 
2.6.3　酶的生物合成过程  049 
2.6.4　酶与酶催化  049 
2.6.5　初级代谢与次级代谢  051 
2.7　微生物的生长与繁殖  052 
2.7.1　单细胞细菌的生长与繁殖  052 
2.7.2　放线菌的生长与繁殖  053 
2.7.3　酵母菌的生长与繁殖  053 
2.7.4　丝状真菌的生长与繁殖  054 
复习思考题  056 

第3章　有机固体废物堆肥技术　  057 
3.1　堆肥技术过程  057 
3.1.1　堆肥处理的一般过程  057 
3.1.2　堆肥的微生物学过程  058 
3.2　堆肥技术的基本原理  058 
3.2.1　热力学原理  058 
3.2.2　生物学原理  059 
3.2.3　微生物热失活原理  062 
3.3　堆肥过程中物料的降解与转化  064 
3.3.1　纤维素的结构及降解  064 
3.3.2　半纤维素的结构及降解  065 
3.3.3　木质素的结构及降解  068 
3.4　堆肥过程中的物理变化  069 
3.5　堆肥过程中的化学变化  070 
3.6　堆肥过程中的生物变化  071 
3.7　堆肥质量的控制与评价指标  073 
3.8　影响堆肥过程的主要因素  074 
3.9　有机固体废物堆肥工艺  076 
3.9.1　堆肥原料配比与调理  076 
3.9.2　好氧堆肥工艺  078 
3.9.3　厌氧堆肥工艺  082 
3.9.4　微生物菌剂强化堆肥工艺  086 
3.10　堆肥过程的控制  088 
3.11　堆肥的效用与应用前景  089 
复习思考题  090 

第4章　蚯蚓堆肥处理固体废物　  091 
4.1　蚯蚓的生物学特性  091 
4.2　常见的养殖蚯蚓  095 
4.3　蚯蚓堆肥技术  097 
4.3.1　蚯蚓堆肥及原理  097 
4.3.2　蚯蚓堆肥步骤  098 
4.3.3　影响蚯蚓堆肥的主要因素  100 
4.3.4　蚯蚓堆肥的成分  101 
4.4　蚯蚓堆肥处理不同固体废物的工艺  102 
4.4.1　蚯蚓堆肥处理城市生活垃圾  102 
4.4.2　蚯蚓堆肥处理农业固体有机废物  104 
4.4.3　蚯蚓堆肥处理城市污泥  108 
4.5　蚯蚓堆肥技术的展望  111 
复习思考题  112 

第5章　卫生填埋生物处理技术　  113 
5.1　卫生填埋概述  113 
5.2　卫生填埋分类  114 
5.3　卫生填埋的操作过程  116 
5.4　填埋坑中微生物的活动  118  
5.4.1　卫生填埋场内的微生物种类  118 
5.4.2　填埋坑中微生物的降解过程  123 
5.4.3　影响填埋坑中微生物降解过程的因素  125 
5.5　填埋场的沉降  126 
5.6　垃圾填埋过程中渗滤液的产生及收集处理  127 
5.6.1　垃圾渗滤液  127 
5.6.2　垃圾渗滤液的来源  127 
5.6.3　影响垃圾渗滤液产生量的因素  127 
5.6.4　垃圾渗滤液的水质特征  128 
5.6.5　渗滤液收集系统  129 
5.6.6　渗滤液的处理方法  130 
5.7　卫生填埋中填埋气体的产生及收集处理  131 
5.7.1　填埋场气体的产生机理  131 
5.7.2　填埋气体的特性  131 
5.7.3　填埋气体的控制  132 
5.7.4　填埋气体的收集和利用  132 
复习思考题  134 

第6章　沼气化技术　  135 
6.1　沼气发酵与沼气  135 
6.1.1　沼气发酵  135 
6.1.2　沼气的组成与特性  136 
6.1.3　沼气的性质  136 
6.2　沼气发酵技术原理  137 
6.2.1　沼气发酵的过程  137 
6.2.2　产甲烷细菌的生物化学特性  138 
6.3　有机质厌氧消化过程  140 
6.3.1　糖类物质的代谢  140 
6.3.2　脂类化合物的代谢  141 
6.3.3　含氮化合物的代谢  141 
6.4　沼气发酵微生物  142 
6.4.1　沼气发酵微生物的种类  142 
6.4.2　沼气发酵微生物的特点  145 
6.4.3　沼气发酵微生物之间的作用  145 
6.5　沼气发酵的条件  147 
6.6　厌氧发酵过程的影响因素  150 
6.7　沼气发酵工艺  151 
6.7.1　沼气发酵原料及处理  151 
6.7.2　沼气发酵装置  156 
6.7.3　沼气发酵的应用  164 
复习思考题  167 

第7章　木质纤维素废物的生物炼制　  168 
7.1　生物炼制的概念  168 
7.2　基于农业秸秆废物的木质纤维素原料的生物炼制  169 
7.2.1　秸秆类纤维素资源情况  169 
7.2.2　秸秆类纤维素资源的组成及其结构特点  170 
7.2.3　木质纤维素废物生物炼制的原理  171 
7.3　木质纤维素废物的生物炼制——生物预处理  172 
7.3.1　白腐真菌对木质纤维素原料的预处理  173 
7.3.2　其他预处理方法  180 
7.4　生物炼制——纤维素水解  181 
7.4.1　纤维素的水解  181 
7.4.2　影响纤维素酶水解的因素  185 
7.4.3　纤维素酶的生产菌  186 
7.4.4　纤维素酶的生产  189 
7.5　生物炼制——葡萄糖发酵  191 
7.5.1　葡萄糖发酵的工艺流程  191 
7.5.2　葡萄糖发酵的微生物  191 
7.6　生物炼制——纤维素直接微生物发酵生产乙醇  193 
7.7　生物炼制——同步糖化发酵  194 
7.8　半纤维素的水解及五碳糖的发酵  195 
7.8.1　半纤维素的水解  195 
7.8.2　木糖的发酵过程  195 
7.8.3　五碳糖发酵的微生物  196 
7.9　固定化细胞发酵  199 
7.10　木质纤维素废物的生物炼制前景  199 
复习思考题  200 

第8章　有机固体废物的微生物饲料化处理　  201 
8.1　青贮  202 
8.1.1　青贮和青贮饲料  202 
8.1.2　青贮的原料及青贮操作  204 
8.1.3　青贮的原理  206 
8.1.4　乳酸菌及其在青贮过程中的作用  208 
8.1.5　青贮中的其他常见微生物及作用  215 
8.1.6　微生物青贮剂  221 
8.1.7　青贮饲料品质评判及影响青贮饲料品质的因素  224 
8.1.8　青贮饲料的益处  226 
8.2　秸秆生化饲料  227 
8.2.1　秸秆的饲料化发酵  227 
8.2.2　秸秆蛋白饲料  227 
8.2.3　秸秆饲料化处理的常见微生物  228 
8.2.4　农业秸秆的饲料化发酵展望  233 
复习思考题  233 

第9章　蘑菇栽培对农业固体废物的处置　  234 
9.1　真菌的生长特性  234 
9.1.1　真菌的化学组成特征  235 
9.1.2　真菌的细胞结构特征  235 
9.1.3　真菌营养体的形态结构特征  236 
9.1.4　真菌的生态学特征  241 
9.2　蘑菇栽培过程中可利用的固体废物种类及原理  245 
9.3　基于农业有机固废的双孢蘑菇栽培  247 
9.3.1　双孢蘑菇的特征  247 
9.3.2　双孢蘑菇生长发育条件  248 
9.3.3　双孢蘑菇人工栽培  250 
9.4　基于农业有机固体废物的黑木耳栽培  254 
9.4.1　黑木耳的特征  255 
9.4.2　黑木耳的生长发育条件  256 
9.4.3　黑木耳的段木栽培  257 
9.4.4　黑木耳的坑道栽培  260 
9.4.5　黑木耳的塑料棚栽培  260 
9.4.6　黑木耳的栽培过程（ 以袋栽法为例）  262 
9.5　蘑菇人工栽培过程中对有机固废的处理  264 
9.5.1　堆料理化性质的改变  264 
9.5.2　堆料中微生物的变化  264 
9.5.3　堆料中重要有机物质的降解  265 
9.6　菌渣的处理或处置  266 
复习思考题  267 

第10章　微生物冶金　  268 
10.1　微生物对金属的反应  269 
10.2　微生物冶金  271 
10.3　微生物浸出  272 
10.3.1　微生物浸出的原理  272 
10.3.2　微生物浸出的微生物种类  273 
10.3.3　微生物浸出工艺  278 
10.4　微生物槽浸工艺和微生物堆浸工艺的对比  291 
10.5　微生物浸出工艺的应用状况  292 
10.6　生物沉积  296 
10.6.1　生物沉积的原理  296 
10.6.2　生物沉积的微生物  297 
10.6.3　生物沉积的应用  298 
复习思考题  298 

参考文献　  299 

本书共10章，详细介绍了固体废物生物处理的现有技术及前沿研究，内容包括：固体废物及其生物处理概述、微生物对基质的降解利用过程及原理、有机固体废物堆肥技术、蚯蚓堆肥处理固体废物、卫生填埋生物处理技术、沼气化技术、木质纤维素废物的生物炼制、有机固体废物的微生物饲料化处理、蘑菇栽培对农业固体废物的处置、微生物冶金。本书可以作为高等院校环境相关专业学生系统学习固体废物生物处理技术的教材，还可以作为环保行业研究者开展固体废物资源化利用研究的参考书。

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