固體廢物生物處理技術

1.本書的內容全，涉及行業廣。涵蓋了所有的固體廢棄物的生物處理技術，保證知識體系的完善，。 2.將生物知識與處理原理結合，進一步還將處理原理與工藝技術相結合，從背景知識、技術原理和技術工藝上詳細介紹固體廢棄物的生物處理。 3.注重固體廢棄物的生物處理技術研究的前沿，在此書中收錄了如纖維素廢棄物的生物煉制和生物制氫等前沿內容。 4.充分考慮了教學特點，提供大量的生物圖片和工藝圖片，以便學生能夠直觀地對生物原理和處理工藝進行理解。

近年來，環境問題日益尖銳，資源日益短缺，影響著人類的生活和生存，合理處理與處置固體廢物并將其轉化為可供人類利用的資源也越來越引起人們的重視。為了保護環境和發展生產，許多國家不斷采取新措施和新技術來處理和利用固體廢物，其總的趨勢是從消極處理和處置轉向積極利用，實現廢物的資源化利用?？傊?，對固體廢物的綜合利用，實現其資源化和無害化，是節約資源、防止污染的有效途徑，而固體廢物的生物處理是實現此目的的最佳方法之一。因此，國內高校的環境專業相繼開設了涉及固體廢物生物處理內容的課程。
然而，國內很少有針對固體廢物生物處理技術的著作或教材。編者在固體廢物生物處理的教學過程中很難找到相關的參考教材，從而編寫了本書以彌補此空缺。
本書介紹了有機固體廢物堆肥技術、固體廢物的蚯蚓堆肥處理、衛生填埋、沼氣化技術、農業固體廢物的蘑菇栽培、纖維素廢物的生物煉制、有機廢物的微生物飼料化處理、微生物冶金等內容。其特點之一是內容全面，因為它不僅包括農業固體廢物的生物處理技術，還包括城市固體廢物的生物處理技術，以及礦業固體廢物的生物處理技術。此外，本書還將部分固體廢物生物處理的前沿研究內容如纖維素廢物的生物煉制收入進來。因此，本書不僅可以作為學生系統學習固體廢物生物處理技術的教材，還可以作為研究者開展固體廢物資源化利用研究的參考書。
本書第1章、第2章和第5章由昆明理工大學周成編寫；第3和第6章由西安交通大學王文東和李超鯤編寫；第4和第9章由昆明理工大學楊道麗編寫；第7和第8章由昆明理工大學熊向峰和周成編寫；第10章由昆明理工大學熊向峰編寫。全書由周成和熊向峰主編，王文東和楊道麗副主編，并由四位老師統稿。
本書的出版得到了昆明理工大學教材建設立項基金以及昆明理工大學環境科學與工程學院的支持，在此表示感謝。
限于編者的理論水平和實踐經驗，書中難免存在疏漏和欠妥之處，懇請讀者批評指正。

編者
2023年7月10日

本書共10章，詳細介紹了固體廢物生物處理的現有技術及前沿研究，內容包括：固體廢物及其生物處理概述、微生物對基質的降解利用過程及原理、有機固體廢物堆肥技術、蚯蚓堆肥處理固體廢物、衛生填埋生物處理技術、沼氣化技術、木質纖維素廢物的生物煉制、有機固體廢物的微生物飼料化處理、蘑菇栽培對農業固體廢物的處置、微生物冶金。
本書可以作為高等院校環境相關專業學生系統學習固體廢物生物處理技術的教材，還可以作為環保行業研究者開展固體廢物資源化利用研究的參考書。

第1章　固體廢物及其生物處理概述  001
1.1　固體廢物的概念 003
1.2　固體廢物的分類 003
1.3　固體廢物的特征 003
1.3.1　工業固體廢物 004
1.3.2　礦業固體廢物 004
1.3.3　城市固體廢物 004
1.3.4　農業固體廢物 006
1.3.5　放射性固體廢物 007
1.4　固體廢物產生的必然性及其污染現狀與危害 007
1.4.1　固體廢物產生的必然性 007
1.4.2　固體廢物的現狀 008
1.4.3　固體廢物的危害 009
1.5　固體廢物處理與處置 011
1.5.1　固體廢物的處理原則 013
1.5.2　固體廢物處理 013
1.5.3　固體廢物處置 015
1.6　適合生物處理的固體廢物 016
1.7　固體廢物生物處理的特點 016
復習思考題 017

第2章　微生物對基質的降解利用過程及原理  018
2.1　微生物生長繁殖的條件 019
2.1.1　碳源 019
2.1.2　氮源 020
2.1.3　生長因子 021
2.1.4　礦質元素 022
2.1.5　水 023
2.2　微生物的營養方式 023
2.2.1　異養 023 
2.2.2　自養 025
2.3　微生物的“營養感測” 025
2.4　大分子營養物質的胞外酶水解 026
2.4.1　大分子營養物質的水解 026
2.4.2　無機物的微生物水解 028
2.5　小分子產物的吸收和轉運 029
2.5.1　營養物質跨膜運輸的方式 030
2.5.2　跨膜運輸中的功能蛋白 032
2.5.3　營養物質在細胞內的轉運 040
2.6　營養物質的代謝 046
2.6.1　代謝及與代謝相關的幾個基本概念 046
2.6.2　酶的生物合成模式 048
2.6.3　酶的生物合成過程 049
2.6.4　酶與酶催化 049
2.6.5　初級代謝與次級代謝 051
2.7　微生物的生長與繁殖 052
2.7.1　單細胞細菌的生長與繁殖 052
2.7.2　放線菌的生長與繁殖 053
2.7.3　酵母菌的生長與繁殖 053
2.7.4　絲狀真菌的生長與繁殖 054
復習思考題 056

第3章　有機固體廢物堆肥技術  057
3.1　堆肥技術過程 057
3.1.1　堆肥處理的一般過程 057
3.1.2　堆肥的微生物學過程 058
3.2　堆肥技術的基本原理 058
3.2.1　熱力學原理 058
3.2.2　生物學原理 059
3.2.3　微生物熱失活原理 062
3.3　堆肥過程中物料的降解與轉化 064
3.3.1　纖維素的結構及降解 064
3.3.2　半纖維素的結構及降解 065
3.3.3　木質素的結構及降解 068
3.4　堆肥過程中的物理變化 069
3.5　堆肥過程中的化學變化 070
3.6　堆肥過程中的生物變化 071
3.7　堆肥質量的控制與評價指標 073
3.8　影響堆肥過程的主要因素 074
3.9　有機固體廢物堆肥工藝 076
3.9.1　堆肥原料配比與調理 076
3.9.2　好氧堆肥工藝 078
3.9.3　厭氧堆肥工藝 082
3.9.4　微生物菌劑強化堆肥工藝 086
3.10　堆肥過程的控制 088
3.11　堆肥的效用與應用前景 089
復習思考題 090

第4章　蚯蚓堆肥處理固體廢物  091
4.1　蚯蚓的生物學特性 091
4.2　常見的養殖蚯蚓 095
4.3　蚯蚓堆肥技術 097
4.3.1　蚯蚓堆肥及原理 097
4.3.2　蚯蚓堆肥步驟 098
4.3.3　影響蚯蚓堆肥的主要因素 100
4.3.4　蚯蚓堆肥的成分 101
4.4　蚯蚓堆肥處理不同固體廢物的工藝 102
4.4.1　蚯蚓堆肥處理城市生活垃圾 102
4.4.2　蚯蚓堆肥處理農業固體有機廢物 104
4.4.3　蚯蚓堆肥處理城市污泥 108
4.5　蚯蚓堆肥技術的展望 111
復習思考題 112

第5章　衛生填埋生物處理技術  113
5.1　衛生填埋概述 113
5.2　衛生填埋分類 114
5.3　衛生填埋的操作過程 116
5.4　填埋坑中微生物的活動 118 
5.4.1　衛生填埋場內的微生物種類 118
5.4.2　填埋坑中微生物的降解過程 123
5.4.3　影響填埋坑中微生物降解過程的因素 125
5.5　填埋場的沉降 126
5.6　垃圾填埋過程中滲濾液的產生及收集處理 127
5.6.1　垃圾滲濾液 127
5.6.2　垃圾滲濾液的來源 127
5.6.3　影響垃圾滲濾液產生量的因素 127
5.6.4　垃圾滲濾液的水質特征 128
5.6.5　滲濾液收集系統 129
5.6.6　滲濾液的處理方法 130
5.7　衛生填埋中填埋氣體的產生及收集處理 131
5.7.1　填埋場氣體的產生機理 131
5.7.2　填埋氣體的特性 131
5.7.3　填埋氣體的控制 132
5.7.4　填埋氣體的收集和利用 132
復習思考題 134

第6章　沼氣化技術  135
6.1　沼氣發酵與沼氣 135
6.1.1　沼氣發酵 135
6.1.2　沼氣的組成與特性 136
6.1.3　沼氣的性質 136
6.2　沼氣發酵技術原理 137
6.2.1　沼氣發酵的過程 137
6.2.2　產甲烷細菌的生物化學特性 138
6.3　有機質厭氧消化過程 140
6.3.1　糖類物質的代謝 140
6.3.2　脂類化合物的代謝 141
6.3.3　含氮化合物的代謝 141
6.4　沼氣發酵微生物 142
6.4.1　沼氣發酵微生物的種類 142
6.4.2　沼氣發酵微生物的特點 145
6.4.3　沼氣發酵微生物之間的作用 145
6.5　沼氣發酵的條件 147
6.6　厭氧發酵過程的影響因素 150
6.7　沼氣發酵工藝 151
6.7.1　沼氣發酵原料及處理 151
6.7.2　沼氣發酵裝置 156
6.7.3　沼氣發酵的應用 164
復習思考題 167

第7章　木質纖維素廢物的生物煉制  168
7.1　生物煉制的概念 168
7.2　基于農業秸稈廢物的木質纖維素原料的生物煉制 169
7.2.1　秸稈類纖維素資源情況 169
7.2.2　秸稈類纖維素資源的組成及其結構特點 170
7.2.3　木質纖維素廢物生物煉制的原理 171
7.3　木質纖維素廢物的生物煉制——生物預處理 172
7.3.1　白腐真菌對木質纖維素原料的預處理 173
7.3.2　其他預處理方法 180
7.4　生物煉制——纖維素水解 181
7.4.1　纖維素的水解 181
7.4.2　影響纖維素酶水解的因素 185
7.4.3　纖維素酶的生產菌 186
7.4.4　纖維素酶的生產 189
7.5　生物煉制——葡萄糖發酵 191
7.5.1　葡萄糖發酵的工藝流程 191
7.5.2　葡萄糖發酵的微生物 191
7.6　生物煉制——纖維素直接微生物發酵生產乙醇 193
7.7　生物煉制——同步糖化發酵 194
7.8　半纖維素的水解及五碳糖的發酵 195
7.8.1　半纖維素的水解 195
7.8.2　木糖的發酵過程 195
7.8.3　五碳糖發酵的微生物 196
7.9　固定化細胞發酵 199
7.10　木質纖維素廢物的生物煉制前景 199
復習思考題 200

第8章　有機固體廢物的微生物飼料化處理  201
8.1　青貯 202
8.1.1　青貯和青貯飼料 202
8.1.2　青貯的原料及青貯操作 204
8.1.3　青貯的原理 206
8.1.4　乳酸菌及其在青貯過程中的作用 208
8.1.5　青貯中的其他常見微生物及作用 215
8.1.6　微生物青貯劑 221
8.1.7　青貯飼料品質評判及影響青貯飼料品質的因素 224
8.1.8　青貯飼料的益處 226
8.2　秸稈生化飼料 227
8.2.1　秸稈的飼料化發酵 227
8.2.2　秸稈蛋白飼料 227
8.2.3　秸稈飼料化處理的常見微生物 228
8.2.4　農業秸稈的飼料化發酵展望 233
復習思考題 233

第9章　蘑菇栽培對農業固體廢物的處置  234
9.1　真菌的生長特性 234
9.1.1　真菌的化學組成特征 235
9.1.2　真菌的細胞結構特征 235
9.1.3　真菌營養體的形態結構特征 236
9.1.4　真菌的生態學特征 241
9.2　蘑菇栽培過程中可利用的固體廢物種類及原理 245
9.3　基于農業有機固廢的雙孢蘑菇栽培 247
9.3.1　雙孢蘑菇的特征 247
9.3.2　雙孢蘑菇生長發育條件 248
9.3.3　雙孢蘑菇人工栽培 250
9.4　基于農業有機固體廢物的黑木耳栽培 254
9.4.1　黑木耳的特征 255
9.4.2　黑木耳的生長發育條件 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　黑木耳的栽培過程（ 以袋栽法為例） 262
9.5　蘑菇人工栽培過程中對有機固廢的處理 264
9.5.1　堆料理化性質的改變 264
9.5.2　堆料中微生物的變化 264
9.5.3　堆料中重要有機物質的降解 265
9.6　菌渣的處理或處置 266
復習思考題 267

第10章　微生物冶金  268
10.1　微生物對金屬的反應 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種類 273
10.3.3　微生物浸出工藝 278
10.4　微生物槽浸工藝和微生物堆浸工藝的對比 291
10.5　微生物浸出工藝的應用狀況 292
10.6　生物沉積 296
10.6.1　生物沉積的原理 296
10.6.2　生物沉積的微生物 297
10.6.3　生物沉積的應用 298
復習思考題 298

參考文獻  299