固体废弃物的生物处理方法

随着人类生产水平与生活水平的不断提高，固体生活垃圾、工农业生产废弃物对环境造成的污染问题已经不容忽视。大量的固体废弃物质在收集、运输和处理的过程中，其中所含有的有害成分会对空气、土壤、水体造成污染，从而危害生态环境。如何处理、分解不断产生的大量垃圾，如何清除过去几十年中沉积在大气、土壤、水体中的有毒物质，是21世纪人类需要继续面临的两个严峻的挑战。

（一）固体垃圾的生物处理

随着全球城市数量增多、规模扩大、人口增长，城市废弃物质数量也在迅速增加，而现代城市垃圾中的固体垃圾比例正日益增大。城市垃圾的组成非常复杂，有些是可以分解的固体有机物（如纸张、食物垃圾、污水垃圾、枯落的植物枝叶、大型畜牧场与养殖场产生的废弃垃圾等），还有一些是不可分解的废弃物（如玻璃、塑料、金属等）。世界各国处理城市垃圾的方法主要包括焚烧与通过微生物代谢作用完成的填埋法和堆肥法等。

1.固体垃圾填埋处理

填埋技术是指将固体垃圾存积在低洼地或大坑之中，并通过科学的方法进行管理以恢复地貌和维持生态平衡的工艺。该方法的优点在于处理量大、简便、投入低。直至今日，美国、英国70%以上的垃圾是采用这种方法进行处理的。

早期的填埋方法处理是将每天填入的垃圾压实后再铺盖一层土壤，垃圾填埋地点被完全填埋常常需要几个月到几年的时间。如果处理不当，既不雅观又很容易导致二次污染，如产生异味、污染空气、蚊蝇滋生，对填埋地的微生物群造成严重负面影响，有害物质向地下渗透污染水源，等等。被填埋的垃圾经过发酵后产生甲烷等气体还容易引发爆炸。

针对以上不足，现代填埋技术已经进行了很大的改进。主要体现在以下方面：①填埋场地选择，底层高于地下水位4 m以上，填埋场地下层具有不透水的岩石层或黏土层等自然隔水层基质，否则应在填埋场地底层铺垫沥青或塑料膜等隔水材料以防止渗漏；②填埋场地设置有排气口，使填埋过程中产生的甲烷等气体能及时排出，以防止爆炸和便于气体收集；③填埋场地设置有污染系统，对地下水、地表面水体和环境中空染进行监测；④必要时对填埋物质进行清理。这种经过科学构建的密闭型新型可填埋池不仅能很好地处理被填垃圾，而且能产生有用的甲烷气体；填埋可用作牧场、农田或绿地公园等加以利用。

目前，人们已经将填埋池作为生物器进行科学管理，以使其发挥经济和环境保护的综合价值。1995年，中国深圳投资兴建了国内第一个符合国际标准的危险物质场，其他一些城市也相继建设了一些大中型垃圾填埋场，日处理固体垃圾量达数千吨。

2.固体垃圾堆肥处理

固体垃圾堆肥处理技术也是利用微生物的代谢活动使垃圾中的有机物质转化成为腐殖质。堆肥处理的本质是低温条件下固体基质的微生物发酵过程。经过转化的产物不仅大大减少了原有垃圾的存放体积，而且可以用作肥料或土壤改良剂，安全地返回环境中进行有效利用。城市生活垃圾中，可降解的有机成分含量较高，因而很适合进行堆肥处理；农村大量的废弃有机物质如秸秆、动物废料等经过特殊的堆肥处理，终产物可用作真菌（如食用香菇、草菇等）培养基产生经济价值。可见，堆肥处理是实现垃圾减量化、资源化的有效途径之一。(www.xing528.com)

堆肥处理的基本生物学反应是有机基质与氧充分混合并发生氧化反应，生产CO2、H2O和其他有机副产品。堆肥成功的关键是需要提供微生物生长的最适条件，所以需要对相关条件如温度（≤55℃）、湿度（45%～65%）、通气等进行有效控制。

堆肥的方式可以是静止堆积、通气堆积、通道堆积或旋转反应器堆积等。静止堆积适用于进行小型堆肥处理。在大规模的商业化堆肥中，通气堆肥系统通常是在一个封闭的建筑结构中进行，采用翻转方式进行强制性通气（可防止异味扩散和创造良好的堆肥条件）。通道堆肥则是在一个封闭的塑料管道（一般长为30～60 m，宽和高各为4～6 m）内进行的；通道堆肥系统在家庭肥料、污水淤泥堆肥处理中已经应用了多年，其产物可用于作为蘑菇培养的特殊基质。旋转反应器堆肥系统规格多样，小型反应器广泛应用于家庭废料和少量园艺废料的堆肥处理，大型反应器非常适合于处理有机废料。某些含有硫或氮的化合物堆肥过程中会产生异味，这些异味可采用大气生物净化装置进行去除。

堆肥处理的应用正日益广泛，而家庭垃圾分类处理是导致这种技术广泛应用的主要原因。例如，欧洲将垃圾分成可再循环垃圾（包括玻璃、塑料、金属）、可完全降解垃圾（如蔬菜垃圾、生物垃圾、纸张等）和有害及其他垃圾3个大类分别进行处理。

固体垃圾堆肥处理技术应该达到以下标准：①避免有害物质渗漏而污染地下水源（利用天然或建造合理的永久性底层结构）；②处理过程不污染环境且经济上可行；③形成堆肥终产品市场；④保证终产品质量稳定（堆肥基质与数量适当）。

（二）微生物采矿

在金属矿藏开采过程中，贫矿和矿尾的充分利用一直是人们关注的问题。在以上两种情况中，贫矿矿石中金属含量很低，采用高温冶炼已不经济，丢弃不用又非常可惜。对于我国而言，贫矿和矿尾的利用具有更为重大的意义。这是因为我国的许多矿藏都是属于贫矿，开采成本高。研究发现，有些微生物能使矿石中的有用金属转变为水溶性盐而溶解出来（金属浸出作用），于是，人们就试图利用微生物发酵来开采贫矿和矿尾，以达到最大限度地利用矿藏和减少废弃物对环境的污染。

许多细菌、真菌、酵母、藻类都具有金属浸出作用，而应用较为广泛的微生物主要是细菌中的氧化亚铁硫杆菌和氧化硫杆菌。这两种细菌能将低价硫氧化成高价硫并从中获取能量，同时产生硫酸和硫酸铁[Fe2（SO4）3]，使矿石中的金属元素以硫酸盐的形式释放出来。硫酸和硫酸铁是良好的矿石浸出剂，可用来进行黄铜矿（CuFeS2）、辉铜矿（Cu2S）、赤铜矿（CuO2）、蓝铜矿（CuS）等多种金属矿物开采。以上矿物中的Cu以CuSO4形式释放出来，然后再通过置换反应将CuSO4溶液中的Cu置换出来；置换反应中所产生的FeSO4又可以作为细菌营养物被氧化成Fe2（SO4）3，再次作为矿石浸出剂。氧化亚铁硫杆菌进行金属浸出的最适温度为30℃～40℃，最适pH为0.2～3.5。因此，为了维持适当的pH，在金属浸出过程中需要不断地补充硫酸。

利用微生物从硫化铜矿、废铜矿和铀矿中提取有用的金属元素早在20世纪50年代末就已经用于工业生产。如美国，1958年利用细菌产生的硫酸铁溶液成功地回收了铜；20世纪80年代，利用微生物开采所生产的铜占到全美铜总产量的1/4，生产成本约为直接溶解法的30%左右。加拿大、印度、苏联、美国等国家广泛应用微生物金属浸出技术从低品位铀矿石（0.01%～0.5%U3O8）中回收铀，成本仅为其他方法的50%左右。就美国来说，每年用该法提取得到的铀就有400 t之多。这种技术也可用来提取核废料中的铀。微生物金属浸出技术还可用来清除高硫煤矿中的硫。由于高硫煤燃烧时产生大量SO2而导致空气污染，现在这种煤已经很少使用。然而，随着地球煤资源的日益减少，高硫煤矿也不容忽视。鉴于此，利用微生物金属浸出技术进行煤炭除硫，具有重要的经济意义和深刻的环保意义。

微生物采矿技术的工艺条件比较容易控制，所需设备简单，成本较为低廉，并且能充分利用地球上有限的矿产资源而受到越来越多的关注。