廢物資源化生物技術(shù)

關(guān)于廢物資源化生物技術(shù)固體廢物處理處置技術(shù)固體廢物:人類在生產(chǎn)、生活和消費等活動中產(chǎn)生的固態(tài)、半固態(tài)和高濃度液態(tài)丟棄物。固體廢物種類復雜，可分為有機物和無機物，按形狀可分為固體的和泥狀的，按危害情況可分為有度的、有害的和一般的，按來源可分為工業(yè)的、農(nóng)業(yè)的、生活的和混合的等。第2頁,共64頁，2024年2月25日，星期天固體廢物的處理方法物理方法化學方法生物方法固體廢物的處理包括前處理（貯存、清運）、中間處理（堆肥、焚燒、熱分解、破碎、壓縮）和最終處理（衛(wèi)生填埋）從資源回收利用的角度而言，固體廢棄物的處理主要包括物質(zhì)回收、能源回收和土地回收）從技術(shù)特征來看，固體廢棄物的處理方法主要有衛(wèi)生填埋、堆肥化和垃圾焚燒等。第3頁,共64頁，2024年2月25日，星期天固體廢棄物處理的原則和目標減量化，資源化，無害化和穩(wěn)定化常規(guī)處理技術(shù)：填埋堆肥焚燒熱處理第4頁,共64頁，2024年2月25日，星期天填埋法是大量消納城市垃圾的有效方法。處置量大，方便易行、成本低且不受垃圾成分變化影響。大型垃圾填埋場還可以回收利用沼氣能源，封場后土地可以再用。經(jīng)歷簡單填埋、衛(wèi)生填埋和生態(tài)填埋的過程應注意解決垃圾填埋滲濾水和填埋氣的二次污染問題。第5頁,共64頁，2024年2月25日，星期天堆肥法在有控制的條件下，利用微生物分解垃圾中易降解有機成分的生物化學過程。在實現(xiàn)垃圾無害化的同時，堆肥過程也具有減量化和資源化的作用。堆肥可減量30%，減重20%。堆肥是良好的有機肥和土壤改良劑缺點：堆肥的資源法作用有限對垃圾要求高堆肥周期長，占地面積大，衛(wèi)生條件差須與其他方法相結(jié)合第6頁,共64頁，2024年2月25日，星期天焚燒處理焚燒處理是實現(xiàn)垃圾無害法、減量法和資源化的有效方法，具有較高的減容效果，也是垃圾能源化的一種重要手段。缺點：焚燒過程易產(chǎn)生二惡英、苯并芘等劇毒物質(zhì)，造成二次污染投資大，成本高、對技術(shù)水平及經(jīng)濟能力要求高

第7頁,共64頁，2024年2月25日，星期天熱解處理利用固體廢棄物中有機物的熱不穩(wěn)定性，在無氧或缺氧的條件下受熱分解的過程，即把固體廢棄物中的能源轉(zhuǎn)變成可貯存與可運輸?shù)娜剂?。熱解處理主要包括熱解法和氣化法目前的熱解處理主要是針對一些特定的高熱廢物。因此熱解處理技術(shù)復雜，成本高，進行推廣有一定的困難。第8頁,共64頁，2024年2月25日，星期天有機垃圾的生物處理方法方法產(chǎn)物說明填埋法甲烷、滲透水處理產(chǎn)甲烷或回收NH4-N自然條件下反應，10-20年才穩(wěn)定堆肥法類似腐殖土肥料人為控制條件，好氧法需1個月，厭氧法需4個月以上厭氧消化法甲烷對城市污泥已有工程應用，目前國內(nèi)外重視兩段式消化工藝高速發(fā)酵法肥料、飼料等利用固體發(fā)酵反應器系統(tǒng)和高速發(fā)酵為生物，需24-48H生物發(fā)酵蛋白質(zhì)、酒精微生物轉(zhuǎn)化蛋白質(zhì)生物發(fā)酵葡萄糖、糖醛與水解法并用第9頁,共64頁，2024年2月25日，星期天固體廢物的堆肥法生物處理技術(shù)1.堆肥化的基本原理堆肥化的實質(zhì)是有機固體廢棄物在微生物的作用下,通過生物化學反應實現(xiàn)轉(zhuǎn)化和穩(wěn)定化的過程.

堆肥化可分為好氧法和厭氧法兩種.第10頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.1可生物降解塑料PHAs6.1.1概述

1.白色污染的危害，開發(fā)可降解塑料材料。

2.可降解塑料的種類：生物可降解塑料：完全生物降解塑料部分生物降解塑料

化學可降解塑料：氧化降解塑料水解降解塑料

光降解塑料：光-生物-化學組合可降解塑料：第11頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.1.1概述3.PHAs（聚-β-羥基烷酸）和PHB（聚-β-羥基丁酸）屬于脂肪族聚酯，最初由巨大芽孢桿菌的細胞中提取，普遍存在于微生物體內(nèi)。

第12頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.1.1概述4.特性：高分子特性：憎水性，氣體阻隔性，壓電性，非線性光學活性

新材料：生物可降解性，生物可相容性

5.用途：容器、袋、醫(yī)用材料。第13頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.1可生物降解塑料PHAs6.1.2合成PHAs的主要微生物

65個屬中的300種微生物，積累有PHAs的微生物通過用蘇丹黑或尼羅藍染色來鑒別。生產(chǎn)PHAs的商業(yè)菌株應具備的性能：

1）可利用廉價碳源；

2）生長速度快；

3）對底物轉(zhuǎn)化率高；

4）胞內(nèi)聚合物含量高；

5）聚合物分子質(zhì)量大。菌種主要有真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌、固氮菌和甲基營養(yǎng)菌等。第14頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.1可生物降解塑料PHAs第15頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.1可生物降解塑料PHAs6.1.3合成途徑及關(guān)鍵酶最具工業(yè)化前景的是聚羥基丁酸酯（PHB）和聚羥基戊酸酯（PHV）。聚羥基丁酸酯合成途徑有兩條：三步合成途徑五步合成途徑第16頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.1可生物降解塑料PHAs第17頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.1可生物降解塑料PHAs第18頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.1可生物降解塑料PHAs6.1.4細菌發(fā)酵生產(chǎn)PHB

工藝選擇原則：提高細胞培養(yǎng)密度；提高胞內(nèi)積累量；縮短發(fā)酵周期。

第19頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.1可生物降解塑料PHAs第20頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.1.4細菌發(fā)酵生產(chǎn)PHB關(guān)鍵問題：1）菌種對丙酸的低轉(zhuǎn)化率，導致生產(chǎn)成本高；2）聚合物分子質(zhì)量分布范圍，且不易控制；3）提取技術(shù)達不到高收率、高純度，且污染大；4）性能不及化工合成塑料。第21頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.1.4細菌發(fā)酵生產(chǎn)PHB

需要開發(fā)的技術(shù)：

1）丙酸轉(zhuǎn)化率高、生長速度快的菌種育種；

2）高生產(chǎn)強、高轉(zhuǎn)化率、高聚合物含量、聚合物分子量大和分布窄為目標的流加發(fā)酵技術(shù)；

3）基因工程E.coli菌種的開發(fā)；4）確定聚合物生物工藝與降解性能的相關(guān)性；5）低成本、高產(chǎn)品質(zhì)量的非有機溶劑清潔提取技術(shù)；6）聚合物分子設(shè)計、修飾和共混加工技術(shù)。第22頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.1可生物降解塑料PHAs6.1.5植物生產(chǎn)PHB1992年將真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌的PHB合成途徑中phbB、phbC轉(zhuǎn)入擬南芥，合成了100毫克/克的PHB,但植物生長受到干擾。

1994年將PHB定位于質(zhì)體，將連有葉綠體信號肽的phbB、phbA、phbC轉(zhuǎn)入擬南芥，積累了14克/克的PHB,而且植物生長正常。油菜、大豆等油料作物的種子是最佳部位。第23頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.1可生物降解塑料PHAs第24頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.1可生物降解塑料PHAs第25頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.2單細胞蛋白生產(chǎn)6.2.1概述利用各種廢物（碳水化合物、碳氫化合物、石油加工副產(chǎn)品）培養(yǎng)單細胞生物（細菌、放線菌、酵母菌、霉菌和微型藻類）而獲得生物體蛋白。高濃度的有機廢水（糖廠的廢糖蜜、造紙廠的亞硫酸鹽廢液、酒精廠廢液和食品廠廢液等）可用于單細胞蛋白生產(chǎn)。第26頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.2單細胞蛋白生產(chǎn)6.2.2:微生物蛋白的營養(yǎng)價值稍差于魚粉，但優(yōu)于大豆，是優(yōu)質(zhì)的飼料添加劑。用途：人類食品；飼料；工業(yè)原料第27頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.2單細胞蛋白生產(chǎn)6.2.3生產(chǎn)單細胞蛋白的微生物細菌生長快，蛋白含量高，原料要求簡單，但個體小，分離困難，蛋白不易消化吸收。絲狀真菌易于回收，但生產(chǎn)速度慢，蛋白含量低。藻類的纖維質(zhì)細胞壁不易為人體消化。酵母個體大，易于分離回收，蛋白易于消化吸收。第28頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.2單細胞蛋白生產(chǎn)第29頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第30頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.2.3生產(chǎn)單細胞蛋白的微生物微生物生產(chǎn)單細胞蛋白的優(yōu)點

1）生長速度快（0.5-1h繁殖一代）；

2）容易進行遺傳操作，改良其遺傳特性；

3）蛋白質(zhì)含量高，營養(yǎng)價值高；

4）反應器中連續(xù)培養(yǎng)，不受氣候影響；

5）原料簡單。第31頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第32頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.2單細胞蛋白生產(chǎn)6.2.4生產(chǎn)單細胞蛋白的原料

1）農(nóng)業(yè)廢棄物（秸桿）；

2）烴類及其衍生物（石油烴）；

3）高濃度有機廢水（紙漿廢液）；

4）固體廢棄物（城市有機垃圾、酒糟）；

5）工業(yè)廢氣（co2)。第33頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.2單細胞蛋白生產(chǎn)第34頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.2單細胞蛋白生產(chǎn)6.2.5單細胞蛋白生產(chǎn)工藝淀粉質(zhì)原料酒糟生產(chǎn)工藝亞硫酸鹽紙漿廢液生產(chǎn)工藝

Waterloo單細胞蛋白生物轉(zhuǎn)化法其它工藝第35頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.2單細胞蛋白生產(chǎn)第36頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.2單細胞蛋白生產(chǎn)第37頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.2單細胞蛋白生產(chǎn)第38頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.2單細胞蛋白生產(chǎn)第39頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.2單細胞蛋白生產(chǎn)8.2.6存在的問題和對策問題：1）單細胞蛋白中核酸含量高，可能會影響人體健康；

2）存在有毒性物質(zhì)，加強質(zhì)量檢測；

3）消化慢，易產(chǎn)生消化不良；

4）成本高。對策：1）菌種（增殖速度快、要求低、易于培養(yǎng)，蛋白含量高、組成好）；

2）原料簡單、低廉，能大量供應；

3）菌體分離回收容易；

4）不易污染，排放廢水少；

5）無毒性、病原及致癌物質(zhì)。第40頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.3廢棄物肥料6.3.2一些可作肥料資源的工業(yè)廢物粉煤灰：燃煤后廢棄物。主要作為Si、Ca肥應用，添加在復肥配方中可改善粒狀肥料的某些理化性能。第41頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.3廢棄物肥料6.3.2一些可作肥料資源的工業(yè)廢物污泥：是城市污水處理的產(chǎn)物，穩(wěn)定化和無害化處理，消除了臭味和殺死蟲卵病菌。但重金屬含量高分揀、發(fā)酵處理的垃圾，可制成有機復肥或改土劑施用。第42頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.3廢棄物肥料6.3.2一些可作肥料資源的工業(yè)廢物糖廠廢渣：濾泥、蔗渣、蔗髓（主要用補充有機質(zhì)）。濾泥依制糖工藝不同有兩種：雙碳酸法濾泥和亞硫酸法濾泥。第43頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.3廢棄物肥料6.3.2一些可作肥料資源的工業(yè)廢物禽畜糞便：有機質(zhì)豐富，較高的N、P、K，但有臭味，蟲卵病毒?？刹扇“l(fā)酵除臭、膨化除臭、化學除臭等方法除臭；采用化學和高溫消毒。第44頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.3廢棄物肥料6.3.2一些可作肥料資源的工業(yè)廢物高濃度有機廢液：酒精味精廢液含有NPK外，還含有豐富的氨基酸、激素類、糖份和維生素等物質(zhì)，具有較高的生物活性。第45頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.3廢棄物肥料6.3.2一些可作肥料資源的工業(yè)廢物冶金廢渣及尾礦：鋼鐵廢渣含Ca、Si、Mg較高，同時含一些微量元素，是一種堿性肥料；煉鋁工業(yè)的紅泥含Si較高，可做肥料。尾礦可做微量元素肥料資源開發(fā)。第46頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.3廢棄物肥料6.3.3廢棄物肥料資源的開發(fā)和利用有機肥有機復肥第47頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.3廢棄物肥料6.3.3廢棄物肥料資源的開發(fā)和利用第48頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.4微生物肥料6.4.1背景

1）重金屬、農(nóng)用化學、有機化學品的大量使用，使耕地受到污染，對我國的環(huán)境質(zhì)量、食物安全和公眾健康構(gòu)成威脅。

2）不合理的施用化學肥料、污水灌溉等造成地下水污染、農(nóng)產(chǎn)品污染和湖泊富營養(yǎng)化。

3）國內(nèi)外積極發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)（生態(tài)農(nóng)業(yè)、有機農(nóng)業(yè)），要求不用或少用化學肥料、化學農(nóng)藥和其它化學品。因此，需要開發(fā)新型環(huán)境友好肥料。第49頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.4微生物肥料6.4.2微生物肥料的定義以多種有益微生物為主體,加入一定量的有機物,配合自然無機礦物營養(yǎng)物質(zhì),通過生物化學工程處理和微生物發(fā)酵工藝而制成的有機肥料.

生物肥料第50頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.4微生物肥料6.4.3微生物肥料的特點和優(yōu)點

1)使用量少;2)含菌量高;3)具有特定的生理功能;4)使用特定的菌種;5)肥效長;6)保護環(huán)境,改良土壤結(jié)構(gòu);7)促進生態(tài)農(nóng)業(yè)和有機食品生產(chǎn);8)提高農(nóng)業(yè)投入產(chǎn)出效率.第51頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.4微生物肥料6.4.4微生物肥料的種類和作用種類：

1）增加營養(yǎng)元素的供應量----根瘤菌。

2）刺激植物促進吸收----菌根菌。作用：

1）增加土壤肥力；

2）制造并協(xié)助農(nóng)作物吸收營養(yǎng)；

3）增強植物抗病蟲害和抗旱能力；

4）減少化肥的使用量和提高作物品質(zhì)。第52頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.4微生物肥料6.4.5作用機理

1）活化并促進植物對營養(yǎng)元素的吸收第53頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.4微生物肥料6.4.5作用機理

2）增加營養(yǎng)元素的供應量第54頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.4微生物肥料6.4.6微生物肥料簡介按制品中主要微生物種類：細菌肥料（根瘤菌肥、固氮、解磷、解鉀）放線菌肥（抗生肥料）真菌類肥料（菌根真菌、霉菌、酵母肥）光合細菌肥料第55頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.4微生物肥料6.4.6微生物肥料簡介按作用機理：根瘤菌肥料固氮菌肥料解磷肥料硅酸鹽類肥料芽孢桿菌制劑分解作物秸稈制劑微生物植物生長調(diào)節(jié)第56頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.4微生物肥料6.4.6微生物肥料簡介根瘤菌類肥料：固體接種劑（2億活菌/克）第57頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.4微生物肥料6.4.6微生物肥料簡介光合細菌肥料：光合細菌能利用硫化物、氨態(tài)氮和小分子有機物進行光合作用，將有害污染物變?yōu)闋I養(yǎng)物質(zhì)或無害物質(zhì)，作為植物的養(yǎng)分；同時光合細菌可產(chǎn)生許多促生長因子、維生素、輔酶等，可激活植物細胞的活性，提高作物光合作用的能力。第58頁,共64頁，2024年2月25日，星期天6.4微生物肥料6.4.7微生物肥料生產(chǎn)存在的問題

1）盲目加入多種菌導致相互拮