固體廢棄物生物處理技術(shù)

關(guān)于固體廢棄物生物處理技術(shù)第1頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)有機固體廢物好氧堆肥目前，固體廢物的年平均增長速度已是經(jīng)濟增長速度的2～3倍。世界各國根據(jù)各自的國情，分別采用填埋、焚燒、生物降解法（包括堆肥化）等技術(shù)處置固體廢物。好氧堆肥法具有運行費用低、二次污染小等優(yōu)點，在世界各國特別是發(fā)展中國家有很好的發(fā)展前景。第2頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第3頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第4頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第5頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第7頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月一、堆肥化的基本概念1.堆肥化及作用堆肥化是指在控制條件下，依靠自然界廣泛分布的細菌、放線菌、真菌等微生物，人為地促進可生物降解的有機物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)生化轉(zhuǎn)化的過程。堆肥化的產(chǎn)物稱為堆肥，堆肥是廉價的優(yōu)質(zhì)土壤改良肥料。廢物經(jīng)過堆制，體積一般只有原體積的50％～70％。第8頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月2.堆肥原料

生活垃圾、有機污泥、人和禽畜糞便以及農(nóng)林廢物等都含有堆肥微生物所需要的各種基質(zhì)－碳水化合物、脂類、蛋白質(zhì)等，此外，還含有N、P、K、Na、Mn、Fe等，是常用的堆肥原料。

城市生活垃圾是堆肥的最主要的原料。第9頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月二、堆肥中的微生物好氧堆肥中參與降解有機物的微生物以好氧菌為主，主要包括兩大類：嗜溫菌和嗜熱菌。嗜溫菌包括細菌、放線菌、真菌等嗜熱菌包括嗜熱性真菌和細菌等。堆肥的原料來源不同，微生物的種類和數(shù)量也不盡相同。第10頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月45℃的堆肥樣品中，一般有以下幾屬：曲霉屬，芽孢桿菌屬，腸道桿菌屬、假單胞菌屬、芽孢乳桿菌屬。55℃時的堆肥樣品中一般有以下幾屬：乳桿菌屬，芽孢桿菌屬，假單胞菌屬，鏈球菌屬，小單胞菌屬。第11頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月三、堆肥化過程有機固體廢物好氧堆肥過程，依據(jù)溫度變化，大致可分為3個階段：1.中溫階段（產(chǎn)熱階段）：15～45℃

嗜溫性微生物2.高溫階段60~70℃嗜熱性微生物3.降溫階段（腐熟階段）嗜溫性微生物

當溫度穩(wěn)定在40℃，堆肥基本達到穩(wěn)定，形成腐殖質(zhì)。第12頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月四、好氧堆肥化原理在好氧堆肥化過程中，有機固體廢物中的可溶性有機物可以透過微生物的細胞壁和細胞膜被微生物直接吸收，而不溶性的膠體有機物質(zhì)，則先被吸附在微生物體外，依靠微生物分泌的胞外酶分解為可溶性物質(zhì)后再滲入細胞。微生物通過自身的生命活動，進行分解代謝和合成代謝，把一部分被吸收的有機物氧化成簡單的無機物，并釋放出能量，同時把另一部分的有機物轉(zhuǎn)化成細胞物質(zhì)，使微生物生長繁殖。第13頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月五、好氧堆肥工藝現(xiàn)代化堆肥生產(chǎn)通常由前處理、初級發(fā)酵、次級發(fā)酵、后處理、脫臭及貯存等工序組成。前處理對體積較大的物料需要破碎、分選，使顆粒變小，含水率均勻；對含水量較高的原料主要是降低水分，增加透氣性，調(diào)整碳氮比。第14頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月初級發(fā)酵在發(fā)酵倉內(nèi)進行，靠強制通風或翻堆攪拌來供給氧氣。通常把穩(wěn)定升高到開始降低為止的階段稱為主發(fā)酵期。一般為4～12d.次級發(fā)酵經(jīng)過主發(fā)酵的半成品被送去后發(fā)酵，即次級發(fā)酵。后發(fā)酵通常采用敞開式發(fā)酵，為了提高發(fā)酵效率，仍需進行翻堆或通風。后發(fā)酵的時間一般為20～30d以上。第15頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月后處理去除塑料、玻璃、陶瓷、金屬、小石塊等雜物。通常采用回轉(zhuǎn)式振動篩、磁選機、風選機等設(shè)備去除上述雜質(zhì)，并根據(jù)需要進行再破碎。第16頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月脫臭采用化學(xué)除臭或吸附除臭法除去堆肥過程中產(chǎn)生的氨、硫化氫、甲基硫醇等臭味物質(zhì)。貯存堆肥的供應(yīng)期多半是集中在秋天和春天。堆肥成品可直接堆存在二次發(fā)酵倉內(nèi)，或袋裝后存放。第17頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月六好氧堆肥的影響因素影響好氧堆肥化的主要因素有有機質(zhì)的含量、含水率、溫度、碳氮比等。有機質(zhì)含量：適宜的有機質(zhì)含量為20％～50％。含水率：55％為佳溫度：35～55℃碳氮比：30：1第18頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月德國克爾海姆縣Dietrichsdorf垃圾堆肥廠

第19頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月/files/hoegl-process.htm第20頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)有機固體廢物生物轉(zhuǎn)化沼氣研究微生物產(chǎn)生沼氣已有100多年的歷史，早在1866年，Bechamp首先指出甲烷的形成是一種微生物學(xué)的過程。以后，經(jīng)過許多科學(xué)家的努力，逐步建立起厭氧發(fā)酵制取沼氣的工藝.利用農(nóng)牧漁業(yè)及其產(chǎn)品加工業(yè)生產(chǎn)的廢物（如豆渣、酒糟等）及生活垃圾、糞便、有機廢物污泥都可作為沼氣發(fā)酵的原料。第21頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月沼氣發(fā)酵的應(yīng)用

生產(chǎn)沼氣，提供能源

處理廢物，保護環(huán)境第22頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月沼氣發(fā)酵裝置1第23頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月沼氣發(fā)酵裝置2第25頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)有機固體廢物發(fā)酵制備酒精酒精發(fā)酵的原料和微生物酒精發(fā)酵的生化過程酒精發(fā)酵的原理第26頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月一、酒精發(fā)酵的原料和微生物原料含纖維素、淀粉和糖的廢物都可以用來進行酒精發(fā)酵。木材、木屑、廢紙、稻草、玉米稈、麥稈、玉米芯及腐爛的水果。微生物

糖化菌：產(chǎn)生淀粉酶，水解淀粉。曲霉、根霉等

酒精發(fā)酵的微生物：南陽酵母\啤酒酵母第27頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月二、酒精發(fā)酵的生化過程發(fā)酵前期

酒精和CO2產(chǎn)量很少，發(fā)酵表面比較平靜，持續(xù)10h以上。酵母的接種量、酵母質(zhì)量和接種溫度影響該階段的長短。發(fā)酵中期

酵母數(shù)量達最高值，酒精及CO2大量產(chǎn)生。溫度控制在32～33℃。維持10～15h發(fā)酵后期

溫度30～32℃，維持30～40h第28頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月三、酒精發(fā)酵的原理水解酸水解法纖維素水解酶水解法酸水解淀粉的水解酶水解第29頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月植物纖維水解的機理主要是指纖維素和半纖維素的水解纖維素實質(zhì)上是一種己聚糖半纖維素則主要是戊聚糖第30頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月酒精發(fā)酵酵母菌在厭氧條件下可發(fā)酵己糖形成酒精

C6H12O62CH3CH2OH+2CO2+Q1mol葡萄糖可產(chǎn)生2mol酒精一般100kg純淀粉理論上可以生產(chǎn)96％的酒精60.54kg第31頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第32頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第33頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)發(fā)酵制備單細胞蛋白單細胞蛋白（Single-Cell-Protein,簡稱SCP)一詞是由美國麻省理工學(xué)院（MIT)的CarrollWilson教授于1966年首先提出的。通常SCP是指通過培養(yǎng)單細胞生物而獲得的生物體蛋白質(zhì)，又稱微生物蛋白，包括細菌、放線菌中的非病源菌、酵母菌、霉菌和微型藻類等。1967年在第一次全世界單細胞蛋白會議上，將微生物菌體蛋白統(tǒng)稱為單細胞蛋白。第34頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第35頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月

單細胞蛋白所含營養(yǎng)物質(zhì)極為豐富。

蛋白質(zhì)含量高達40%～80%，比大豆高10%～20%，比肉、魚、奶酪高20%以上；

氨基酸的組成較為齊全，含有人體必需的8種氨基酸，尤其是谷物中含量較少的賴氨酸。單細胞蛋白中還含有多種維生素、碳水化合物、脂類、礦物質(zhì)，以及豐富的酶類和生物活性物質(zhì)，如輔酶A、輔酶Q、谷胱甘肽、麥角固醇等

第36頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月利用有機廢物生產(chǎn)SCP不僅能夠變廢為寶，同時還起到凈化環(huán)境，降低廢物BOD的作用。第37頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月單細胞蛋白的優(yōu)點：生產(chǎn)效率高。比動植物高成千上萬倍，這是由于微生物的生長繁殖速率快。生產(chǎn)原料來源廣?？晒I(yè)化生產(chǎn)。不僅需要的勞動力少，不受地區(qū)、季節(jié)和氣候的限制，而且產(chǎn)量高，質(zhì)量好。

第38頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月一、生產(chǎn)單細胞蛋白的原料和微生物原料：①農(nóng)業(yè)廢物、廢水，如秸稈、蔗渣、甜菜渣、木屑等含纖維素的廢料及農(nóng)林產(chǎn)品的加工廢水；需經(jīng)粉碎、堿處理以提高可消化性。②工業(yè)廢物、廢水，如食品、發(fā)酵工業(yè)中排出的含糖有機廢水、亞硫酸紙漿廢液等；③石油、天然氣及相關(guān)產(chǎn)品，如原油、柴油、甲烷、乙醇等；④H2、CO2等廢氣第39頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月微生物：酵母菌、細菌、霉菌、擔子菌等。假絲酵母和釀酒酵母，前者利用戊糖.第40頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月細菌蛋白：生長速度快，蛋白質(zhì)含量高，能利用糖類和烴類，但個體小，分離困難且蛋白質(zhì)不如酵母菌易于消化吸收。絲狀真菌：易于回收，但生產(chǎn)速度慢，蛋白質(zhì)含量較低。藻類：纖維質(zhì)的細胞壁不易消化，且具有富集重金屬的問題。酵母菌：個體大，易于分離、回收，且蛋白質(zhì)易于吸收，目前生產(chǎn)上采用較多。第41頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月酵母蛋白

酵母在食品加工中應(yīng)用較早，包括食品的釀造、烘烤等。酵母中蛋白質(zhì)的含量超過其干重的一半，但相對缺乏含硫氨基酸。另外，由于酵母中核酸含量較高，若攝入過量的酵母蛋白則會造成血液的尿酸水平升高，引起機體代謝紊亂。第42頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月細菌蛋白其生產(chǎn)底物一般是碳氫化合物（如天然氣或瀝青）或甲醇，細菌中蛋白質(zhì)含量占其干重的3/4以上，必需氨基酸組成中同樣缺乏含硫氨基酸，另外所含的脂肪酸也多為飽和脂肪酸。這兩種微生物蛋白一般不能能夠直接食用，需除去細胞壁、核酸和灰分等雜質(zhì)。細菌蛋白提取處理后得到細菌分離蛋白，它的化學(xué)組成與大豆分離蛋白相近，并且在補充含硫氨基酸以后，它的營養(yǎng)價值與大豆分離蛋白相近。第43頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月二、生產(chǎn)單細胞蛋白的方法通常采用連續(xù)培養(yǎng)方法，即在培養(yǎng)罐內(nèi)連續(xù)地加入培養(yǎng)基，同時排出同量的培養(yǎng)液，罐內(nèi)培養(yǎng)液的容量、組成、溫度等保持穩(wěn)定狀態(tài)。第44頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月藻類蛋白以小球藻和螺旋藻最引人注目，是在海水中快速生長的兩種微藻，二者的蛋白含量分別為50%、60%（干重），必需氨基酸中除含硫氨基酸較少外，其他的必需氨基酸卻很豐富。第45頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月單細胞蛋白生產(chǎn)工藝流程第46頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月三、單細胞蛋白生產(chǎn)中存在的問題（1）核酸含量高,4