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)第一節(jié)有機(jī)固體廢物好氧堆肥目前，固體廢物的年平均增長(zhǎng)速度已是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度的2～3倍。世界各國(guó)根據(jù)各自的國(guó)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(yùn)行費(fèi)用低、二次污染小等優(yōu)點(diǎn)，在世界各國(guó)特別是發(fā)展中國(guó)家有很好的發(fā)展前景。第2頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天第3頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天第4頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天第5頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天第6頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天第7頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、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(xì)菌、放線菌、真菌等微生物，人為地促進(jìn)可生物降解的有機(jī)物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)生化轉(zhuǎn)化的過(guò)程。堆肥化的產(chǎn)物稱為堆肥，堆肥是廉價(jià)的優(yōu)質(zhì)土壤改良肥料。廢物經(jīng)過(guò)堆制，體積一般只有原體積的50％～70％。第8頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.堆肥原料

生活垃圾、有機(jī)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(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、堆肥中的微生物好氧堆肥中參與降解有機(jī)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(xì)菌、放線菌、真菌等嗜熱菌包括嗜熱性真菌和細(xì)菌等。堆肥的原料來(lái)源不同，微生物的種類和數(shù)量也不盡相同。第10頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(shí)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(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、堆肥化過(guò)程有機(jī)固體廢物好氧堆肥過(guò)程，依據(jù)溫度變化，大致可分為3個(gè)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(dāng)溫度穩(wěn)定在40℃，堆肥基本達(dá)到穩(wěn)定，形成腐殖質(zhì)。第12頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、好氧堆肥化原理在好氧堆肥化過(guò)程中，有機(jī)固體廢物中的可溶性有機(jī)物可以透過(guò)微生物的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜被微生物直接吸收，而不溶性的膠體有機(jī)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(xì)胞。微生物通過(guò)自身的生命活動(dòng)，進(jìn)行分解代謝和合成代謝，把一部分被吸收的有機(jī)物氧化成簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，并釋放出能量，同時(shí)把另一部分的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成細(xì)胞物質(zhì)，使微生物生長(zhǎng)繁殖。第13頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天五、好氧堆肥工藝現(xiàn)代化堆肥生產(chǎn)通常由前處理、初級(jí)發(fā)酵、次級(jí)發(fā)酵、后處理、脫臭及貯存等工序組成。前處理對(duì)體積較大的物料需要破碎、分選，使顆粒變小，含水率均勻；對(duì)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(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天初級(jí)發(fā)酵在發(fā)酵倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行，靠強(qiáng)制通風(fēng)或翻堆攪拌來(lái)供給氧氣。通常把穩(wěn)定升高到開(kāi)始降低為止的階段稱為主發(fā)酵期。一般為4～12d.次級(jí)發(fā)酵經(jīng)過(guò)主發(fā)酵的半成品被送去后發(fā)酵，即次級(jí)發(fā)酵。后發(fā)酵通常采用敞開(kāi)式發(fā)酵，為了提高發(fā)酵效率，仍需進(jìn)行翻堆或通風(fēng)。后發(fā)酵的時(shí)間一般為20～30d以上。第15頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天后處理去除塑料、玻璃、陶瓷、金屬、小石塊等雜物。通常采用回轉(zhuǎn)式振動(dòng)篩、磁選機(jī)、風(fēng)選機(jī)等設(shè)備去除上述雜質(zhì)，并根據(jù)需要進(jìn)行再破碎。第16頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天脫臭采用化學(xué)除臭或吸附除臭法除去堆肥過(guò)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(cāng)內(nèi)，或袋裝后存放。第17頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(jī)質(zhì)的含量、含水率、溫度、碳氮比等。有機(jī)質(zhì)含量：適宜的有機(jī)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(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天德國(guó)克爾海姆縣Dietrichsdorf垃圾堆肥廠

第19頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天/files/hoegl-process.htm第20頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)有機(jī)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(guò)程。以后，經(jīng)過(guò)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(jī)廢物污泥都可作為沼氣發(fā)酵的原料。第21頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天沼氣發(fā)酵的應(yīng)用

生產(chǎn)沼氣，提供能源

處理廢物，保護(hù)環(huán)境第22頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天沼氣發(fā)酵裝置1第23頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天第24頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天沼氣發(fā)酵裝置2第25頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三節(jié)有機(jī)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(guò)程酒精發(fā)酵的原理第26頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、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(lái)進(jìn)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(yáng)酵母\啤酒酵母第27頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、酒精發(fā)酵的生化過(guò)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(zhǎng)短。發(fā)酵中期

酵母數(shù)量達(dá)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(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、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(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天植物纖維水解的機(jī)理主要是指纖維素和半纖維素的水解纖維素實(shí)質(zhì)上是一種己聚糖半纖維素則主要是戊聚糖第30頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天酒精發(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(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天第32頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天第33頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天第四節(jié)發(fā)酵制備單細(xì)胞蛋白單細(xì)胞蛋白（Single-Cell-Protein,簡(jiǎn)稱SCP)一詞是由美國(guó)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(guò)培養(yǎng)單細(xì)胞生物而獲得的生物體蛋白質(zhì)，又稱微生物蛋白，包括細(xì)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(xì)胞蛋白會(huì)議上，將微生物菌體蛋白統(tǒng)稱為單細(xì)胞蛋白。第34頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天第35頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天

單細(xì)胞蛋白所含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)極為豐富。

蛋白質(zhì)含量高達(dá)40%～80%，比大豆高10%～20%，比肉、魚(yú)、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(xì)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(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天利用有機(jī)廢物生產(chǎn)SCP不僅能夠變廢為寶，同時(shí)還起到凈化環(huán)境，降低廢物BOD的作用。第37頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天單細(xì)胞蛋白的優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高。比動(dòng)植物高成千上萬(wàn)倍，這是由于微生物的生長(zhǎng)繁殖速率快。生產(chǎn)原料來(lái)源廣。可工業(yè)化生產(chǎn)。不僅需要的勞動(dòng)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(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、生產(chǎn)單細(xì)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(jī)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(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天微生物：酵母菌、細(xì)菌、霉菌、擔(dān)子菌等。假絲酵母和釀酒酵母，前者利用戊糖.第40頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌蛋白：生長(zhǎng)速度快，蛋白質(zhì)含量高，能利用糖類和烴類，但個(gè)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(xì)胞壁不易消化，且具有富集重金屬的問(wèn)題。酵母菌：個(gè)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(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天酵母蛋白

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(guò)其干重的一半，但相對(duì)缺乏含硫氨基酸。另外，由于酵母中核酸含量較高，若攝入過(guò)量的酵母蛋白則會(huì)造成血液的尿酸水平升高，引起機(jī)體代謝紊亂。第42頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌蛋白其生產(chǎn)底物一般是碳?xì)浠衔铮ㄈ缣烊粴饣驗(yàn)r青）或甲醇，細(xì)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(xì)胞壁、核酸和灰分等雜質(zhì)。細(xì)菌蛋白提取處理后得到細(xì)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(bǔ)充含硫氨基酸以后，它的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與大豆分離蛋白相近。第43頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、生產(chǎn)單細(xì)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(shí)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(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(zhǎng)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(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)工藝流程第46頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)中存在的問(wèn)題（1）核酸含量高,4%～18%,過(guò)