课件：第七章废物资源化生物技术.pptVIP

Chapter 7废物资源化生物技术,固体废物处理处置技术,固体废物: 人类在生产、生活和消费等活动中产生的固态、半固态和高浓度液态丢弃物。固体废物种类复杂，可分为有机物和无机物，按形状可分为固体的和泥状的，按危害情况可分为有度的、有害的和一般的，按来源可分为工业的、农业的、生活的和混合的等。,固体废物的处理方法,物理方法 化学方法 生物方法,固体废物的处理包括前处理（贮存、清运）、中间处理（堆肥、焚烧、热分解、破碎、压缩）和最终处理（卫生填埋） 从资源回收利用的角度而言，固体废弃物的处理主要包括物质回收、能源回收和土地回收） 从技术特征来看，固体废弃物的处理方法主要有卫生填埋、堆肥化和垃圾焚烧等。,固体废弃物处理的原则和目标,减量化，资源化，无害化和稳定化 常规处理技术： 填埋 堆肥 焚烧 热处理,填埋法,是大量消纳城市垃圾的有效方法。 处置量大，方便易行、成本低且不受垃圾成分变化影响。 大型垃圾填埋场还可以回收利用沼气能源，封场后土地可以再用。 经历简单填埋、卫生填埋和生态填埋的过程 应注意解决垃圾填埋渗滤水和填埋气的二次污染问题。,堆肥法,在有控制的条件下，利用微生物分解垃圾中易降解有机成分的生物化学过程。在实现垃圾无害化的同时，堆肥过程也具有减量化和资源化的作用。 堆肥可减量30%，减重20%。 堆肥是良好的有机肥和土壤改良剂 缺点： 堆肥的资源法作用有限 对垃圾要求高 堆肥周期长，占地面积大，卫生条件差 须与其他方法相结合,焚烧处理,焚烧处理是实现垃圾无害法、减量法和资源化的有效方法，具有较高的减容效果，也是垃圾能源化的一种重要手段。 缺点： 焚烧过程易产生二恶英、苯并芘等剧毒物质，造成二次污染 投资大，成本高、对技术水平及经济能力要求高,热解处理,利用固体废弃物中有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧的条件下受热分解的过程，即把固体废弃物中的能源转变成可贮存与可运输的燃料。 热解处理主要包括热解法和气化法 目前的热解处理主要是针对一些特定的高热废物。因此热解处理技术复杂，成本高，进行推广有一定的困难。,有机垃圾的生物处理方法,固体废物的堆肥法生物处理技术,1.堆肥化的基本原理 堆肥化的实质是有机固体废弃物在微生物的作用下,通过生物化学反应实现转化和稳定化的过程. 堆肥化可分为好氧法和厌氧法两种.,6.1可生物降解塑料PHAs,6.1.1 概述 1.白色污染的危害，开发可降解塑料材料。 2.可降解塑料的种类： 生物可降解塑料：完全生物降解塑料 部分生物降解塑料 化学可降解塑料：氧化降解塑料 水解降解塑料 光降解塑料： 光-生物-化学组合可降解塑料：,6.1.1 概述,3.PHAs（聚-羟基烷酸）和PHB（聚-羟基丁酸）属于脂肪族聚酯，最初由巨大芽孢杆菌的细胞中提取，普遍存在于微生物体内。,6.1.1 概述,4.特性： 高分子特性：憎水性，气体阻隔性，压电性，非线性光学活性 新材料：生物可降解性，生物可相容性 5.用途：容器、袋、医用材料。,6.1可生物降解塑料PHAs,6.1.2合成PHAs的主要微生物 65个属中的300种微生物，积累有PHAs的微生物通过用苏丹黑或尼罗蓝染色来鉴别。 生产PHAs的商业菌株应具备的性能： 1）可利用廉价碳源； 2）生长速度快； 3）对底物转化率高； 4）胞内聚合物含量高； 5）聚合物分子质量大。 菌种主要有真养产碱杆菌、固氮菌和甲基营养菌等。,6.1可生物降解塑料PHAs,6.1可生物降解塑料PHAs,6 .1.3合成途径及关键酶 最具工业化前景的是聚羟基丁酸酯（PHB）和聚羟基戊酸酯（PHV）。 聚羟基丁酸酯合成途径有两条： 三步合成途径 五步合成途径,6.1可生物降解塑料PHAs,6.1可生物降解塑料PHAs,6.1可生物降解塑料PHAs,6.1.4 细菌发酵生产PHB 工艺选择原则： 提高细胞培养密度；提高胞内积累量；缩短发酵周期。,6.1可生物降解塑料PHAs,6.1.4 细菌发酵生产PHB,关键问题： 1）菌种对丙酸的低转化率，导致生产成本高； 2）聚合物分子质量分布范围，且不易控制； 3）提取技术达不到高收率、高纯度，且污染大 ； 4）性能不及化工合成塑料 。,6.1.4 细菌发酵生产PHB,需要开发的技术： 1）丙酸转化率高、生长速度快的菌种育种； 2）高生产强、高转化率、高聚合物含量、聚合物分子量大和分布窄为目标的流加发酵技术； 3）基因工程 E.coli菌种的开发； 4）确定聚合物生物工艺与降解性能的相关性； 5）低成本、高产品质量的非有机溶剂清洁提取技术； 6）聚合物分子设计、修饰和共混加工技术。,6.1可生物降解塑料PHAs,6.1.5植物生产PHB 1992年将真养产碱杆菌的PHB合成途径中phbB、phbC转入拟南芥，合成了100毫克/克的PHB,但植物生长受到干扰。 1994年将PHB定位于质体，将连有叶绿体信号肽的phbB、phbA、phbC转入拟南芥，积累了14克/克的PHB,而且植物生长正常。 油菜、大豆等油料作物的种子是最佳部位。,6.1可生物降解塑料PHAs,6.1可生物降解塑料PHAs,6.2 单细胞蛋白生产,6.2.1概述 利用各种废物（碳水化合物、碳氢化合物、石油加工副产品）培养单细胞生物（细菌、放线菌、酵母菌、霉菌和微型藻类）而获得生物体蛋白。 高浓度的有机废水（糖厂的废糖蜜、造纸厂的亚硫酸盐废液、酒精厂废液和食品厂废液等）可用于单细胞蛋白生产。,6.2 单细胞蛋白生产,6.2.2:微生物蛋白的营养价值 稍差于鱼粉，但优于大豆，是优质的饲料添加剂。 用途：人类食品； 饲料； 工业原料,6.2 单细胞蛋白生产,6.2.3生产单细胞蛋白的微生物 细菌生长快，蛋白含量高，原料要求简单，但个体小，分离困难，蛋白不易消化吸收。 丝状真菌易于回收，但生产速度慢，蛋白含量低。 藻类的纤维质细胞壁不易为人体消化。 酵母个体大，易于分离回收，蛋白易于消化吸收。,6.2 单细胞蛋白生产,6.2.3生产单细胞蛋白的微生物,微生物生产单细胞蛋白的优点 1）生长速度快（0.5-1h繁殖一代）； 2）容易进行遗传操作，改良其遗传特性； 3）蛋白质含量高，营养价值高； 4）反应器中连续培养，不受气候影响； 5）原料简单。,6.2 单细胞蛋白生产,6.2.4 生产单细胞蛋白的原料 1）农业废弃物（秸杆）； 2）烃类及其衍生物（石油烃）； 3）高浓度有机废水（纸浆废液）； 4）固体废弃物（城市有机垃圾、酒糟）； 5）工业废气（ co2)。,6.2 单细胞蛋白生产,6.2 单细胞蛋白生产,6.2.5单细胞蛋白生产工艺 淀粉质原料酒糟生产工艺 亚硫酸盐纸浆废液生产工艺 Waterloo单细胞蛋白生物转化法 其它工艺,6.2 单细胞蛋白生产,6.2 单细胞蛋白生产,6.2 单细胞蛋白生产,6.2 单细胞蛋白生产,6.2 单细胞蛋白生产,8.2.6存在的问题和对策 问题：1）单细胞蛋白中核酸含量高，可能 会影响人体健康； 2）存在有毒性物质，加强质量检测； 3）消化慢，易产生消化不良； 4）成本高。 对策：1）菌种（增殖速度快、要求低、易于培养，蛋白含量高、组成好）； 2）原料简单、低廉，能大量供应； 3）菌体分离回收容易； 4）不易污染，排放废水少； 5）无毒性、病原及致癌物质。,6.3废弃物肥料,6.3.2一些可作肥料资源的工业废物 粉煤灰：燃煤后废弃物。主要作为Si 、Ca肥应用，添加在复肥配方中可改善粒状肥料的某些理化性能。,6.3废弃物肥料,6.3.2一些可作肥料资源的工业废物 污泥：是城市污水处理的产物，稳定化和无害化处理，消除了臭味和杀死虫卵病菌。但重金属含量高 分拣、发酵处理的垃圾，可制成有机复肥或改土剂施用。,6.3废弃物肥料,6.3.2一些可作肥料资源的工业废物 糖厂废渣：滤泥、蔗渣、蔗髓（主要用补充有机质）。滤泥依制糖工艺不同有两种：双碳酸法滤泥和亚硫酸法滤泥。,6.3废弃物肥料,6.3.2一些可作肥料资源的工业废物 禽畜粪便：有机质丰富，较高的N、P、K，但有臭味，虫卵病毒。可采取发酵除臭、膨化除臭、化学除臭等方法除臭；采用化学和高温消毒。,6.3废弃物肥料,6.3.2一些可作肥料资源的工业废物 高浓度有机废液：酒精味精废液含有NPK外，还含有丰富的氨基酸、激素类、糖份和维生素等物质，具有较高的生物活性。,6.3废弃物肥料,6.3.2一些可作肥料资源的工业废物 冶金废渣及尾矿：钢铁废渣含Ca、Si、Mg较高，同时含一些微量元素，是一种碱性肥料；炼铝工业的红泥含Si较高，可做肥料。尾矿可做微量元素肥料资源开发。,6.3废弃物肥料,6.3.3废弃物肥料资源的开发和利用 有机肥 有机复肥,6.3废弃物肥料,6.3.3废弃物肥料资源的开发和利用,6.4微生物肥料,6.4.1背景 1）重金属、农用化学、有机化学品的大量使用，使耕地受到污染，对我国的环境质量、食物安全和公众健康构成威胁。 2）不合理的施用化学肥料、污水灌溉等造成地下水污染、农产品污染和湖泊富营养化。 3）国内外积极发展绿色农业（生态农业、有机农业），要求不用或少用化学肥料、化学农药和其它化学品。 因此，需要开发新型环境友好肥料。,6.4微生物肥料,6.4.2微生物肥料的定义 以多种有益微生物为主体,加入一定量的有机物,配合自然无机矿物营养物质,通过生物化学工程处理和微生物发酵工艺而制成的有机肥料. 生物肥料,6.4微生物肥料,6.4.3微生物肥料的特点和优点 1) 使用量少; 2)含菌量高; 3)具有特定的生理功能; 4)使用特定的菌种; 5)肥效长; 6)保护环境,改良土壤结构; 7) 促进生态农业和有机食品生产; 8)提高农业投入产出效率.,6.4微生物肥料,6.4.4微生物肥料的种类和作用 种类： 1）增加营养元素的供应量-根瘤菌。 2）刺激植物促进吸收-菌根菌。 作用： 1）增加土壤肥力； 2）制造并协助农作物吸收营养； 3）增强植物抗病虫害和抗旱能力； 4）减少化肥的使用量和提高作物品质。,6.4微生物肥料,6.4.5作用机理 1）活化并促进植物对营养元素的吸收,6.4微生物肥料,6.4.5作用机理 2）增加营养元素的供应量,6.4微生物肥料,6.4.6微生物肥料简介 按制品中主要微生物种类： 细菌肥料（根瘤菌肥、固氮、解磷、解钾） 放线菌肥（抗生肥料） 真菌类肥料（菌根真菌、霉菌、酵母肥） 光合细菌肥料,6.4微生物肥料,6.4.6微生物肥料简介 按作用机理：根瘤菌肥料 固氮菌肥料 解磷肥料 硅酸盐类肥料 芽孢杆菌制剂 分解作物秸秆制剂 微生物植物生长调节,6.4微生物肥料,6.4.6微生物肥料简介 根瘤菌类肥料：固体接种剂（2亿活菌/克）,6.4微生物肥料,6.4.6微生物肥料简介 光合细菌肥料： 光合细菌能利用硫化物、氨态氮和小分子有机物进行光合作用，将有害污染物变为营养物质或无害物质，作为植物的养分；同时光合细菌可产生许多促生长因子、维生素、辅酶等，可激活植物细胞的活性，提高作物光合作用的能力。,6.4微生物肥料,6.4.7微生物肥料生产存在的问题 1）盲目加入多种菌导致相互拮抗； 2）发酵设备不完善； 3）生产技术低下，工艺落后； 4）产品质量不稳定； 5）基础研究薄弱，不利于高新产品开发。,6.5生物农药,6.5.1生物农药的定义 可直接用来防治病害、虫害和杂草的生物活性物质或生物活体，统称生物农药。 主要有微生物农药、植物源农药、转基因农药、天敌农药等。 对人畜安全无害，不污染环境，不伤害天敌和有益生物，减少化学污染。,6.5生物农药,6.5.2植物源农药 1）光活化农药：一些植物次生物质在光照条件下毒性可提高几十倍甚至上千倍。 呋喃香豆素类化合物（花椒毒素、当归根素） 噻吩类 生物碱类（茵芋碱、短颈苔碱、呋喃喹啉碱） 扩展醌类（金丝桃素、尾孢菌素）,6.5生物农药,6.5.2植物源农药 2） 印楝素：是一类高度氧化的柠檬素，是公认的理想植物源杀虫剂。400多种昆虫对印楝素表现拒食、忌避、绝育等效果。 第一个以印楝素为主要成分的商品