废物资源化生物技术

关于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。第2页,共64页，2024年2月25日，星期天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。第3页,共64页，2024年2月25日，星期天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第4页,共64页，2024年2月25日，星期天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。第5页,共64页，2024年2月25日，星期天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第6页,共64页，2024年2月25日，星期天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

第7页,共64页，2024年2月25日，星期天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。第8页,共64页，2024年2月25日，星期天有机垃圾的生物处理方法方法产物说明填埋法甲烷、渗透水处理产甲烷或回收NH4-N自然条件下反应，10-20年才稳定堆肥法类似腐殖土肥料人为控制条件，好氧法需1个月，厌氧法需4个月以上厌氧消化法甲烷对城市污泥已有工程应用，目前国内外重视两段式消化工艺高速发酵法肥料、饲料等利用固体发酵反应器系统和高速发酵为生物，需24-48H生物发酵蛋白质、酒精微生物转化蛋白质生物发酵葡萄糖、糖醛与水解法并用第9页,共64页，2024年2月25日，星期天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.第10页,共64页，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，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：第11页,共64页，2024年2月25日，星期天6.1.1概述3.PHAs（聚-β-羟基烷酸）和PHB（聚-β-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。

第12页,共64页，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，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。第13页,共64页，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。第14页,共64页，2024年2月25日，星期天6.1可生物降解塑料PHAs第15页,共64页，2024年2月25日，星期天6.1可生物降解塑料PHAs6.1.3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第16页,共64页，2024年2月25日，星期天6.1可生物降解塑料PHAs第17页,共64页，2024年2月25日，星期天6.1可生物降解塑料PHAs第18页,共64页，2024年2月25日，星期天6.1可生物降解塑料PHAs6.1.4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。

第19页,共64页，2024年2月25日，星期天6.1可生物降解塑料PHAs第20页,共64页，2024年2月25日，星期天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。第21页,共64页，2024年2月25日，星期天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。第22页,共64页，2024年2月25日，星期天6.1可生物降解塑料PHAs6.1.5植物生产PHB1992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。第23页,共64页，2024年2月25日，星期天6.1可生物降解塑料PHAs第24页,共64页，2024年2月25日，星期天6.1可生物降解塑料PHAs第25页,共64页，2024年2月25日，星期天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。第26页,共64页，2024年2月25日，星期天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；工业原料第27页,共64页，2024年2月25日，星期天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。第28页,共64页，2024年2月25日，星期天6.2单细胞蛋白生产第29页,共64页，2024年2月25日，星期天第30页,共64页，2024年2月25日，星期天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。第31页,共64页，2024年2月25日，星期天第32页,共64页，2024年2月25日，星期天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)。第33页,共64页，2024年2月25日，星期天6.2单细胞蛋白生产第34页,共64页，2024年2月25日，星期天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第35页,共64页，2024年2月25日，星期天6.2单细胞蛋白生产第36页,共64页，2024年2月25日，星期天6.2单细胞蛋白生产第37页,共64页，2024年2月25日，星期天6.2单细胞蛋白生产第38页,共64页，2024年2月25日，星期天6.2单细胞蛋白生产第39页,共64页，2024年2月25日，星期天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。第40页,共64页，2024年2月25日，星期天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。第41页,共64页，2024年2月25日，星期天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。第42页,共64页，2024年2月25日，星期天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。第43页,共64页，2024年2月25日，星期天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。第44页,共64页，2024年2月25日，星期天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。第45页,共64页，2024年2月25日，星期天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。第46页,共64页，2024年2月25日，星期天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第47页,共64页，2024年2月25日，星期天6.3废弃物肥料6.3.3废弃物肥料资源的开发和利用第48页,共64页，2024年2月25日，星期天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。第49页,共64页，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.

生物肥料第50页,共64页，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.第51页,共64页，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。第52页,共64页，2024年2月25日，星期天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第53页,共64页，2024年2月25日，星期天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第54页,共64页，2024年2月25日，星期天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）光合细菌肥料第55页,共64页，2024年2月25日，星期天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第56页,共64页，2024年2月25日，星期天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）第57页,共64页，2024年2月25日，星期天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。第58页,共64页，2024年2月25日，星期天6.4微生物肥料6.4.7微生物肥料生产存在的问题

1）盲目加入多种菌导致相互拮