固体废弃物生物处理技术

关于固体废弃物生物处理技术第1页，共49页，2023年，2月20日，星期三第一节有机固体废物好氧堆肥目前，固体废物的年平均增长速度已是经济增长速度的2～3倍。世界各国根据各自的国情，分别采用填埋、焚烧、生物降解法（包括堆肥化）等技术处置固体废物。好氧堆肥法具有运行费用低、二次污染小等优点，在世界各国特别是发展中国家有很好的发展前景。第2页，共49页，2023年，2月20日，星期三第3页，共49页，2023年，2月20日，星期三第4页，共49页，2023年，2月20日，星期三第5页，共49页，2023年，2月20日，星期三第6页，共49页，2023年，2月20日，星期三第7页，共49页，2023年，2月20日，星期三一、堆肥化的基本概念1.堆肥化及作用堆肥化是指在控制条件下，依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质生化转化的过程。堆肥化的产物称为堆肥，堆肥是廉价的优质土壤改良肥料。废物经过堆制，体积一般只有原体积的50％～70％。第8页，共49页，2023年，2月20日，星期三2.堆肥原料

生活垃圾、有机污泥、人和禽畜粪便以及农林废物等都含有堆肥微生物所需要的各种基质－碳水化合物、脂类、蛋白质等，此外，还含有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页，共49页，2023年，2月20日，星期三二、堆肥中的微生物好氧堆肥中参与降解有机物的微生物以好氧菌为主，主要包括两大类：嗜温菌和嗜热菌。嗜温菌包括细菌、放线菌、真菌等嗜热菌包括嗜热性真菌和细菌等。堆肥的原料来源不同，微生物的种类和数量也不尽相同。第10页，共49页，2023年，2月20日，星期三45℃的堆肥样品中，一般有以下几属：曲霉属，芽孢杆菌属，肠道杆菌属、假单胞菌属、芽孢乳杆菌属。55℃时的堆肥样品中一般有以下几属：乳杆菌属，芽孢杆菌属，假单胞菌属，链球菌属，小单胞菌属。第11页，共49页，2023年，2月20日，星期三三、堆肥化过程有机固体废物好氧堆肥过程，依据温度变化，大致可分为3个阶段：1.中温阶段（产热阶段）：15～45℃

嗜温性微生物2.高温阶段60~70℃嗜热性微生物3.降温阶段（腐熟阶段）嗜温性微生物

当温度稳定在40℃，堆肥基本达到稳定，形成腐殖质。第12页，共49页，2023年，2月20日，星期三四、好氧堆肥化原理在好氧堆肥化过程中，有机固体废物中的可溶性有机物可以透过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物直接吸收，而不溶性的胶体有机物质，则先被吸附在微生物体外，依靠微生物分泌的胞外酶分解为可溶性物质后再渗入细胞。微生物通过自身的生命活动，进行分解代谢和合成代谢，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并释放出能量，同时把另一部分的有机物转化成细胞物质，使微生物生长繁殖。第13页，共49页，2023年，2月20日，星期三五、好氧堆肥工艺现代化堆肥生产通常由前处理、初级发酵、次级发酵、后处理、脱臭及贮存等工序组成。前处理对体积较大的物料需要破碎、分选，使颗粒变小，含水率均匀；对含水量较高的原料主要是降低水分，增加透气性，调整碳氮比。第14页，共49页，2023年，2月20日，星期三初级发酵在发酵仓内进行，靠强制通风或翻堆搅拌来供给氧气。通常把稳定升高到开始降低为止的阶段称为主发酵期。一般为4～12d.次级发酵经过主发酵的半成品被送去后发酵，即次级发酵。后发酵通常采用敞开式发酵，为了提高发酵效率，仍需进行翻堆或通风。后发酵的时间一般为20～30d以上。第15页，共49页，2023年，2月20日，星期三后处理去除塑料、玻璃、陶瓷、金属、小石块等杂物。通常采用回转式振动筛、磁选机、风选机等设备去除上述杂质，并根据需要进行再破碎。第16页，共49页，2023年，2月20日，星期三脱臭采用化学除臭或吸附除臭法除去堆肥过程中产生的氨、硫化氢、甲基硫醇等臭味物质。贮存堆肥的供应期多半是集中在秋天和春天。堆肥成品可直接堆存在二次发酵仓内，或袋装后存放。第17页，共49页，2023年，2月20日，星期三六好氧堆肥的影响因素影响好氧堆肥化的主要因素有有机质的含量、含水率、温度、碳氮比等。有机质含量：适宜的有机质含量为20％～50％。含水率：55％为佳温度：35～55℃碳氮比：30：1第18页，共49页，2023年，2月20日，星期三德国克尔海姆县Dietrichsdorf垃圾堆肥厂

第19页，共49页，2023年，2月20日，星期三/files/hoegl-process.htm第20页，共49页，2023年，2月20日，星期三第二节有机固体废物生物转化沼气研究微生物产生沼气已有100多年的历史，早在1866年，Bechamp首先指出甲烷的形成是一种微生物学的过程。以后，经过许多科学家的努力，逐步建立起厌氧发酵制取沼气的工艺.利用农牧渔业及其产品加工业生产的废物（如豆渣、酒糟等）及生活垃圾、粪便、有机废物污泥都可作为沼气发酵的原料。第21页，共49页，2023年，2月20日，星期三沼气发酵的应用

生产沼气，提供能源

处理废物，保护环境第22页，共49页，2023年，2月20日，星期三沼气发酵装置1第23页，共49页，2023年，2月20日，星期三第24页，共49页，2023年，2月20日，星期三沼气发酵装置2第25页，共49页，2023年，2月20日，星期三第三节有机固体废物发酵制备酒精酒精发酵的原料和微生物酒精发酵的生化过程酒精发酵的原理第26页，共49页，2023年，2月20日，星期三一、酒精发酵的原料和微生物原料含纤维素、淀粉和糖的废物都可以用来进行酒精发酵。木材、木屑、废纸、稻草、玉米秆、麦秆、玉米芯及腐烂的水果。微生物

糖化菌：产生淀粉酶，水解淀粉。曲霉、根霉等

酒精发酵的微生物：南阳酵母\啤酒酵母第27页，共49页，2023年，2月20日，星期三二、酒精发酵的生化过程发酵前期

酒精和CO2产量很少，发酵表面比较平静，持续10h以上。酵母的接种量、酵母质量和接种温度影响该阶段的长短。发酵中期

酵母数量达最高值，酒精及CO2大量产生。温度控制在32～33℃。维持10～15h发酵后期

温度30～32℃，维持30～40h第28页，共49页，2023年，2月20日，星期三三、酒精发酵的原理水解酸水解法纤维素水解酶水解法酸水解淀粉的水解酶水解第29页，共49页，2023年，2月20日，星期三植物纤维水解的机理主要是指纤维素和半纤维素的水解纤维素实质上是一种己聚糖半纤维素则主要是戊聚糖第30页，共49页，2023年，2月20日，星期三酒精发酵酵母菌在厌氧条件下可发酵己糖形成酒精

C6H12O62CH3CH2OH+2CO2+Q1mol葡萄糖可产生2mol酒精一般100kg纯淀粉理论上可以生产96％的酒精60.54kg第31页，共49页，2023年，2月20日，星期三第32页，共49页，2023年，2月20日，星期三第33页，共49页，2023年，2月20日，星期三第四节发酵制备单细胞蛋白单细胞蛋白（Single-Cell-Protein,简称SCP)一词是由美国麻省理工学院（MIT)的CarrollWilson教授于1966年首先提出的。通常SCP是指通过培养单细胞生物而获得的生物体蛋白质，又称微生物蛋白，包括细菌、放线菌中的非病源菌、酵母菌、霉菌和微型藻类等。1967年在第一次全世界单细胞蛋白会议上，将微生物菌体蛋白统称为单细胞蛋白。第34页，共49页，2023年，2月20日，星期三第35页，共49页，2023年，2月20日，星期三

单细胞蛋白所含营养物质极为丰富。

蛋白质含量高达40%～80%，比大豆高10%～20%，比肉、鱼、奶酪高20%以上；

氨基酸的组成较为齐全，含有人体必需的8种氨基酸，尤其是谷物中含量较少的赖氨酸。单细胞蛋白中还含有多种维生素、碳水化合物、脂类、矿物质，以及丰富的酶类和生物活性物质，如辅酶A、辅酶Q、谷胱甘肽、麦角固醇等

第36页，共49页，2023年，2月20日，星期三利用有机废物生产SCP不仅能够变废为宝，同时还起到净化环境，降低废物BOD的作用。第37页，共49页，2023年，2月20日，星期三单细胞蛋白的优点：生产效率高。比动植物高成千上万倍，这是由于微生物的生长繁殖速率快。生产原料来源广。可工业化生产。不仅需要的劳动力少，不受地区、季节和气候的限制，而且产量高，质量好。

第38页，共49页，2023年，2月20日，星期三一、生产单细胞蛋白的原料和微生物原料：①农业废物、废水，如秸秆、蔗渣、甜菜渣、木屑等含纤维素的废料及农林产品的加工废水；需经粉碎、碱处理以提高可消化性。②工业废物、废水，如食品、发酵工业中排出的含糖有机废水、亚硫酸纸浆废液等；③石油、天然气及相关产品，如原油、柴油、甲烷、乙醇等；④H2、CO2等废气第39页，共49页，2023年，2月20日，星期三微生物：酵母菌、细菌、霉菌、担子菌等。假丝酵母和酿酒酵母，前者利用戊糖.第40页，共49页，2023年，2月20日，星期三细菌蛋白：生长速度快，蛋白质含量高，能利用糖类和烃类，但个体小，分离困难且蛋白质不如酵母菌易于消化吸收。丝状真菌：易于回收，但生产速度慢，蛋白质含量较低。藻类：纤维质的细胞壁不易消化，且具有富集重金属的问题。酵母菌：个体大，易于分离、回收，且蛋白质易于吸收，目前生产上采用较多。第41页，共49页，2023年，2月20日，星期三酵母蛋白

酵母在食品加工中应用较早，包括食品的酿造、烘烤等。酵母中蛋白质的含量超过其干重的一半，但相对缺乏含硫氨基酸。另外，由于酵母中核酸含量较高，若摄入过量的酵母蛋白则会造成血液的尿酸水平升高，引起机体代谢紊乱。第42页，共49页，2023年，2月20日，星期三细菌蛋白其生产底物一般是碳氢化合物（如天然气或沥青）或甲醇，细菌中蛋白质含量占其干重的3/4以上，必需氨基酸组成中同样缺乏含硫氨基酸，另外所含的脂肪酸也多为饱和脂肪酸。这两种微生物蛋白一般不能能够直接食用，需除去细胞壁、核酸和灰分等杂质。细菌蛋白提取处理后得到细菌分离蛋白，它的化学组成与大豆分离蛋白相近，并且在补充含硫氨基酸以后，它的营养价值与大豆分离蛋白相近。第43页，共49页，2023年，2月20日，星期三二、生产单细胞蛋白的方法通常采用连续培养方法，即在培养罐内连续地加入培养基，同时排出同量的培养液，罐内培养液的容量、组成、温度等保持稳定状态。第44页，共49页，2023年，2月20日，星期三藻类蛋白以小球藻和螺旋藻最引人注目，是在海水中快速生长的两种微藻，二者的蛋白含量分别为50%、60%（干重），必需氨基酸中除含硫氨基酸较少外，其他的必需氨基酸却很丰富。第45页，共49页，2023年，2月20日，星期三单细胞蛋白生产工艺流程第46页，共49页，2023年，2月20日，星期三三、单细胞蛋白生产中存在的问题（1）核酸含量高,4%