1、固體廢棄物生物處理技術固體廢棄物生物處理技術有機固體廢棄物是指有機質有機固體廢棄物是指有機質含量高而含水量低的固態廢含量高而含水量低的固態廢物，它們一般具有生物降解物，它們一般具有生物降解性。性。利用微生物處理有機固體廢利用微生物處理有機固體廢物技術通常包括物技術通常包括好氧堆肥法、好氧堆肥法、沼氣發酵法、酒精生產、單沼氣發酵法、酒精生產、單細胞蛋白生產細胞蛋白生產。第一節 有機固體廢物好氧堆肥n目前，固體廢物的年平均增長速度已是經目前，固體廢物的年平均增長速度已是經濟增長速度的濟增長速度的23倍。世界各國根據各自倍。世界各國根據各自的國情，分別采用的國情，分別采用填埋填埋、焚燒焚燒、生物降解

2、生物降解法（包括堆肥化）等技術處置固體廢物。法（包括堆肥化）等技術處置固體廢物。n好氧堆肥法具有運行好氧堆肥法具有運行費用低費用低、二次、二次污染小污染小等優點，在世界各國特別是發展中國家有等優點，在世界各國特別是發展中國家有很好的發展前景。很好的發展前景。一、堆肥化的基本概念一、堆肥化的基本概念1.堆肥化及作用堆肥化及作用u堆肥化是指在控制條件下，依靠自然界廣泛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定的促進可生物降解的有機物向穩定的腐殖質腐殖質生化生化轉化的過程。轉化的過程。u堆肥化的產

3、物稱為堆肥，堆肥是廉價的優質堆肥化的產物稱為堆肥，堆肥是廉價的優質土壤改良肥料。廢物經過堆制，體積一般只有土壤改良肥料。廢物經過堆制，體積一般只有原體積的原體積的5070。2.2.堆肥原料堆肥原料 生活垃圾、有機污泥、人和禽畜糞便以及生活垃圾、有機污泥、人和禽畜糞便以及農林廢物等都含有堆肥微生物所需要的各種基農林廢物等都含有堆肥微生物所需要的各種基質碳水化合物、脂類、蛋白質等，此外，還質碳水化合物、脂類、蛋白質等，此外，還含有含有N、P、K、Na、Mn、Fe等，是常用的堆等，是常用的堆肥原料。肥原料。 城市生活垃圾城市生活垃圾是堆肥的最主要的原料是堆肥的最主要的原料。二、堆肥中的微生物二、堆肥

4、中的微生物n好氧堆肥中參與降解有機物的微生物以好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：嗜溫菌和嗜氧菌為主，主要包括兩大類：嗜溫菌和嗜熱菌。熱菌。n嗜溫菌嗜溫菌包括細菌、放線菌、真菌等包括細菌、放線菌、真菌等n嗜熱菌嗜熱菌包括嗜熱性真菌和細菌等。包括嗜熱性真菌和細菌等。n堆肥的原料來源不同，微生物的種類和數堆肥的原料來源不同，微生物的種類和數量也不盡相同。量也不盡相同。n45的堆肥樣品中，一般有以下幾屬：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、假單胞曲霉屬，芽孢桿菌屬，腸道桿菌屬、假單胞菌屬、芽孢乳桿菌屬。菌屬、芽孢乳桿菌屬。n55時的堆肥樣品中時的

5、堆肥樣品中 一般有以下幾屬：一般有以下幾屬：乳桿菌屬，芽孢桿菌屬，假單胞菌屬，鏈球乳桿菌屬，芽孢桿菌屬，假單胞菌屬，鏈球菌屬，小單胞菌屬。菌屬，小單胞菌屬。三、堆肥化過程n有機固體廢物好氧堆肥過程，依據溫度變有機固體廢物好氧堆肥過程，依據溫度變化，大致可分為化，大致可分為3個階段：個階段：n1.中溫階段中溫階段（產熱階段）：（產熱階段）：1545 嗜溫性微生物嗜溫性微生物n2.高溫階段高溫階段 6070 嗜熱性微生物嗜熱性微生物n3.降溫階段降溫階段（腐熟階段）（腐熟階段） 嗜溫性微生物嗜溫性微生物 當溫度穩定在40，堆肥基本達到穩定，形成腐殖質。四、好氧堆肥化原理四、好氧堆肥化原理n在好氧堆

6、肥化過程中，有機固體廢物中的在好氧堆肥化過程中，有機固體廢物中的可溶性可溶性有機物可以透過微生物的細胞壁和細胞膜被微生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，而物直接吸收，而不溶性不溶性的膠體有機物質，則先被的膠體有機物質，則先被吸附在微生物體外，依靠微生物分泌的胞外酶分吸附在微生物體外，依靠微生物分泌的胞外酶分解為可溶性物質后再滲入細胞。微生物通過自身解為可溶性物質后再滲入細胞。微生物通過自身的生命活動，進行分解代謝和合成代謝，把一部的生命活動，進行分解代謝和合成代謝，把一部分被吸收的分被吸收的有機物氧化有機物氧化成簡單的無機物，并釋放成簡單的無機物，并釋放出能量，同時把另一部

7、分的出能量，同時把另一部分的有機物轉化有機物轉化成細胞物成細胞物質，使微生物生長繁殖。質，使微生物生長繁殖。五、好氧堆肥工藝五、好氧堆肥工藝n現代化堆肥生產通常由現代化堆肥生產通常由前處理前處理、初級發酵初級發酵、次級發酵次級發酵、后處理后處理、脫臭及貯存脫臭及貯存等工序組等工序組成。成。n前處理前處理 對對體積較大體積較大的物料需要破碎、分選，使顆的物料需要破碎、分選，使顆粒變小，含水率均勻；粒變小，含水率均勻； 對對含水量較高含水量較高的原料主要是降低水分，增的原料主要是降低水分，增加透氣性，調整碳氮比。加透氣性，調整碳氮比。n初級發酵初級發酵在在發酵倉發酵倉內進行，靠強制通風或翻堆攪拌來

8、供給氧氣。內進行，靠強制通風或翻堆攪拌來供給氧氣。通常把穩定升高到開始降低為止的階段稱為主發酵期。通常把穩定升高到開始降低為止的階段稱為主發酵期。一般為一般為412d.n次級發酵次級發酵經過主發酵的半成品被送去后發酵，即次級發酵。后發經過主發酵的半成品被送去后發酵，即次級發酵。后發酵通常采用酵通常采用敞開式發酵敞開式發酵，為了提高發酵效率，仍需進行，為了提高發酵效率，仍需進行翻堆或通風。翻堆或通風。后發酵的時間一般為后發酵的時間一般為2030d以上。以上。n后處理后處理去除塑料、玻璃、陶瓷、金屬、小石塊等雜去除塑料、玻璃、陶瓷、金屬、小石塊等雜物。通常采用物。通常采用回轉式振動篩回轉式振動篩、

9、磁選機磁選機、風選風選機機等設備去除上述雜質，并根據需要進行再等設備去除上述雜質，并根據需要進行再破碎。破碎。n脫臭脫臭采用化學除臭或吸附除臭法除去堆肥過程中采用化學除臭或吸附除臭法除去堆肥過程中產生的氨、硫化氫、甲基硫醇等臭味物質。產生的氨、硫化氫、甲基硫醇等臭味物質。n貯存貯存堆肥的供應期多半是集中在秋天和春天。堆堆肥的供應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酵倉內，或袋裝肥成品可直接堆存在二次發酵倉內，或袋裝后存放。后存放。六六 好氧堆肥的影響因素好氧堆肥的影響因素n影響好氧堆肥化的主要因素有有機質的含影響好氧堆肥化的主要因素有有機質的含量、含水率、溫度、碳氮比等。量、含

10、水率、溫度、碳氮比等。n有機質含量有機質含量：適宜的有機質含量為：適宜的有機質含量為2050。n含水率含水率：55為佳為佳n溫度溫度：3555n碳氮比碳氮比：30：1德國克爾海姆縣德國克爾海姆縣Dietrichsdorf垃圾堆肥廠垃圾堆肥廠 http:/www.bta- 有機固體廢物生物轉化沼氣有機固體廢物生物轉化沼氣n研究微生物產生沼氣已有研究微生物產生沼氣已有100多年的歷史，早在多年的歷史，早在1866年，年，Bechamp首先指出甲烷的形成是一種首先指出甲烷的形成是一種微生物學的過程。以后，經過許多科學家的努力，微生物學的過程。以后，經過許多科學家的努力，逐步建立起厭氧發酵制取沼氣的工

11、藝逐步建立起厭氧發酵制取沼氣的工藝.n利用農牧漁業及其產品加工業生產的廢物（如豆利用農牧漁業及其產品加工業生產的廢物（如豆渣、酒糟等）及生活垃圾、糞便、有機廢物污泥都渣、酒糟等）及生活垃圾、糞便、有機廢物污泥都可作為沼氣發酵的原料。可作為沼氣發酵的原料。沼氣發酵的應用生產沼氣，生產沼氣， 提供能源提供能源處理廢物，處理廢物， 保護環境保護環境沼氣發酵裝置1沼氣發酵裝置2第三節第三節 有機固體廢物發酵制備酒精有機固體廢物發酵制備酒精n酒精發酵的原料和微生物酒精發酵的原料和微生物n酒精發酵的生化過程酒精發酵的生化過程n酒精發酵的原理酒精發酵的原理一、酒精發酵的原料和微生物一、酒精發酵的原料和微生物

12、n原料原料 含纖維素、淀粉和糖的廢物都可以用來進含纖維素、淀粉和糖的廢物都可以用來進行酒精發酵。木材、木屑、廢紙、稻草、玉行酒精發酵。木材、木屑、廢紙、稻草、玉米稈、麥稈、玉米芯及腐爛的水果。米稈、麥稈、玉米芯及腐爛的水果。n微生物微生物 糖化菌糖化菌：產生淀粉酶，水解淀粉。曲霉、：產生淀粉酶，水解淀粉。曲霉、根霉等根霉等 酒精發酵的微生物酒精發酵的微生物：南陽酵母：南陽酵母 啤酒酵母啤酒酵母二、酒精發酵的生化過程二、酒精發酵的生化過程n發酵前期發酵前期 酒精和酒精和COCO2 2產量很少，發酵表面比較平靜，持續產量很少，發酵表面比較平靜，持續10h10h以上。酵母的接種量、酵母質量和接種溫度

13、影響該以上。酵母的接種量、酵母質量和接種溫度影響該階段的長短。階段的長短。n發酵中期發酵中期 酵母數量達最高值，酒精及酵母數量達最高值，酒精及COCO2 2大量產生。溫度控大量產生。溫度控制在制在32323333。維持。維持101015h15hn發酵后期發酵后期 溫度溫度303032 32 ，維持，維持303040h40h三、酒精發酵的原理三、酒精發酵的原理n水解水解 酸水解法酸水解法纖維素水解纖維素水解 酶水解法酶水解法 酸水解酸水解淀粉的水解淀粉的水解 酶水解酶水解植物纖維水解的機理植物纖維水解的機理主要是指纖維素和半纖維素的水解主要是指纖維素和半纖維素的水解u纖維素實質上是一種己聚糖纖維

14、素實質上是一種己聚糖u半纖維素則主要是戊聚糖半纖維素則主要是戊聚糖酒精發酵酒精發酵n酵母菌在厭氧條件下可發酵己糖形成酒酵母菌在厭氧條件下可發酵己糖形成酒精精 C6H12O6 2CH3CH2OH+2CO2+Qu 1mol葡萄糖可產生葡萄糖可產生2mol酒精酒精u 一般一般100kg純淀粉理論上可以生產純淀粉理論上可以生產96的酒精的酒精60.54kg第四節第四節 發酵制備單細胞蛋白發酵制備單細胞蛋白n單細胞蛋白（單細胞蛋白（Single-Cell-Protein, ,簡稱簡稱SCP)P)一詞一詞是由美國麻省理工學院（是由美國麻省理工學院（MIT)的的Carroll Wilson教教授于授于196

15、6年首先提出的。通常年首先提出的。通常SCP是指是指通過培養通過培養單細胞生物而單細胞生物而獲得的生物體蛋白質獲得的生物體蛋白質，又稱微生物，又稱微生物蛋白，包括細菌、放線菌中的非病源菌、酵母菌、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。霉菌和微型藻類等。n1967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稱為單細胞蛋白。 單細胞蛋白所含營養物質極為豐富。 蛋白質含量高達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

16、物質，以及豐富的酶類和生物活性物質，如輔酶A、輔酶Q、谷胱甘肽、麥角固醇等 利用有機廢物生產SCP不僅能夠變廢為寶，同時還起到凈化環境，降低廢物BOD的作用。單細胞蛋白的優點：n生產效率高。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。n生產原料來源廣。n可工業化生產。不僅需要的勞動力少，不受地區、季節和氣候的限制，而且產量高，質量好。 一、生產單細胞蛋白的原料和微生物一、生產單細胞蛋白的原料和微生物原料原料：農業廢物、廢水，如秸稈、蔗渣、甜菜渣、木屑等含纖維素的廢料及農林產品的加工廢水；需經粉碎、堿處理以提高可消化性。 工業廢物、廢水，如食品、發酵工業中排出的含糖有機廢水、亞硫酸紙漿

17、廢液等；石油、天然氣及相關產品，如原油、柴油、甲烷、乙醇等；H2、CO2等廢氣微生物微生物：n酵母菌、細菌、霉菌、擔子菌等。酵母菌、細菌、霉菌、擔子菌等。 假絲酵母和釀酒酵母，前者利用戊糖假絲酵母和釀酒酵母，前者利用戊糖.細菌蛋白：生長速度快，蛋白質含量高，能利用糖類和烴類，但個體小，分離困難且蛋白質不如酵母菌易于消化吸收。絲狀真菌：易于回收，但生產速度慢，蛋白質含量較低。藻類：纖維質的細胞壁不易消化，且具有富集重金屬的問題。酵母菌： 個體大，易于分離、回收，且蛋白質易于吸收，目前生產上采用較多。酵母蛋白酵母蛋白n 酵母在食品加工中應用較早，包括食品的釀造、烘烤等。n 酵母中蛋白質的含量超過其

18、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。細菌蛋白n其生產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。n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。細菌蛋白提取處理后得到細菌分離蛋白，它的化學組成與大豆分離蛋白相近，并且在補充含硫氨基酸以后，它的營養價值與大豆分離蛋白相近。二、生產單細胞蛋白的方法二、生產單細胞蛋白的方法n通常采用通常采用連續培養連續培養方法，即在培養罐內方法，即在培養罐內連續地加入培養基，同時排出同量的培連續地加入培養基，同時排出同量的培養液，罐內培養液的容量、組成、溫度養液，罐內培養液的容量、組成、溫度等保持穩定狀態。等保持穩定狀態。藻類蛋白藻類蛋白 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。單細胞蛋白生產工藝流程單細胞蛋白生產工藝流程三、單細胞蛋白生產中存在的問題三、單細胞蛋白生產中存在的問題（1）核酸含量高）核酸含量高, 4%18%,過多食用引過多食