第七章废物资源化生物技术详解

6.2 单细胞蛋白生产
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6.2 单细胞蛋白生产
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6.2 单细胞蛋白生产
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6.2 单细胞蛋白生产
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6.2 单细胞蛋白生产
• 8.2.6存在的问题和对策
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6.1可生物降解塑料PHAs
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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 。
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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
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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
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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。
• 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
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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：
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：
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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。
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。
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
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6.1可生物降解塑料PHAs
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6.1可生物降解塑料PHAs
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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。
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。
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6）聚合物分子设计、修饰和共混加工技术。
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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。
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。
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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
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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。
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人为控制条件，好氧法需1个月， 厌氧法需4个月以上
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
生物发酵 生物发酵
肥料、饲料等
蛋白质、酒精 葡萄糖、糖醛
利用固体发酵反应器系统和高 速发酵为生物，需2448H
微生物转化蛋白质
与水解法并用
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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。
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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。
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。
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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%。
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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。
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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；
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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；
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6.2 单细胞蛋白生产
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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
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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。
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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
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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)。
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。
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6.1可生物降解塑料PHAs
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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）。
分拣、发酵处理的垃圾，可制成有机复肥或改土剂施用。
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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。
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第七章废物资源化生物技 术详解演示文稿
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优选第七章废物资源化生 物技术
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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.
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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：
油菜、大豆等油料作物的种子是最佳部位。
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6.1可生物降解塑料PHAs
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6.1可生物降解塑料PHAs
当前第25页\共有59页\编于星ຫໍສະໝຸດ Baidu五\21点
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
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
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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
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6.2 单细胞蛋白生产
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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。
• 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。
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有机垃圾的生物处理方法
方法 填埋法 堆肥法 厌氧消化法
产物
说明
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
类似腐殖土肥料
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
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6.3废弃物肥料
• 6.3.3废弃物肥料资源的开发和利用
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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