Тема 4 Отходы основные группы и их краткая

Тема 4 Отходы, основные группы и их краткая характеристика План лекции Древесина хвойных и лиственных пород и ее компоненты. Отходы целлюлозно-бумажной промышленности. Технический лигнин. Отходы сельского хозяйства. Отходы перерабатывающей промышленности. Отходы животноводства. Отходы с очистных сооружений. Донные ил и осадки. Твердые бытовые отходы. Промышленные отходы. РХТУ АЕК

Вопросы в экзаменационных билетах 1. Основные группы отходов, пригодных для биологической переработки. 2. Растительное сырье и основные углеводсодержащие отходы, пригодные для биотехнологической переработки. Кн. 1, с. 224 -233 Кн. 2, с. 294 -318 РХТУ АЕК

2 группы отходов 1. Отходы, требующие обезвреживания, ликвидации, нейтрализации. 2. Отходы – вторичные материальные ресурсы. Для экобиотехнологии представляют интерес отходы обеих групп, и в первую очередь, природные органические вещества как сырье для получения различных продуктов микробиологического синтеза. Источники органических отходов - животноводство (навоз и помет) – 40 -45% - растениеводство (солома, ботва и др. ) – 30 -35% - лесо- и деревообработка – (13 -15%) - отходы городов – 12 -14% (твердые бытовые отходы, осадки и илы с очистных сооружений и др. ). РХТУ АЕК

Структура отходов для г. Москвы Отходы Промышленные Твердые бытовые Радиоактивные Осадки сооружений - водопровода, - канализации дождевой канализации Количество, тыс. т в год 6500 2500 5 3500 1000 700 300 Мусор зеленого хозяйства, уборки улиц Источник образования Промышленные предприятия Население, промышленные предприятия Промышленные предприятия Водопроводные очистные станции, станции аэрации сточных вод Районные сооружения для очистки дождевого стока Магистрали города РХТУ АЕК

Древесина хвойных и лиственных пород и ее компоненты: целлюлоза и гемицеллюлоза, лигнин, кора Полисахариды (40 -75%) Целлюлоза (источник С 6 сахаров: глюкоза) Гидролизуется разбавленными кислотами + Лигнин (15 -60%) Гемицеллюлоза ( 20% от сырья) (гетерополисахарид, содержит С 5 -сахара: арабинозу, ксилозу, рибозу; С 6 -сахара: глюкозу, галактозу, маннозу) Целлолигнин (не гидролизуется разбавленными кислотами) Древесина хвойных пород ~60% гексоз Древесина лиственных пород ~45% гексоз РХТУ АЕК

Ежегодно заготавливается около 2 млрд. т древесины. 45% - на топливо 40% - производство пиломатериалов 15% - переработка в химической и биотехнологической промышленности (в основном, в виде отходов деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности) Основные варианты микробиологической переработки: - переработка гидролизатов древесины в этанол и кормовые дрожжи; - получение кормовых продуктов, обогащенных микробным белком (в основном твердофазная ферментация); - силосование; - компостирование; - биоконверсия в топливо и растворители (в этанол, метан, бионефть). РХТУ АЕК

Биоконверсия растительного сырья Предвар ительная обработка сырья Перколяционный гидролиз при повышенных давлении и температуре, переработка гидролизатов в этанол и кормо-вые дрож-жи; побо-чно получение фурфурол а и оксиме -тилфурфурола Гидролитическая (или окислительногидролитическая) деструкция для повышения ее питательной ценности для КРС и др. сельскохо зяйственных животных (силосы и др. ) Ферментативная деструкция вплоть до мономера Глюкоза из целлюлозосодержащего сырья Ферментация мономеров Фруктоза, сиропы и др. продукты Этанол, БОО и другие продукты Прямая микробиологическая конверсия сырья в продукты Аэробная Анаэробная Твердофазная ферментация Компостирование Биоконверсия в энергию Деструкция лигнина Силосование Метаногенерация Сбраж ивание Кормовые продукты с БОО Биокомпосты Тепловая энергия Делигнификация целлюлозы Силос для КРС Биогаз Органические растворители РХТУ АЕК

Отходы целлюлозно-бумажной промышленности Предгидролизаты – образуются при обработке древесины горячей водой (~6 м 3/т древесины). Сульфитный щелок – образуется при обработке древесины при повышенной температуре раствором, представляющим собой смесь H 2 SO 3 с водными растворами бисульфитов и моносульфитов Ca. SO 3, Ca(HSO 3)2, Mg(HSO 3)2, NH 4 HSO 3 и Na. HSO 3 (6, 5~8 м 3/т древесины) Моносульфитная варка – p. H 6 -7, вносят Ca. SO 3, Бисульфитная варка – p. H 4, 0 -4, 2, вносят Ca(HSO 3)2, Кислая бисульфитная варка – p. H 1, 0 -1, 5, вносится Ca(HSO 3)2 + SO 2. Концентрация сахаров в щелоке 3, 0 -3, 5%, из них 62 -68% – сбраживаемые. Технический лигнин, гидролизный лигнин Гидролизаты торфа Отходы сельского хозяйства Зеленая масса растений РХТУ АЕК

Отходы перерабатывающей промышленности Отход сахарной промышленности – меласса Отходы крахмало-паточной промышленности – гидрол, мезга и клеточный сок Отходы кукурузно-крахмального производства – кукурузная мука, кукурузный экстракт Отход мукомольного производства – пшеничные отруби Отходы спиртового, винодельческого и пивоваренного производства – первичная барда (зерно-картофельная, мелассная), вторичная, виноградные выжимки, пивная дробина, осадочные пивные дрожжи и др. Отходы плодоовощного производства – плоды, некондиционные соки, выжимки и т. п. Отходы мясной, птицеперерабатывающей и рыбной промышленности, кожевенной и меховой промышленности – белок- и жиросодержащие отходы, кератинсодержащее сырье, мясокостная мука, рыбная мука и др. Отходы масло-жировой промышленности – жмыхи и шроты. Отходы молочной промышленности – молочная сыворотка (творожная, подсырная, безбелковый ультрафильтрат сыворотки). РХТУ АЕК

Отходы животноводства – навоз и подстилка крупного рогатого скота и свиней, куриный помет. Основные способы биотехнологической переработки: - в органо-минеральные удобрения, - компостирование, - получение биогаза Отходы с очистных сооружений – осадочный ил, активный ил. Основные способы переработки: - вывоз в накопители или отвалы в обезвоженном виде, - сжигание, - аэробная стабилизация, - компостирование, - анаэробное сбраживание в метантенках, - внесение в качестве удобрения в почвы Донные ил и осадки Твердые бытовые отходы (ТБО) РХТУ АЕК

Промышленные отходы – строительные материалы, черные и цветные металлы, стекло, резино-технические изделия, пластики, гальванические шламы и т. д. Особая категория – отходы с высоким содержанием радионуклидов и тяжелых металлов. Биотехнологические методы переработки промышленных отходов: - биовыщелачивание – для удаления тяжелых металлов (гальваношламы, доменные шлаки, строительные материалы и др. ); - биодеструкция органических материалов (например, для перевода радионуклидов или тяжелых металлов в растворимую форму и дальнейшей их обработки физическими и химическими методами; биомодификация – для улучшения характеристик строительных материалов (бетона, цемента и др. ) при добавлении в качестве связующих компонентов микробной биомассы, для повышения прочности пластиков, резино-технических изделий, древесных материалов и других отходов при их вторичной переработке. РХТУ АЕК