Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische...
Transcript of Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische...
![Page 1: Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische bestrijding • Bioremediering • Microbiele omzettingen. 2 Deel 3 Microbiële](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022080719/5f795252c06bb123124f44ce/html5/thumbnails/1.jpg)
1
Milieu biotechnologie
Prof. Dr. ir. J. Swings
Milieu biotechnologie
• Inleiding milieuproblematiek
• Biologische bestrijding
• Bioremediering
• Microbiele omzettingen
![Page 2: Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische bestrijding • Bioremediering • Microbiele omzettingen. 2 Deel 3 Microbiële](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022080719/5f795252c06bb123124f44ce/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Deel 3
Microbiële omzettingen van vast afval
Case : Bioplastics in de vaste afvalstroom
Oorsprong vast afval
Weg van het vaste afval
Opties van vast afvalmanagement
Compostering
Biodegradeerbare plastics
![Page 3: Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische bestrijding • Bioremediering • Microbiele omzettingen. 2 Deel 3 Microbiële](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022080719/5f795252c06bb123124f44ce/html5/thumbnails/3.jpg)
3
![Page 4: Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische bestrijding • Bioremediering • Microbiele omzettingen. 2 Deel 3 Microbiële](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022080719/5f795252c06bb123124f44ce/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Case : Bioplastics in de vaste afvalstroom
Oorsprong vast afval
Weg van het vaste afval
Opties van vast afvalmanagement
Compostering
Biodegradeerbare plastics
![Page 5: Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische bestrijding • Bioremediering • Microbiele omzettingen. 2 Deel 3 Microbiële](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022080719/5f795252c06bb123124f44ce/html5/thumbnails/5.jpg)
5
Case : Bioplastics in de vaste afvalstroom
Oorsprong vast afval
Weg van het vaste afval
Opties van vast afvalmanagement
Compostering
Biodegradeerbare plastics
Vergelijking van de opties voor vaste afval management
Eliminatie aan de bron
Hergebruik
Recycling
Verbranding
Compostering
Stort
![Page 6: Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische bestrijding • Bioremediering • Microbiele omzettingen. 2 Deel 3 Microbiële](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022080719/5f795252c06bb123124f44ce/html5/thumbnails/6.jpg)
6
Eliminatie aan de bron
Hergebruik
Recycling
Producten gemaakt van gerecycleerd materiaal
Waste material Product
Paper Printing paperSanitary paperPackaging
Sludge Compost
Rubber PavementReefs
Plastic Pipes
Glass Ceramic bricksConcrete
Fly and bottom ash RoadfillAsphaltCement
Oil Oil
![Page 7: Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische bestrijding • Bioremediering • Microbiele omzettingen. 2 Deel 3 Microbiële](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022080719/5f795252c06bb123124f44ce/html5/thumbnails/7.jpg)
7
Verbranding
Hoge temperatuur verbrandingsoven
![Page 8: Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische bestrijding • Bioremediering • Microbiele omzettingen. 2 Deel 3 Microbiële](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022080719/5f795252c06bb123124f44ce/html5/thumbnails/8.jpg)
8
Fuel Heating value (percent)Solid- Coal 100- Bark 37- Wood waste 46- Sawdust 54- Coffee grounds 46- Corncobs 59
Liquid- Oil 100- Oil waste 97- Paints/resins 54- Dirty solvents 86- Old grease 76
Gaseous- Natural gas 100- Coke oven gas 78-Refinery waste gas 271
Energie-inhoud van afval tov standaard brandstof
Stort
![Page 9: Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische bestrijding • Bioremediering • Microbiele omzettingen. 2 Deel 3 Microbiële](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022080719/5f795252c06bb123124f44ce/html5/thumbnails/9.jpg)
9
Stockage van vast afval
Case : Bioplastics in de vaste afvalstroom
Oorsprong vast afval
Weg van het vaste afval
Opties van vast afvalmanagement
Compostering
Biodegradeerbare plastics
![Page 10: Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische bestrijding • Bioremediering • Microbiele omzettingen. 2 Deel 3 Microbiële](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022080719/5f795252c06bb123124f44ce/html5/thumbnails/10.jpg)
10
Ground CompostLiving plants
Alteration of dead tissue
Degradation andHumification
Fungi + bacteria
Organic substrate
Mechanicalhomogenisation
Contamination withBacteria, Actinomycetes,Fungi,…
Fungi + bacteria+ associated fauna(detrivores, mycophages)
Leaf layerDecomposition of biochemical
degradable compounds
Stabilised formHumification of organic compoundsat average temperature.Fungi + Bacteria + Actinomycetes + Fauna
Compost
Humus – claycomplexes
Progressive incorporationof HUMUS in the ground
Addition of compost to the ground
Humus en compost
Composteringsprocedures
Substraat Discontinue systeem Continue systeem
Vast Methodes in kuil, op een Opeenvolgende hopen, inhoop of in fermentor fermentoren of silo’s
Vloeibaar Methodes in geaereerde Methodes in fermentorenkuilen of op hopen of in geaereerde kuilen
![Page 11: Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische bestrijding • Bioremediering • Microbiele omzettingen. 2 Deel 3 Microbiële](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022080719/5f795252c06bb123124f44ce/html5/thumbnails/11.jpg)
11
Afval ontvangstVermaling
Slib verwerking
Fermentatie
Rijping
Experimenteel composteringsstation (Johnson city Tennessee)
Organic waste Young compostPrehumified
Mature compostRich in humus
Decomposition phase Maturation phase
Schema van de continue evolutie van organisch afval
Aerobic fermentations
![Page 12: Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische bestrijding • Bioremediering • Microbiele omzettingen. 2 Deel 3 Microbiële](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022080719/5f795252c06bb123124f44ce/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Plaats van compostering in de afvalstromen
Valorisatie van de biomassa : plaats van compostering
![Page 13: Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische bestrijding • Bioremediering • Microbiele omzettingen. 2 Deel 3 Microbiële](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022080719/5f795252c06bb123124f44ce/html5/thumbnails/13.jpg)
13
1. Dehydration of sludge2. Sludge reservoir3. Structuring agents reservoir4. Homogenisation5. Transportation band6. Fermentor7. Aeration8. Aeration central9. Fresh compost10. Recyclage of compost
Compostering van slib
Microscopische structuur van compost
![Page 14: Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische bestrijding • Bioremediering • Microbiele omzettingen. 2 Deel 3 Microbiële](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022080719/5f795252c06bb123124f44ce/html5/thumbnails/14.jpg)
14
Vochtigheid en beluchting
Passieve aeratie
![Page 15: Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische bestrijding • Bioremediering • Microbiele omzettingen. 2 Deel 3 Microbiële](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022080719/5f795252c06bb123124f44ce/html5/thumbnails/15.jpg)
15
Geforceerde aeratie
Nood aan zuurstof tijdens de compostering
Zone 1 : maximale aerobe afbraak, hoge vereisteZone 2: matige aerobe afbraak, mindere vereisteZone 3: Maturatie, weinig zuurstof nodig
![Page 16: Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische bestrijding • Bioremediering • Microbiele omzettingen. 2 Deel 3 Microbiële](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022080719/5f795252c06bb123124f44ce/html5/thumbnails/16.jpg)
16
Zone A : Warmteproductie hoogstZone B : Thermisch evenwichtZone C : Temperatuurverlies hoogst
Zeer fermenteerbaar substraatMatig fermenteerbaar substr.Zwak fermenteerbaar substraat
Temperatuurscurve bij compostering
pH schommeling tijdens de compostering
I : Acidogenese, mesofiele floraII: Alkalinisatie, thermofiele floraIII: Stabiliserende faseIV: Stabiele fase, neutrale pH
![Page 17: Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische bestrijding • Bioremediering • Microbiele omzettingen. 2 Deel 3 Microbiële](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022080719/5f795252c06bb123124f44ce/html5/thumbnails/17.jpg)
17
Verband tussen compostering, vochtigheid, aeratie en betrokken microflora
Mesofiele en thermofiele populaties
![Page 18: Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische bestrijding • Bioremediering • Microbiele omzettingen. 2 Deel 3 Microbiële](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022080719/5f795252c06bb123124f44ce/html5/thumbnails/18.jpg)
18
Landbouw domein % markt Dosis (ton/ha) Frequentie
Wijnbouw 60 20-300 2-3 jaar
Grote teelten 5 20-50 3-5 jaar
Boomkweek 10 10-100 -
Groententeelt 9 3-5 -
Champignons 5 - -
Gebruik van compost
Case : Bioplastics in de vaste afvalstroom
Oorsprong vast afval
Weg van het vaste afval
Opties van vast afvalmanagement
Compostering
Biodegradeerbare plastics
![Page 19: Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische bestrijding • Bioremediering • Microbiele omzettingen. 2 Deel 3 Microbiële](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022080719/5f795252c06bb123124f44ce/html5/thumbnails/19.jpg)
19
Gezochte eigenschappen van bioplastics
- Licht- Waterondoordringbaar- Stabiel- Niet toxisch- Strukturele veelzijdigheid- Weerstand aan afbraak
Toepassingen
75% langdurige toep.25% kortstondige toep.
- tassen- verpakking- folie- flessen
Biodegradatie van plastics
Biodegradeerbaarheid, biodeterioratie, biokompatibiliteit
Methoden om biodegradatie te bepalen
Biodegradatie van specifieke polymeren
- PE, PS, PVC : niet afbreekbaar
- NR, synthetische rubbers : wel/niet afbreekbaar
- zetmeelgevulde polymeren
- polyesters : PGA, PCL, PLLA
- vinylpolymeren : PVA, PEA, PVAc
- polyhydroxyalkanoaten : PHB, PHBV
![Page 20: Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische bestrijding • Bioremediering • Microbiele omzettingen. 2 Deel 3 Microbiële](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022080719/5f795252c06bb123124f44ce/html5/thumbnails/20.jpg)
20
Belangrijkste koolstofketen-polymeren
PE
PS
PP
PVC
Heteroketen polymeren
![Page 21: Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische bestrijding • Bioremediering • Microbiele omzettingen. 2 Deel 3 Microbiële](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022080719/5f795252c06bb123124f44ce/html5/thumbnails/21.jpg)
21
Fotodegradeerbare plastics
- UV gevoeligheid stijgt door C=O in de polymeerstruktuur- Norrish types chemische reakties- Vlugge verbrokkeling? Uiteindelijke afbraak van de fragmenten door micro-organismen ?- Toepassingen : landbouwfolie en verpakkingsplastics
Norrish type I en II reactiesin Ecolyte masterbatch
Fotodegradeerbare plastics
C=O copolymeren :
- Copolymerisatie van C=O en polyethyleen (LDPE)
- Worden de fragmenten afgebroken door micro-organismen ?
- six-pack connector materiaal
Norrish Type I en II reactions in E/CO
![Page 22: Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische bestrijding • Bioremediering • Microbiele omzettingen. 2 Deel 3 Microbiële](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022080719/5f795252c06bb123124f44ce/html5/thumbnails/22.jpg)
22
Fotodegradeerbare plastics
Types van copolymeerstructuren
Polyhydroxyalkanoaten
Poly(3-hydroxybutyraat) : PHB
- Kristallijn thermoplastisch materiaal- Reservestof van micro-organismen- Afbraakproducten : CO2 en H2O of CH4 en H2O- Stijver en breekbaarder dan PP
Poly(3-hydroxybutyraat)-poly(3-hydroxyvaleraat)PHBV
- PHV reduceert kristalliniteit, geeft meer toepassingsmogelijkheden- PHV kan variëren, dus ook de eigenschappen- Goed afbreekbaar- Gemaakt in batch vergistingen van glucose en propionzuur : PHBV bereikt 80% van het droog celgewicht
![Page 23: Prof. Dr. ir. J. Swingsjswings/MBT/MBTles3.pdf · • Inleiding milieuproblematiek • Biologische bestrijding • Bioremediering • Microbiele omzettingen. 2 Deel 3 Microbiële](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022080719/5f795252c06bb123124f44ce/html5/thumbnails/23.jpg)
23
Polyesters
Polyglycolzuur : PGA
- Hydrofieler dan PLLA- Copolymeren met PLLA hebben lagere kristalliniteit -> degradeert vlugger- Gespecialiseerde toepassingen (biomedische) : implantaten, vertraagde
afgifte van producten
Poly(L-lactaat) : PLLA
- Sterke homopolymeren- Lage weerstand tegen hydrolyse- Release systemen voor geneesmiddelen, pesticiden, meststoffen
Poly(caprolacton) : PCL
- Medische en landbouwtoepassingen- Tragere afbraak dan PGA en PLLA
Vinylpolymeren
Poly(vinylalcohol) : PVA
- afbraak door enzymatische oxidatie van sek. OH tot –C=O hetgeenzorgt voor ketensplitsing
- Wateroplosbaar- PCL-PEK mengsels voor gecontroleerde vrijstelling : PCL is onoplosbaaren houdt de struktuur samen tijdens de vrijstelling
- PVAc breekt traag af
Poly(enol-keton) : PEK
Poly(vinylacetaat) : PVAc