Биологическая переработка промышленных отходов

                     МИНЕСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

  ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УПРАВЛЕНИЯ

                          Кафедра экологического менеджмента

 

 

 

 

           

 

    Реферат на тему: «Биологическая переработка промышленных отходов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                  Выполнила: студентка 3курса

                                                  Группы МПД-10-1

                                                  Калинченкова Е.С.

                                                         Проверила: Бурик Н.А.

 

 

 

 

 

 

                                                    Донецк-2013

                                                     Содержание:

 

 

Введение

1.Экологическая биотехнология

2.Биологическая переработка промышленных отходов

3.Отходы молочной промышленности; сыворотка

4.Отходы целлюлозно-бумажной промышленности

5.Биодеградация ксенобиотиков в окружающей среде

Заключение

Список используемой литературы

 

 

Введение

 

Современная биотехнология  – это направление, призванное изыскивать пути промышленного применения биологических  агентов и процессов. Это комплексная  многопрофильная область, включающая микробиологический синтез, генетическую, белковую и клеточную инженерию, инженерную энзимологию.

Биотехнология в основном опирается на использование микроорганизмов. Поэтому знания, накопленные микробиологией о многообразии мира, о строении, генетике, физиологии, изменчивости, экологии микробов создают научную основу для развития многих биотехнологических производств. Традиционное сырьё для  различных отраслей химической и  перерабатывающей промышленности (нефть  и газ) истощается, а это приведёт к тому, что всё более широко будут использоваться ресурсы биомассы.

Бродильное производство и технология на основе ферментов  будут основными источниками  моторного топлива 21 века.

Помимо новых способов получения химических веществ из биомассы, биотехнология даёт нам  также более эффективные и  производственные катализаторы для  осуществления химических взаимопревращений.

Многообещающей областью дальнейшего развития представляется производство ценных веществ из растений, например терпенов и алкалоидов, используемых при производстве лекарств; в настоящее  время 25% всех лекарств производится из растений.

В области сельского хозяйства  решаются вопросы создания полноценных  кормов для животных на основе белка  одноклеточных. Для переработки  отходов сельскохозяйственного  производства используются биотехнологические процессы с помощью анаэробных и  аэробных, термофильных бактерий. Созданы  новые бактериальные удобрения. Прежде всего, биотехнология перспективна с экологической точки зрения. С момента возникновения цивилизации на Земле остро стоит экологическая проблема охраны окружающей среды.

Благодаря антропогенной  деятельности человека (промышленной, сельскохозяйственной, бытовой и  т.д.) постоянно происходит изменение  физических, химических и биологических  свойств окружающей среды, причём многие из этих изменений весьма неблагоприятны. Прогнозируется, что биотехнология  будет оказывать многообразное  и всё возрастающее влияние на способы контроля за окружающей средой и на её состояние

Прекрасным примером такого влияния служит внедрение новых, более совершенных методов биотехнологической переработки отходов, применение биотехнологии  в борьбе против распространения  ксенобиотиков и нефтяных загрязнений.

Сегодня быстро развиваются  разнообразные отрасли промышленности, в которых процессы жизнедеятельности  микроорганизмов используются для  создания замкнутых систем, для контроля за загрязнением сточных вод, биотестирования, для использования альтернативных энергоресурсов и химического сырья, как в промышленности, так и в сельском хозяйстве.

Основные задачи, которые  решает биотехнология в деле охраны окружающей среды, следующие:

1.Деградация органических  и неорганических токсичных отходов.

2.Возобновление ресурсов  для возврата в круговорот  веществ углерода, азота, фосфора и серы.

3.Получение ценных видов  органического топлива.

Одно из наиболее важных направлений биотехнологии –  обработка сточных вод, твёрдых  выбросов, контроль за загрязнением окружающей среды и создание безотходных технологий.

В последнее время резко  увеличилось количество и усложнился качественный состав веществ, загрязняющих среду. Бурное развитие химии и её внедрение в народное хозяйство наряду с огромным экономическим эффектом и многими блестящими достижениями несёт определённую опасность в смысле нарушения сложившихся в течение сотен тысяч лет биомов симбиотирующих и взаимодополняющих обитателей биосферы. Наиболее опасно загрязнение окружающей среды вредными для здоровья человека ядовитыми, канцерогенными и мутагенными веществами.

Остро стоит проблема очистки  сточных вод, а вместе с ней  и - дефицит чистой воды. По подсчётам некоторых учёных человечество может остаться без пресной воды в 21 веке. Особенно большие надежды в решении этих проблем учёные возлагают на развитие биотехнологии

Биотехнология – это новый  путь человечества к спасению природы.

 

 

1.Экологическая биотехнология

 

Биотехнология активно применяется  в целях очистки всех компонентов  биосферы (воды, почвы, воздуха и  др.) от загрязняющих веществ. Кроме  того, существенным является не только сам процесс очистки, но и возможность  использования выделенных отходов  в качестве вторичного сырья.

Биологическая очистка стоков. Существуют микроорганизмы, для которых  загрязнения, содержащиеся в сточных  водах, являются питательными веществами. В начале 20 века произошла революция  в очистки сточных вод с  помощью активного ила – сложной  смеси микроорганизмов. Хотя при  этом требуется перемешивать жидкость и непрерывно аэрировать её воздухом, такой способ позволяет перерабатывать большие объёмы стоков с самыми разнообразными загрязнениями – от хозяйственно-бытовых до промышленных.

Биологическая очистка газовых  выбросов. Многие выбросы в атмосферу  содержат вредные или дурно пахнущие примеси. Для их очистки применяют  биофильтры, заполненные насадкой, на которой закреплены специальные  микроорганизмы. Вредные примеси  сорбируются на насадке и затем  потребляются и обезвреживаются  микроорганизмами.

Биокомпостирование твёрдых отходов. Аналогом аэробной очистки стоков является аэробное биокомпостирование твёрдых отходов. Твёрдые отходы смешиваются с микроорганизмами, разлагающими вредные загрязнения, и балластным материалом типа торфа, который обеспечивает доступ кислорода к микроорганизмам. Это позволяет превратить отходы в удобрение или просто использовать их в качестве подсыпки для дорог, в строительстве и в других случаях.

Метановое сбраживание твёрдых  отходов. Ещё в 1776 году Вольта обнаружил, что в болотном газе содержится метан. С 1901 года успешно применяют анаэробное сбраживание осадка избыточного  активного ила, образующегося при работе установок биологической очистки сточных вод. Сброженный осадок, если только он не содержит повышенных концентраций тяжёлых металлов, успешно используют как удобрение. Он лучше исходного осадка по составу, и в нём почти полностью отсутствуют болезнетворные микроорганизмы.

Также существуют и многие другие способы биотехнологического  воздействия на окружающую среду: биодеградация  химических пестицидов и инсектицидов, борьба с накоплением метана в  шахтах, обессеривание нефти и каменного угля, обогащение воздуха кислородом и другие.

 

 

2.Биологическая переработка промышленных отходов

 

Неотъемлемой чертой любого цивилизованного общества является образование как жидких, так и  твёрдых отходов. Поиск безопасных для здоровья населения и не загрязняющих окружающую среду способов их ликвидации представляет собой одну из первостепенных задач. В области переработки  и ликвидации твёрдых отходов  биотехнологическими методами наиболее значительное место, как по стоимостным, так и по объёмным показателям  занимает утилизация ила сточных  вод и твёрдых коммунальных отходов.

Промышленные отходы можно  в первом приближении разделить  на две категории: 1) отходы производств, основанных на использовании биологических  процессов (производство пищевых продуктов, напитков, ферментация); 2) отходы химической промышленности. В первом случае отходы имеют различный состав и обычно перерабатываются путем биологического окисления, как это делалось традиционно  в случае бытового мусора. Однако такой  способ экономически невыгоден, и в  настоящее время широко обсуждается  вопрос о возможности уменьшения объема разбавленных сточных вод  либо их непосредственного использования - трансформации (для получения биомассы или других ценных продуктов), или  же путем извлечения из них ценных соединений.

В многочисленных и разнообразных  отраслях химической промышленности образуется большое количество отходов, причем многие из них с трудом поддаются  разрушению и длительное время присутствуют в среде. Поэтому часто перед  обычной биологической переработкой отходов бывает необходимо провести их предварительную химическую или  физическую обработку. Использование  специфических микроорганизмов  для расщепления ксенобиотиков при переработке отходов еще не нашло широкого применения в промышленности, и тем не менее подобный подход представляется весьма перспективным. Это может быть:

1) деградация отдельных  видов отходов in situ с помощью специализированных культур микроорганизмов или их сообществ;

2) введение специально  подобранных культур в обычные  системы переработки отходов; 

3) ликвидация и обезвреживание  разливов нефти; 

4) извлечение металлов;

5) биологическая очистка  газов от пахучих и вредных  соединений (меркаптанов, сероводорода, цианида, хлорзамещенных углеводородов  и т.д.);

6) получение биомассы  из отходов; 

7) превращение отходов  в метан.

В результате широкого применения человеком продукции химической промышленности в окружающую среду  попадают различные типы ксенобиотиков: пластмассы (пластификаторы), взрывоопасные вещества, добавки, полимеры, красители, поверхностно-активные вещества пестициды и органические соединения - производные нефти. Что касается бытового мусора, то для его переработки созданы широко применяемые системы, использующие активный ил и оросительные фильтры. Сточные же воды химической промышленности, как правило, не соответствуют возможностям подобных систем. Интенсивность переноса кислорода в ходе процессов, обычно протекающих в таких системах, бывает недостаточна для поддержания максимальной скорости окисления при участии микрофлоры. Эти процессы чувствительны также к колебаниям в загрузке реактора, особенно если токсичные вещества и ингибиторы поступают в систему в высоких и непостоянных концентрациях.

Проблему недостатка кислорода, возникающую при переработке  отходов химической промышленности в обычно используемых системах на основе активного ила, пытались решить несколькими способами. В двух случаях (распределитель с пробулькиванием и система "Анокс") для увеличения скорости переноса газа использовали чистый кислород. В одной из новых систем переработки отходов - колонном эрлифтном ферментере, разработанном фирмой ICI - пошли по пути увеличения количества растворенного кислорода. В центральной части колонны имеется не доходящая до дна вертикальная секция, в которую сверху поступают отходы и повторно используемый активный ил; туда же вводится воздух. Когда смесь выходит из ферментера вверх по наружной секции колонны, давление в системе падает, что вызывает пробулькивание пузырьков воздуха. Благодаря высокому содержанию растворенного кислорода и турбулентности биомасса поддерживается в высокоактивном состоянии и становится более устойчивой по отношению к перегрузкам, а также к уменьшению аэрации и времени нахождения отходов в ферментере, особенно в случаях высококонцентрированных отходов.

Такие процессы с повышенной аэрацией устойчивы к резким перегрузкам  отходами, не оказывающими токсического или ингибирующего действия. В  случае же токсичных отходов более  пригодными оказываются системы, в  которых используются микроорганизмы, растущие в пленках. Такие популяции  микробов не вымываются из системы, даже если на их рост и метаболизм оказывают  неблагоприятное воздействие поступающие  сточные воды. Кроме того, внутри пленки из-за ограничения диффузии создаются градиенты концентрации. Это приводит к понижению концентраций токсичных продуктов внутри пленки, а следовательно, к повышению скорости их усвоения и окисления. Пленка создает также экологическую нишу для организмов, рост которых в присутствии высоких концентраций отходов при перегрузках существенно замедляется; Самая простая форма пленочной системы - это перколяционный фильтр, однако подобного рода пленки разрушаются, если они становятся очень тонкими, при уменьшении концентрации субстрата на поверхности подложки. В таком случае клетки погибают, и пленка отпадает, засоряя фильтры внутри системы переработки отходов. При слишком высоких концентрациях субстрата происходит быстрый рост микроорганизмов, что приводит к образованию толстой пленки и к ее периодическому отслоению. Интенсивность подобных процессов можно снизить, разбавив поступающий раствор с питательными веществами, осветленными сточными водами. Разработка новых методов сохранения толщины пленки представляет безусловный интерес. Так, при помощи медленного вращения диска из полистирола внутри протекающих сточных вод толщина пленки поддерживается постоянной за счет гидродинамических сил и аэрации при выходе пленки из воды. Такая эффективная и простая система была предложена для очистки стоков с низкой величиной БГЖ. Еще один эффективный метод переработки токсичных отходов in situ может быть основан на использовании реакторов с ожиженной подложкой, где микроорганизмы растут на поверхности небольших инертных частиц (песок, стекло, антрацит), через слой которых пропускают с контролируемой скоростью сточные воды и воздух.