Отходы биотехнологических производств

План:

 

1. Утилизация твердых отходов.
2. Утилизация жидких отходов.

 

Отходы биотехнологических производств  относятся, как правило, к типу разлагающихся  в природных условиях под действием  различных факторов (биологических  — минерализация с участием микроорганизмов, химических — окисление, физико-химических благодаря комплексному воздействию, например, лучистой энергии и химических веществ).

Плотные отходы в биотехнологических производствах представляют собой: микробную массу, отделяемую от культурального фильтрата, поступающего на последующие стадии выделения целевого продукта; шламы (от нем. Schlamm — грязь); растительную биомассу после экстракции из нее действующих веществ (а в случае суспензионной культуры, продуцирующей метаболит в питательную среду, отходом являются клетки); остатки куриных эмбрионов при культивировании, например, вируса гриппа; некоторые тканевые культуры млекопитающих; осадки из сточных вод (ил).

Подсчитано, что в коммунальных очистных сооружениях сточные воды от одного горожанина образуют за год около 500 литров ила со средней влажностью 5%. Если городское население в стране составляет 100 млн. человек, то за год накопится 47,5 млн. м3 такого ила. Если сюда приплюсовать почти такое же количество промышленных осадков, включая плотные отходы биотехнологических производств, то необходимо приложить большие усилия и средства для обезвреживания их или утилизации.

Хорошо освоенными биотехнологическими  производствами во многих странах мира являются промышленные способы получения  пива, дрожжей, вин и др. На примере лишь пивоварения можно указать, что плотными отходами здесь являются дрожжевые клетки (0,25—0,40 кг на 1 гл. пива), солодовая и хмелевая дробины, белковый осадок из сепараторов. Остатки хмеля (хмелевая дробина) и белка содержат горечи, из-за которых они не употребляются в качестве добавок к рационам кормов для животных. Поэтому такие остатки либо сжигаются (что нерентабельно), либо передаются на биологическое обезвреживание.

При оптимальных средах и аэрации  биомасса клеток нитчатых грибов и  дрожжей может составить 2,5% в пересчете на сухую массу, причем, около 50% в ней приходится на белки.

В спиртовом производстве отходом  является барда, состав которой зависит  от качества используемого сырья (зерно, картофель). Сугубо усредненные данные по основному составу зерно-картофельной барды представляются следующими: вода — 91— 93%, сухой остаток — 7—9%, в составе которого зольность составляет от 6 до 12%, общий азот 21—23%, липиды — 2—8%, целлюлоза— 9—10%, безазотистые экстрактивные вещества — 50—59%. Отжатая или высушенная барда используется в качестве добавок к корму для сельскохозяйственных животных.

В производстве этанола, пива, хлебного кваса используют солод — пророщенное  зерно (ячмень, овес, просо, пшеница, рожь — на спиртовых заводах; ячмень —  на пивоваренных заводах; рожь и ячмень — в производстве кваса). В процессах получения солода образуются отходы в форме очисток, сплава, солодовых ростков, которые с успехом используются в животноводстве, а также в целях получения ряда биологически активных веществ (прежде всего — ферментов из солодовых ростков). 
Качество плотных отходов диктует выбор метода их обеззараживания. Так, патогенные микробы — продуценты сильных ядов (токсинов) должны быть обезврежены полностью, и, поэтому наиболее эффективный способ для этого — сжигание. Если отходом является биомасса клеток стрептомицетов, то их достаточно убить нагреванием с последующим вывозом на фермы, где она может добавляться в корм скоту (например, уплотненный отход в производстве тетрациклиновых антибиотиков, содержащий белки и витамин B12), вноситься в почву в качестве органического удобрения; можно передавать на общегородские очистные сооружения, а также на метановое брожение.

Если по технологической схеме  плотные и жидкие отходы подаются в воду в виде смешанного стока, то вначале осуществляют грубое разделение первых от вторых, затем производят отжим влаги с последующей передачей уплотненной биомассы клеток на обезвреживание вышеуказанными путями. 
Аналогичным образом подходят к плотным отходам растительного или животного происхождения — токсичные из них сжигают, не токсичные, по возможности, отправляют на утилизацию.

При обезвреживании плотных отходов  в микробиологических производствах  лишь убиванием необходимо иметь  в виду антигенные особенности такой  микробной биомассы (способность вызывать образование антител in vivo) — в любом случае необходимо исключить сенсибилизирующее (от лат. sensibilis — чувствительный) действие ее на макроорганизм во избежание возникновения аллергических заболеваний.

В аэротенках очистных сооружений, где происходит обезвреживание жидких отходов, лимитирующими факторами выступают главным образом качество и площадь биологической пленки, состоящей из микро- и макрофлоры, микро- и макрофауны. В этой связи необходимо быть убежденным, что привносимые плотные отходы, богатые органическими веществами, не приведут к ухудшению работы аэротенков.

При анаэробном метановом  брожении практически любые органические вещества (за исключением лигнина) могут  выступать субстратами, трансфррмирующимися до метана и диоксида углерода. Метан используют в качестве топлива, углекислоту — в пищевой промышленности в виде "сухого льда". Остающийся плотный остаток после метанового брожения (примерно 40% от первоначального количества) представляет собой гумус, который используют в качестве удобрения при возделывании сельскохозяйственных культур растений.

Жидкие отходы в биотехнологических производствах достаточно разнообразны по своему составу. Это объясняется  неполным использованием биообъектами компонентов, входящих в состав питательных сред; наличием веществ (кроме целевых метаболитов), секретируемых клетками; присутствием растворителей, используемых, например, для экстракции конечных продуктов, и т. д. Например, сульфитные щелока, образующиеся на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности в результате гидролиза древесины и используемые для выращивания кормовых дрожжей. Они содержат в среднем 50—60% суль-фоната лигнина, 7—8% сахарных сульфокислот, около 18% различных сахаров, 10% диоксида серы, 8% солей кальция. После значительного удаления сульфита и подготовки щелока (разбавление, внесение некоторых питательных ингредиентов) его используют для выращивания адаптированной расы дрожжевых организмов. Образующаяся клеточная масса здесь является целевым продуктом, а отходом — культуральная среда после отделения дрожжей. 
Жидкие отходы дрожжевых заводов, где производят дрожжи на мелассном сусле, содержат органические и минеральные вещества (мг/л): этанол — 0,45, углеводы (в том числе — сбраживаемые) — 1,0, общий азот — 0,8, азот неорганический — 0,13, зольные элементы — 5,4. ВПК таких отходов составляет около 20000 частей О2 на 1 млн., то есть примерно столько, сколько и ВПК для канализационных вод. Отходы, образующиеся от 1000 т мелассы, соответствуют бытовым стокам города с населением около 0,5 млн. жителей. Подобные жидкие отходы подвергают микробиологической обработке (анаэробной или аэробной).

Сточные воды бродильных предприятий неравноценны. Так, одни из них могут быть названы условно  чистыми, поскольку они почти не отличаются от потребляемой в производстве природной воды (конденсаты, вода из теплообменников). Другие воды являются загрязненными неорганическими и органическими примесями, попадающими 1) от сырья (загрязнения при транспортировке, мойке картофеля, свеклы), 2) от оборудования (мойка технологической аппаратуры). Чистые воды могут быть использованы повторно в технологических процессах, либо направлены в чистые водоемы; загрязненные воды освобождают от механических примесей, а затем направляют на обезвреживание.

В производстве антибиотиков, кроме воды, используют углеводы и  углеводистые продукты, масла, соевую муку, кукурузный экстракт, нитраты, соли аммония, серо- и фосфорсодержащие соединения, возможные предшественники антибиотиков (например, амид фенилуксусной кислоты в качестве предшественника пенициллина; н-пропанол в качестве предшественника эритромицина и т. д.), неорганические кислоты и щелочи, органические экстрагенты и пр.

Отличительной особенностью биотехнологических процессов, основанных на выделении метаболитов из культуралъных жидкостей, является неравновесное соотношение целевого продукта и жидкости (жидкой среды), в которой он содержится (чаще — 1:100, 1:200, то есть 1%, 0,5% и менее). В подобных производствах количество жидких отходов заметно больше, чем плотных. Если последние содержатся в ощутимых количествах в сточной жидкости, то их отделяют, отжимают и обезвреживают (см. плотные отходы). 
Сточные воды на госпредприятиях содержат 1—2% органических веществ и 98—99% воды. При использовании микробной обработки таких стоков в аэротенках (например, с участием сапрофитных бактерий из рода Arthrobacter, Corynebacterium, Mycobacterium, Nocardia и некоторых других) можно получать ценные микробные удобрения.

В зависимости от качества сточных вод возможна также их очистка до целесообразного уровня (например, получение оборотной воды, реализуемой повторно в том же биотехнологическом производстве).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Взято с Интернет – ресурса:

http://www.studhistory.ru/pages/more/obezvrezhivanie-othodov-biotehnologicheskih-proizvodstv.html