БІОТЕХНОЛОГІЯ І ПЕРЕРОБКА ВІДХОДІВ
З моменту виникнення цивілізованого суспільства перед ним весь час стояла проблема охорони навколишнього середовища. Через промислової, сільськогосподарської та побутової діяльності людини постійно відбувалися зміни фізичних, хімічних і біологічних властивостей навколишнього середовища, причому багато хто з цих змін були дуже несприятливі.
Біотехнологічні прийоми є прикладом ефективного контролю за станом навколишнього середовища. Особливо гостро зараз стоїть проблема поширення в навколишньому середовищі ксенобіотиків та нафтових забруднень.
Біологічна переробка відходів переслідує три основні цілі:
Деградація органічних і неорганічних токсичних відходів;
Поновлення ресурсів для повернення в кругообіг речовин С, N, P, S;
Отримання цінних видів органічного палива
Класичний процес очищення стоків включає в себе наступні етапи:
При первинній обробці видаляються тверді частки, які або відкидаються, або направляються в реактор.
На другому етапі відбувається руйнування розчинених органічних речовин за участю природних аеробних мікроорганізмів. Утворюється мул, що складається головним чином з мікробних клітин, або віддаляється, або перекачується в реактор. За технологією, використовує активний мул, частина його повертається в аераційний танк.
На третьому етапі проводиться хімічне осадження і розділення фосфору і азоту.
Для переробки мулу, утворюється на першому і другому етапах, зазвичай використовується процес анаеробного розкладання. при цьому зменшується об'єм осаду і кількість патогенів, усувається запах, а крім того, утворюється цінне органічне паливо - метан.
Аеробна переробка стоків - це сама велика область контрольованого використання мікроорганізмів у біотехнології. Вона включає наступні стадії:
адсорбція субстрату на клітинної поверхні;
розщеплення адсорбованого субстрату позаклітинними ферментами;
поглинання розчинених речовин клітинами;
зростання і ендогенне дихання;
вивільнення екскретіруемих продуктів;
В«виїданняВ» первинної популяції організмів вторинними споживачами.
В ідеалі це повинно приводити до повної мінералізації відходів до простих солей, газів і води. Ефективність переробки пропорційна кількості біомаси та часу контактування її з відходами.
Системи аеробної переробки можна розділити на системи з перколяційні фільтрами і системи з використанням активного мулу.
Принцип перколяційного фільтра - розкладання відходів за допомогою мікроорганізмів, що знаходяться ф фільтруючому елементі. В якості заповнювача елемента може використовуватися пісок, гравій або полімерні матеріали. Недолік таких фільтрів - надлишковий зростання біомаси.
Активний мул - складна суміш мікроорганізмів, що здійснює переробку відходів в біореакторах. Для успішної переробки необхідно підбирати мікробний засевной матеріал під кожен вид стоків.
Анаеробне розкладання відходів - використовується з 1901 р. Анаеробна ферментація відходів дуже перспективна для економічного одержання газоподібного палива при помірних температурах (30-35 про С).
Спільнота метаноутворюючих мікроорганізмів складається з трьох видів бактерій: бактерії, здійснюють гідроліз і бродіння. За рахунок їх діяльності розщеплюється целюлоза, синтезуються жирні кислоти. Далі - бактерії, що утворюють водень і оцтову кислоту. І, нарешті, водородотрофние метаноутворюючих бактерій.
Аеробна переробка відходів у сільському господарстві
Застосування в тваринництві інтенсивних технологій призвело до утворення великої кількості різноманітних відходів, для використання яких може не вистачити земельної площі. На сьогоднішній день існує декілька систем контрольованої переробки відходів у сільському господарстві.
Для переробки твердих відходів необхідно багато часу і коштів, тому для їх видалення широко використовується вода, а що утворюється суспензія закачується в сховища, або в системи переробки.
Водойма для окислення. Установка являє собою ємність глибиною не більше 150 см і з площею поверхні, що забезпечує аерацію. На поверхні цієї водойми ростуть фотосинтезуючі водорості, які підвищують ефективність системи завдяки виділенню кисню. До недоліків таких установок відносяться: потреба у часу; накопичення твердих відходів, які розкладаються в анаеробних умовах; створення умов для розмноження комах. Переваги - не вимагає механізації та обслуговуючого персоналу.
аеріруемих водоймище відрізняється від водойми для окислення тільки наявністю аераційної установки.
Каскадні басейни - проста немеханізованих система. У цю систему відходи надходять постійно. Вони включають первинний відстійник, в якому осідають великі частки, а також каскад дрібних басейнів, розділених перегородками або греблями, через які перетікає вода. Переливаючись з басейну в басейн, вода аерується. Якщо час утримання підібрано правильно, то глибина переробки виявляється не менше, ніж у водоймі для окислення. Недоліки - погане перемішування і придушення мікрофлори через нестачу кисню.
Канава Пасвіра. - являє собою безперервну витягнуту в довжину ємність, яку часто розташовують під підлогою тваринницьких приміщень. Рідина з товщиною шару 0,3-0,6 м аерується і перемішують за допомогою ротора. По суті є реактором безперервної дії, в якому формується спціфіческая мікрофлора.
Переробка відходів сільського господарства в анаеробних умовах
При переробці органічних відходів в анаеробних умовах утворюється горючий газ, на 60% складається з метану, і твердий залишок, що містить майже весь азот і всі інші поживні речовини, що містяться у вихідному рослинному матеріалі. У природі такий процес розвивається при нестачі кисню в місцях скупчення речовин рослинного або тваринного походження: в болотах, опадах на дні озер, в шлунку травоїдних. Температурний оптимум процесу лежить в межах 30-35 про С, і для його підтримки потрібен підігрів.
Ще на початку століття було виявлено, що з гною можна отримувати горючий газ, а відходи використовувати як добриво. Основні частини такої біоустановки: герметичний танк, або реактор, в якому здійснюється ферментація, і ємність для газу - накопичувальний плаваючий дзвін з ємністю близькою до такої у реактора.
метанобразующих бактерій є строгими анаеробами. На першій стадії процесу ферментації з рослинної та фекальної маси утворюються летючі жирні кислоти (оцтова, масляна). Важливу роль при цьому відіграють клостридії. Кислоти (за винятком оцтової) служать далі субстратом для групи оцтовокислих бактерій. В кінцевому рахунку в результаті спільної дії цих груп бактерій утворюються оцтова кислота, водень і вуглекислий газ, які є підходящим субстратом для метаноутворюючих бактерій.
Основна проблема, яка виникає на фермах, де міститься багато тварин, полягає в зберіганні гною і використанні його найбільш вигідним чином. Якщо при цьому в якості побічного продукту буде утворюватися метан і витрати на зберігання гною не збільшаться, то для ферм це буде безумовно позитивним моментом. Сучасні конструкції реакторів не окуповують себе за рахунок виробництва метану. Такі реактори виявляються рентабельними в країнах, що розвиваються, де використовується дешевої ручної праці.
ОТРИМАННЯ Екологічно чистої енергії. Біогаз
Екологічно чисту енергію можна отримувати шляхом перетворення сонячної енергії в електричну за допомогою сонячних колекторів, а також з біогазу і мікробного етанолу.
Біогаз - це суміш з 65 % Метану, 30% СО 2 , 1% сірководню і незначних домішок азоту, кисню, водню і чадного газу. Енергія, укладена в 28 м 3 біогазу, еквівалентна енергії: 16,8 м 3 природного газу; 20,8 л на...
