Биологическая обработка органических отходов их характеристика и принципы обработки реферат

Обновлено: 02.07.2024

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 [2].

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.

3Типы бытовых отходов

Интенсивный рост промышленности и городов привели к увеличению загрязнения окружающей среды. Результатом деятельности промышленных предприятий является образование отходов. Виды отходов самые разнообразные, и, соответственно, методы их обработки и переработки многочисленны. Органические отходы в соответствии с источником подразделяются на бытовые, промышленные и сельскохозяйственные, а по физическому состоянию – на жидкие, полужидкие текучие и твёрдые. Типы органических отходов и методы их биологической обработки представлены в таблице №1.[3]

Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему Биологическая обработка органических отходов, их характеристика и принципы. Презентация на заданную тему содержит 26 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!

Органические по своей природе отходы (отходы растительного или пищевого происхождения, макулатура) возможно перерабатывать посредством биологического компостирования и перегнивания. Получающееся в результате органическое вещество в дальнейшем используется в садоводстве и сельском хозяйстве как перегной или компост. Кроме того, выделяющийся в процессе перегнивания газ (например, метан) накапливается и затем используется для выработки электричества. Функция биологической переработки в системе управления отходами заключается в осуществлении контроля и ускорения естественного процесса разложения органических веществ. Органические по своей природе отходы (отходы растительного или пищевого происхождения, макулатура) возможно перерабатывать посредством биологического компостирования и перегнивания. Получающееся в результате органическое вещество в дальнейшем используется в садоводстве и сельском хозяйстве как перегной или компост. Кроме того, выделяющийся в процессе перегнивания газ (например, метан) накапливается и затем используется для выработки электричества. Функция биологической переработки в системе управления отходами заключается в осуществлении контроля и ускорения естественного процесса разложения органических веществ.

Характеристика отходов: Органические отходы в соответствии с источником подразделяются на бытовые, промышленные и сельскохозяйственные, а по физическому состоянию - на жидкие (сточные воды), полужидкие текучие (осадки сточных вод и полужидкий навоз) и твердые (бытовой мусор, подстилочный навоз). Характеристика отходов: Органические отходы в соответствии с источником подразделяются на бытовые, промышленные и сельскохозяйственные, а по физическому состоянию - на жидкие (сточные воды), полужидкие текучие (осадки сточных вод и полужидкий навоз) и твердые (бытовой мусор, подстилочный навоз).

Принципы биологической обработки отходов: Обработка отходов подразумевает биологическое разложение органических соединений. В случае очистки сточных вод содержащиеся в них загрязнения должны быть практически полностью удалены. По существующим нормам содержание органических веществ в очищенной воде не должно превышать 10 мг/л. Принципы биологической обработки отходов: Обработка отходов подразумевает биологическое разложение органических соединений. В случае очистки сточных вод содержащиеся в них загрязнения должны быть практически полностью удалены. По существующим нормам содержание органических веществ в очищенной воде не должно превышать 10 мг/л.

Преимущества - высокая скорость и использование веществ в низких концентрациях. Преимущества - высокая скорость и использование веществ в низких концентрациях. Недостатки - высокие энергозатраты на аэрацию очищаемой среды воздухом и проблемы, связанные с обработкой и утилизацией больших количеств избыточного ила (обработка концентрированных сточных вод).

При очистке сточных вод выполняют четыре основные операции: При очистке сточных вод выполняют четыре основные операции: При первичной переработке происходит усреднение и осветление сточных вод от механических примесей (усреднители, песколовки, решетки, отстойники). На втором этапе происходит разрушение растворенных органических веществ при участии аэробных микроорганизмов. Образующийся ил, состоящий главным образом из микробных клеток, либо удаляется, либо перекачивается в реактор. При технологии, использующей активный ил, часть его возвращается в аэрационный тенк. На третьем (необязательном) этапе производится химическое осаждение и разделение азота и фосфора. Для переработки ила, образующегося на первом и втором этапах, обычно используется процесс анаэробного разложения. При этом уменьшается объем осадка и количество патогенов, устраняется запах и образуется ценное органическое топливо - метан.

Биологическая очистка воды происходит в аэротенках. Аэротенк представляет собой открытое железобетонное сооружение, через которое проходит сточная вода, содержащая органические загрязнения и активный ил. Суспензия ила в сточной воде на протяжении всего времени нахождения в аэротенке подвергается аэрации воздухом. Интенсивная аэрация суспензии активного ила кислородом приводит к восстановлению его способности сорбировать органические примеси. Биологическая очистка воды происходит в аэротенках. Аэротенк представляет собой открытое железобетонное сооружение, через которое проходит сточная вода, содержащая органические загрязнения и активный ил. Суспензия ила в сточной воде на протяжении всего времени нахождения в аэротенке подвергается аэрации воздухом. Интенсивная аэрация суспензии активного ила кислородом приводит к восстановлению его способности сорбировать органические примеси.

В основе биологической очистки воды лежит деятельность активного ила (АИ) или биопленки, естественно возникшего биоценоза. Активный ил представляет собой темно-коричневые хлопья, размером до нескольких сотен микрометров. На 70% он состоит из живых организмов и на 30% - из твердых частиц неорганической природы. В основе биологической очистки воды лежит деятельность активного ила (АИ) или биопленки, естественно возникшего биоценоза. Активный ил представляет собой темно-коричневые хлопья, размером до нескольких сотен микрометров. На 70% он состоит из живых организмов и на 30% - из твердых частиц неорганической природы.

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.

Содержание работы

Введение…………………………………………………………….…3
Типы отходов………………………………………………………….4
Компостирование органических отходов…………………………. 5
Биохимические принципы компостирования……………………. 9
Критические факторы компостирования………………………. 12
Список используемой литературы………………………………..22

Содержимое работы - 1 файл

реферат.docx

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего пРофессионального образования

российский государственный аграрный университет –

МСха имени К.А. Тимирязева
(ФГОУ ВПО ргау - МСХА имени К.А. Тимирязева)

Факультет Агрономический

Кафедра Микробиологии и иммунологии

Дисциплина Микробиология

Реферат на тему:

Выполнила: студентка 405группы

Содержание

Введение………………………………………………………… ….…3
Типы отходов…………………………………………………………. 4
Компостирование органических отходов…………………………. 5
Биохимические принципы компостирования……………………. 9
Критические факторы компостирования………………………. 12
Список используемой литературы………………………………..22

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.

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.

Типы отходов

Типы органических отходов и методы их биологической обработки.

Навозные стоки при гидросмывн-

Выдерживание в отстойниках

Отсутствие избыточного ила

Навоз при самотечной уборке

Метан, удобрение, отсутствие запаха

Органическая часть ТБО

Компостирование органических отходов

Компостирование – это экзотермический процесс биологического окисления, в котором органический субстрат подвергается аэробной биодеградации смешанной популяцией микроорганизмов в условиях повышенной температуры и влажности. В процессе биодеградации органический субстрат претерпевает физические и химические превращения с образованием стабильного гумифицированного конечного продукта. Этот продукт представляет ценность для сельского хозяйства и как органическое удобрение, и как средство, улучшающее структуру почвы.

Отходы, поддающиеся компостированию, варьируют от городского мусора, представляющего собой смесь органических и неорганических компонентов, до более гомогенных субстратов, таких как навоз, отходы растениеводства, сырой активный ил и нечистоты. В процессе компостирования удовлетворяется в основном потребность в кислороде, органические вещества переходят в более стабильную форму, выделяются диоксид углерода и вода и возрастает температура. В естественных условиях процесс биодеградации протекает медленно, на поверхности земли, при температуре окружающей среды и в основном в анаэробных условиях. Естественный процесс разложения может быть ускорен, если перерабатываемый субстрат собрать в кучи, что позволит сохранить часть теплоты, выделяющейся при ферментации, и достигнуть более высокой скорости реакции. Этот ускоренный процесс и есть процесс компостирования.

Важными параметрами являются соотношение углерода и азота и мультидисперсность субстрата, необходимая для нормальной аэрации. Навоз, сырой активный ил и многие растительные отходы имеют низкое отношение углерода к азоту, высокую влажность и плохо поддаются аэрации. Их необходимо смешивать с твёрдым материалом, собирающим влагу, который обеспечит дополнительный углерод и нужную для аэрации структуру смеси.

Компостирование представляет собой динамический процесс, протекающий благодаря активности сообщества живых организмов различных групп. Основные группы организмов, принимающих участие в компостировании:

микрофлора — бактерии, актиномицеты, грибы, дрожжи, водоросли;
микрофауна — простейшие;
макрофлора — высшие грибы;
макрофауна — двупароногие многоножки, клещи, ногохвостки, черви, муравьи, термиты, пауки, жуки.

В процессе компостирования принимает участие множество видов бактерий (более 2000) и не менее 50 видов грибов. Эти виды можно подразделить на группы по температурным интервалам, в которых каждая из них активна. Для психрофилов предпочтительна положительная температура ниже 20 °C, для мезофилов — 20–40 °C и термофилов — 40–50 °C. Микроорганизмы, которые преобладают на последней стадии компостирования, являются, как правило, мезофилами.

Хотя количество бактерий в компосте очень велико (108–109 м. к./г влажного компоста), из-за малых размеров они составляют менее половины общей микробной биомассы.

Актиномицеты растут гораздо медленнее, чем бактерии и грибы, и на ранних стадиях компостирования не составляют им конкуренции. Они более заметны на последующих стадиях процесса, когда их становится очень много, и налёт белого или серого цвета, типичный для актиномицетов, отчётливо виден на глубине 10 см от поверхности компостируемой массы. Их численность ниже численности бактерий и составляет порядка 105–108 клеток на грамм влажного компоста.

Грибы играют важную роль в деструкции целлюлозы, и состояние компостируемой массы должно регулироваться таким образом, чтобы оптимизировать активность этих микроорганизмов. Важным фактором является температура, так как грибы погибают, если она поднимается выше 55 °C. После понижения температуры они вновь распространяются из более холодных зон по всему объёму.

После того, как достигается максимум температуры, компост, остывая, становится доступным для широкого ряда почвенных животных. Многие почвенные животные вносят большой вклад в переработку компостируемого материала посредством его физического дробления. Эти животные также способствуют перемешиванию разных компонентов компоста. В умеренном климате главную роль в заключительных стадиях процесса компостирования и дальнейшего включения органического вещества в почву играют земляные черви.
Таким образом, компостирование — комплексный, многостадийный процесс. Каждая его стадия характеризуется различными консорциумами организмов.

В настоящее время разработаны и развиваются современные технологии по очистке бытовых, промышленных и сельскохозяйственных отходов. Наибольший интерес представляют (и имеют перспективу) естественные и самые дешевые биологические методы очистки, представляющие собой интенсификацию природных процессов разложения органических соединений микроорганизмами в аэробных или анаэробных условиях. Наряду с ними развиваются физико-химические методы фильтрации, осаждения, флотации, электрокоагуляции и др., которые применяются для очистки стоков различных видов промышленности с извлечением по возможности из них полезных продуктов.

Ниже рассмотрены современные технологии обработки бытовых, промышленных и сельскохозяйственных отходов.

Характеристика отходов. Органические отходы в соответствии с источником подразделяются на бытовые, промышленные и сельскохозяйственные, а по физическому состоянию – на жидкие (сточные воды), полужидкие текучие (осадки сточных вод и полужидки навоз) и твердые (бытовой мусор, подстилочный навоз). Для характеристики отходов используются специальные определения:

Абсолютно сухая масса (АСМ) – для твердых и полужидких отходов (%), или общие взвешенные вещества (ОВВ) – для сточных вод (г/кг, мг/л) – масса сухих веществ (органических и неорганических) в отходах, определенная при высушивании образца до постоянной массы при 110 °С.

Летучие вещества (ЛВ) (г/кг, мг/л) – часть загрязнений, удаляемых сжиганием при 600 – 650 °С; представлены в основном органическими веществами и включают микробную биомассу.

Зольность (г/кг, мг/л) – оставшаяся после сжигания часть – зола (минеральные соли). В сумме зольность и ЛВ дают АСМ.

Химическое потребление кислорода (ХПК) (мг/л) – количество кислородных эквивалентов, необходимое для полного химического окисления органических и неорганических загрязнений до CO₂, например бихроматом калия в концентрированной серий кислоте при 160 °С. Если загрязнения в сточной воде представлены органическими веществами, то концентрация их близка , значению ХПК.

Биологическое потребление кислорода (БПК) (мг/л) – количество кислородных эквивалентов, необходимое для окисления органических и неорганических загрязнений до СО₂ микроорганизмами активного ила при 25 °С , за определенное время, обычно 5 (БПК₅) или 20 дней (БПК_полное).

В большинстве развитых стран мира стоимость очистки или сброса сточных вод промышленных предприятий и бытовых в центральную канализацию или водоем определяется величинами ХПК и БПК в стоках. Содержание и характер загрязнений в сточных водах промышленных предприятий сильно варьируют в зависимости от происхождения стоков. Даже для одного типа промышленных производств стоки могут различаться по концентрации загрязнений в зависимости от технологий, применяемых на предприятиях. В целом российские промышленные предприятия производят в 3 – 10 раз более разбавленные стоки, чем аналогичные производства Западной Европы. Традиционно в быту и на предприятиях нашей страны используется большое количество чистой воды. С увеличением дефицита чистой воды и резким повышением цен на воду промышленные предприятия вынуждены менять технологические схемы. Это означает, что они будут производить более концентрированные стоки.

Принципы биологической обработки отходов. Обработка отходов подразумевает биологическое разложение органических соединений. В случае очистки сточных вод содержащиеся в них загрязнения должны быть практически полностью удалены. По существующим нормам содержание органических веществ в очищенной воде не должно превышать 10 мг/л.

Деградация органических веществ осуществляется микроорганизмами как в аэробных, так и в анаэробных условиях, с разными энергетическими балансами суммарных реакций.

Аэробный процесс При аэробном биоокислении глюкозы 59 % энергии, содержащейся в ней, расходуется на прирост биомассы и 41 % составляют тепловые потери:

Аэробное микробное сообщество представлено разнообразными микроорганизмами, в основном бактериями, окисляющими различные органические вещества в большинстве случаев независимо друг от друга, хотя окисление некоторых веществ осуществляется путем соокисления (кометаболизм).

Преимущество аэробного процесса состоит в высокой скорости использовании веществ в низких концентрациях, недостаток – в образовании большого количества микробной биомассы. Аэробный процесс используется при очистке бытовых, некоторых промышленных и свиноводческих сточных вод с ХПК не выше 2000 мг/л. Компостирование твердых отходов также является аэробным процессом.

Анаэробный процесс При анаэробной деградации глюкозы с образованием метана лишь 8 % энергии расходуется на прирост биомассы, 3 % составляют тепловые потери, 89 % переходит в метан:

Анаэробная деградация органических веществ при метаногенезе осуществляется как многоступенчатый процесс, в котором необходимо участие по меньшей мере четырех групп микроорганизмов: гидролитиков, бродилыциков, ацетогенов и метаногенов. В анаэробном сообществе между микроорганизмами существуют тесные и сложные взаимосвязи, имеющие аналогии в многоклеточных организмах, поскольку ввиду субстратной специфичности метаногенов их развитие невозможно без трофической связи с бактериями предыдущих стадий. В свою очередь, метаногены, используя вещества, образуемые первичными анаэробами, определяют скорость реакций, осуществляемых этими бактериями.

Преимущество анаэробного процесса заключается в относительно незначительном образовании микробной биомассы, возможности обработки концентрированных стоков, а также в образовании энергоносителя – метана. К недостаткам следует отнести невозможности удаления органических загрязнений в низких концентрациях, и для глубокой очистки анаэробную обработку следует использовать в комбинации с последующей аэробной стадией.

Выбор технологии и особенности обработки отходов определяются их физическим состоянием и содержанием органических загрязнений.

Читайте также: