Утилизация отходов биотехнологических производств реферат

Обновлено: 05.07.2024

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Содержание: 1 Введение

2 Экологическая биотехнология

3 Типы бытовых отходов

4 Проблема утилизации твёрдых бытовых отходов

5 Биологическая переработка промышленных отходов

5.1 Отходы молочной промышленности; сыворотка

5.2 Отходы целлюлозно-бумажной промышленности

5.3 Переработка отходов после очистки воды

5.3.1 Переработка ила

5.3.2 Ликвидация ила

6 Биодеградация отходов

6.1 Биодеградация ксенобиотиков в окружающей среде

6.2 Биодеградация нефтяных загрязнений

7 Ликвидация токсичных и опасных отходов

8 Компостирование органических отходов

10 Практическая часть

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.

С развитием индустриального общества набирает обороты проблема, связанная с отходами производства. В настоящее время как никогда актуальность приобретают проблемы, связанные с экологией, в частности — с отходами производств. Сейчас остро стоит вопрос массовой переработки вторичных отходов, что позволило бы сократить негативное воздействие человека на окружающую среду. В связи с вышесказанным, актуальным является внедрение малоотходных и безотходных технологий.

Ключевые слова: малоотходная технология, переработка отходов, биотехнология.

Малоотходная технология — это способ производства, обеспечивающий максимально эффективное использование сырья с минимумом отходов и потерь энергии [2]. Малоотходная технология подразумевает максимальное сокращение вредного воздействия на окружающую среду.

Безотходные и малоотходные технологии предполагают разработку таких технологических процессов, которые обеспечивают комплексную переработку сырья, что позволяет эффективно использовать природные ресурсы, попутно снижая их отрицательное влияние на экологические системы [3].

В соответствии с действующим в России законодательством предприятия, нарушающие санитарные и экологические нормы, не имеют права на существование и должны быть реконструированы или закрыты, т. е. все современные предприятия должны быть малоотходными и безотходными [10].

Таким образом, на биотехнологических производствах сейчас уже активно используются некоторые методы переработки отходов. На данный момент широкое распространение имеют следующие:

Компостирование. Компостирование подразумевает биологическое разложение органики в анаэробных или аэробных условиях. Органическая масса в отходах потребляется аэробными термофильными или мезофильными микроорганизмами и минерализуется до CO2, H2O, NH4.

Результатом компостирования является получение богатого гумусом качественного субстрата, который может быть использован для обогащения почвы [5].

Вермикомпостирование. Вермикомпостирование подразумевает разложение органических отходов с использованием червей и микроорганизмов с получением вермикомпоста.

За счет использования симбиоза червей с микроорганизмами, такой метод переработки обеспечивает более быстрое разложение. Черви увеличивают количество органического субстрата, который легче подвергается действию микроорганизмов [5].

Черви значительно освобождают органический субстрат от тяжелых металлов, так как могут аккумулировать их в себе. Это то, что в том числе отличает продукт компостирования и вермикомпостирования.

Не критичным, но все же минусом данной технологии можно считать отсутствие подтвержденных данных об удалении патогенов, что обусловлено отсутствием тепловой обработки.

Переработка в корм для животных. Отходы биотехнологических производств часто используются для обогащения корма для животных. Например, треть мицелиальных отходов продуцентов антибиотиков используется для кормления крупного рогатого скота. Тем не менее остальная часть утилизируется не совсем экологично — популярными методами являются слив в сточные воды, сжигание или образование отвалов. Такой подход является нерациональным по отношению к вторичному сырью, имеющему перспективу принести иную пользу, без вреда для экологического состояния окружающей среды [3].

Также на корм для животных идет пивная дробина и пивные дрожжи. Данные отходы богаты витаминами группы В, но в основном ценятся благодаря высокому содержанию ценного растительного белка. Также использование пивных дрожжей способствует профилактике заболеваний кожи животных [9].

Переработка вбиогаз. Данный процесс происходит с специальным резервуарах — метантенках с использованием активного ила [1]. Для получения биогаза органическое сырье помещают в условия, благоприятные для развития нескольких видов бактерий, которые в процессе жизнедеятельности выделяют метан.

Получение биогаза состоит из трех этапов, на каждом из которых используются разные виды микроорганизмов. Кислород для их жизнедеятельности не требуется, но имеет большое значение состав сырья и его консистенция, а также температура и внутреннее давление. Оптимальными считаются условия с температурой 40–60 °С при давлении до 0,05 атм. Загруженное сырье начинает вырабатывать газ после продолжительной активации, которая занимает от нескольких недель до полугода [2].

Производство этанола. Вторичные отходы производства — крахмал и глюкоза — могут быть переработаны в этанол методом гидролиза. Для этого используют спиртовое брожение, вызываемое ферментами. Важным является соблюдение анаэробных условий, так как при реакции с кислородом микроорганизмы, осуществляющие брожение, переключаются на другой тип метаболизма с изменением конечного продукта [3].
Сжигание. Сжигание — это процесс обработки отходов, в котором происходит утилизация органических материалов, содержащихся в мусоре [3].

Минусами данного метода являются неизбежный выброс углекислого газа, попадание в окружающую среду токсичных элементов (сера, азот, диоксины, фураны), а также проблемы с захоронением оставшихся после сжигания отходов.

Захоронение на свалках. Данный метод подразумевает закапывание отходов в землю. Несмотря на простоту данного вида утилизации, его стоит избегать ввиду сильного негативного влияния на окружающую среду. Отходы могут разлагаться и наносить вред природе. Также огромным минусом данного метода переработки являются слишком большие площади, занимаемые под полигоны [2].

Так как существующие методы переработки сырья в большинстве своем не являются малоотходными по ряду причин, остро стоит вопрос о внедрении в производство принципиально новых и более полных методов переработки сырья. Далее будут рассмотрены некоторые перспективные направления в развитии малоотходных технологий.

Использование мицелиальных отходов производства. Данные отходы могут быть переработаны полностью, а не частично, как в настоящее время поступают в большинстве случаев. Известен способ переработки мицелиальных отходов и отходов производства органических удобрений с получением антибиотикорезистентного компоста ускоренным методом.

Особенностью данного способа является максимально полная переработка отходов производства, в ходе которого получается чистый гумус. Более того, изобретение обеспечивает сокращение продолжительности компостирования и исключение попадание антибиотика и микроорганизмов компостной микрофлоры в окружающую среду [7].

Использование пивной дробины вкачестве источника энергии. Такой метод может позволить покрыть до 60 % потребности производства в энергии [9]. Получать энергию из пивной дробины можно несколькими способами: путем ее газификации, пиролиза, переработки на спирт, непосредственного сжигания или получения биогаза.
Переработка отходов винного производства. Отходы винного производства можно использовать в самых различных видах. Виноградные выжимки могут быть использованы для получения заменителя кофе. Данный способ включает в себя смешивание высушенных и измельченных виноградных выжимок с известным заменителем кофе — цикорием.

Также отходы винного производства можно использовать как субстрат для выращивания грибов вешенок. Виноградная выжимка обогащает кормовую белковую биомассу — грибы успешно поглощают лигнин и целлюлозу, привнесенные с отходами производства, и в конечном итоге накапливают больше белка.

Перспективным является получение из гребней винограда такого важного спирта, как ресвератрол. Его используют для профилактики сердечно-сосудистых заболеваний, а также для снижения уровня сахара в крови. Также перспективу имеет получение из виноградных семян фенольных соединений [6].

Использование отходов спиртового имукомольного производства для получения БАД. Данный метод подразумевает переработку отходов спиртового и мукомольного производства с помощью каротиноидных дрожжей и дрожжей-сахаромицетов. Использование в тандеме данных дрожжей позволяет на выходе получить более качественную биомассу, обогащенную каротиноидами, с повышенным содержанием белка и незаменимых кислот. [8].

В связи с тем, что население земли только растет, сокращать производство не представляется целесообразным. Но сокращать количество отходов производства — вполне выполнимая задача.

Именно поэтому внедрение малоотходных и безотходных технологий является важным направлением развития всех видов промышленных производств. Комплексный подход позволит максимально приблизиться к безотходности, что в перспективе не только сократит уровень загрязнения окружающей среды, но и станет источником принципиально новых методов получения необходимых для людей ресурсов.

2. Бойко, Н. И. Основные направления безотходных и малоотходных технологий / Н. И. Бойко, В. А. Одарюк., А. В. Сафонов. — Текст: непосредственный // Технологии гражданской безопасности. — 2015. — № 1. — С. 68–72.

3. Ветошкин, А. Г. Технологии защиты окружающей среды от отходов производства и потребления / А. Г. Ветошкин. — 2-е изд. — Санкт-Петербург: Лань, 2016. — 304 c. — Текст: непосредственный.

4. Долгов, А. Н. Основные экологические проблемы при утилизации отходов спиртового производства и пути их решения / А. Н. Долгов, Г. В. Агафонов, Н. В. Зуева. — Текст: непосредственный // Охрана окружающей среды. — 2014. — № 4. — С. 60–63.

6. Отходы виноделия — перспективное сырье для получения биологически активных веществ / М. Д. Назарько, М. В. Степуро, В. Н. Алешин, В. Г. Щербаков. — Текст: непосредственный // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. — 2011. — № 1. — С. 7–9.

8. Получение биологически активных добавок на основе обогащенной дрожжевой биомассы / Е. М. Серба, Е. Н. Соколова, Н. А. Фурсова, Г. С. Волкова. — Текст: непосредственный // Биотехнологические и микробиологические аспекты. — 2018. — № 2. — С. 74–78.

9. Руденко, Е. Ю. Нетрадиционные способы использования отходов пивоварения / Е. Ю. Руденко — Текст: непосредственный // Актуальные проблемы современной науки. — 2007. — № 5. — С. 138–140.

Основные термины (генерируются автоматически): окружающая среда, отход производства, винное производство, малоотходная технология, отход, переработка отходов, получение биогаза, мукомольное производство, органический субстрат, пивная дробина.

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.

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 [5].

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

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.

Биотехнология – это новый путь человечества к спасению природы.

2 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 [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]

Читайте также: