Биотехнология окружающей среды

АО «Казахский агротехнический  университет им.С.Сейфуллина.

 

        Кафедра-« Кафедра морфологии, микробиологии и биотехнологии.»

 

 

 

 

 

 

 

 

                       Самостоятельная работа студента  № 14

На тему: Биотехнология окружающей среды

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                 Выполнила студент 3 курса 308 группы 

                                                                                 специальности 5В0727 «ТПП»  

                                                                                             Маймакова Н.        

                                                    

                                                                                 Проверил: Кухар.Е.В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                     Астана 2011

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Биологическая очистка сточных вод.
2. Характеристика сточных вод. Аэробные и анаэробные процессы.
3. Микроорганизмы, участвующие в деструкции загрязнителей.
4. Биологическая переработка твердых отходов, получение биогаза.
5. Биотехнология преобразования солнечной энергии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сточные воды. Очень часто деятельность людей приводит к ухудшению свойств используемых ими атмосферных осадков (а также воды в любых других её проявлениях). Такие воды, управляемые с помощью систем канализаций, получили название сточных. Канализации позволяют удалять их с территории жилых поселений, а также промышленных предприятий, в различные водные резервуары. Загрязнение может быть вызвано в основном присутствием минеральных примесей или органическим в различном процентном соотношении. Доля преобладающего вещества ложится в основу классификации сточных вод. Также дифференцировка может осуществляться в зависимости от концентрации загрязнителей, их свойствам и характеру воздействия, токсичности и ряду других параметров.

Сточные воды могут быть классифицированы по следующим признакам:

по источнику происхождения:

-производственные (промышленные) сточные воды (образующиеся в  технологических процессах при  производстве или добыче полезных  ископаемых), отводятся через систему  промышленной или общесплавной  канализации

-бытовые (хозяйственно-фекальные)  сточные воды (образующиеся в  жилых помещениях, а также в  бытовых помещениях на производстве, например, душевые кабины, туалеты), отводятся через систему хозяйственно-бытовой  или общесплавной канализации

-поверхностные сточные  воды (делятся на дождевые и  талые, то есть образующиеся  при таянии снега, льда, града), отводятся как правило через систему ливневой канализации. Так же могут называться «ливневые стоки»[1]

по составу загрязнителей на:

-загрязнённые по преимуществу минеральными примесями

-загрязнённые по преимуществу органическими примесями

-загрязнённые как минеральными, так и органическими примесями

по концентрации загрязняющих веществ:

-с содержанием примесей 1—500 мг/л

-с содержанием примесей 500—5000 мг/л

-с содержанием примесей 5000—30000 мг/л

-с содержанием примесей  более 30000 мг/л

по свойствам загрязнителей

по кислотности:

-неагрессивные (pH 6,5—8)

-слабоагрессивные (слабощелочные  — pH 8—9 и слабокислые — pH 6—6,5)

-сильноагрессивные (сильнощелочные  — pH>9 и сильнокислые — pH<6)

по токсическому действию и действию загрязнителей на водные объекты:

-содержащие вещества, влияющие  на общесанитарное состояние водоёма (напр., на скорость процессов самоочищения)

-содержащие вещества, изменяющие  органолептические свойства (вкус, запах и др.)

-содержащие вещества, токсичные  для человека и обитающих в  водоёмах животных и растений

Очистка сточных вод. Определённые операции позволяют вторично использовать сточные воды в хозяйственной деятельности человека. Для этого проводится их очищение, позволяющие разрушить отравляющие их загрязнители либо удалить из состава. На данный момент известно четыре основных метода:

-Механический, обеспечивающий  успешную борьбу с нерастворимыми  примесями посредством их фильтрования  и отстаивания;

-Биологический, в ходе  применения которого осуществляется деятельность поглощающих вредные примеси микроорганизмов;

-Химический, с помощью которого из вод выделяются растворимые неорганические примеси

-Физико-химический, используемых  для борьбы с частицами различной  дисперсии и растворёнными соединениями.Также широко распространено применение различных сочетаний данных методов.

Биологический метод очистки  сточных вод. На сегодняшний день одним из наиболее эффективных методов очистки сточных вод считается биологический. Его применение позволяет произвести минерализацию загрязнителей, удалить органических азота и фосфора. Растворённые в воде органические соединения в результате деятельности различных микроорганизмов-сапробионтов разлагаются на компоненты, оказывающиеся безвредными для человека.К числу достоинств данного метода относят не только высокую эффективность, но также и максимально возможную степень очистки, а также отсутствие недостатков, характеризующих другие подходы (например, свойственный химической очистке неприятный запах), безопасность и экологичность.

Этапы биологической очистки сточных  вод. уть процесса биологической очистки сточных вод сводится к прохождению следующих трёх шагов:

1.В отстойник из жилых  домов попадает загрязнённая  вода. В резервуаре она подвергается  сбраживанию. Также здесь происходит  частичное отстаивание (в условиях  среды с отсутствием кислорода,  дающей возможность функционирования  для анаэробных бактерий), в результате  чего происходит образование  осадка. На этом этапе удаляются  содержащиеся в воде помимо  растворённых органических примесей  различные смолы, масла, взвешенные  вещества.

2. В следующий резервуар,  систему почвенной фильтрации, поступает  уже осветлённый сток, подвергающийся  дополнительной очистке. Эта установка  является устройством, предназначенным  для анаэробного брожения жидких  органических отходов, в результате  которого происходит образование  метана.Работа анаэробных микроорганизмов позволяет добиться 50-65% очистки сточных вод.

3. На завершающем этапе  степень очистки достигает значений, соответствующих санитарным нормам  – 95%. Здесь используется работа  аэробных микроорганизмов, а также  активный ил, содержащийся в среде,  насыщенной кислородом. Пневматические  аэраторы подают дополнительный  воздух, за счёт чего происходит  перемешивание сточной воды с  активным илом и насыщение  её кислородом, что позволяет  вступить в действие микроорганизмам.Активный ил в последствии либо удаляется, либо возвращается в установку для дальнейшего использования.

Ограничения применения биологического метода очистки сточных вод.Использование микроорганизмов при использовании биологического метода очистки сточных вод обуславливает ряд требований, которые необходимо соблюдать при его применении. Так, например, следует учитывать чувствительно аэробных микроорганизмов к залповому потоку воды.Кроме того, бактерии реагируют на холод, поэтому установки, использующиеся для очистки, должны обладать устойчивым к воздействию отрицательных температур корпусом.

 Следует отметить, что  в зависимости от степени загрязнённости  воды в ней функционируют различные  сапробионты. Всего известно три  вида микроорганизмов этого типа:

- полисапробы – их среда обитания сильно загрязнена. Характерно наличие белков, полипептидов, большого количества углеводов, низким содержанием кислорода. В воде накапливается сероводород, углекислый газ, метан.

-мезасапробы – живут в воде средней степени загрязнённости. В их среде обитания присутствует свободный кислород, а также нитраты и нитриты – продукты окисления. Нет неразложившихся белков.

-олигосапробы – вода, в которой можно встретить данные организмы, характеризуется слабой степенью загрязнённости. Нет сероводорода, мало угольной кислоты, кислород – в растворённой форме.

. Аэробные и анаэробные процессы. В соответствии с двумя главнейшими типами микроорганизмов — аэробами и анаэробами различают и два основных типа разложения органических веществ: аэробный и анаэробный. Аэробный процесс разложения вызывается жизнедеятельностью грибной микрофлоры и аэробных бактерий, анаэробный процесс — жизнедеятельностью анаэробных бактерий. Разложение органических веществ в зависимости от окружающих условий протекает неодинаково: в аэробных условиях оно идет быстро, в анаэробных — медленно. Аэробные процессы происходят  преимущественно в верхних слоях водоема за счет растворенного в воде кислорода. Анаэробные процессы происходят в слоях, составляющих дно водоема, куда кислород воздуха не поступает.

Микроорганизмы, участвующие в  деструкции загрязнителей. Биоразрушение (биодеградация) – это преобразование сложных веществ с помощью биологической активности. Это обширное понятие включает три более узеньких процесса: 1) трансформацию, либо незначительные конфигурации молекулы; 2) фрагментацию, либо разложение сложной молекулы на более обыкновенные соединения и 3) минерализацию, либо перевоплощение сложного вещества в самые обыкновенные (Н2О, СО2, Н2, NH3, CH4 и т.Д.). Представители микробов относятся к разным родам Грам-отрицательных и Грам-положительных аэробных и анаэробных организмов. Из более принципиальных аэробных Грам-отрицательных микробов следует отметить виды родов Pseudomonas, Sphingomonas, Burkholderia, Alcaligenes,

Acinetobacter, Flavobacterium, метанокисляющие и нитрифицирующие бактерии, а из Грам-положительных – представителей родов

Arthrobacter, Nocardia, Rhodococcus и Bacillus.Только немногие микроорганизмы, способные к биодеструкции ароматических соединений, выделены в виде незапятнанных культур. Это Pseudomonas sp., Thauera aromatica, T. chlorobenzoica, Desulfobacterium anilini, Azoarcus evansii, Magnetospirillum sp., Delftia acidovorans, Rhodopseudomonas palustris, Syntrophus gentinae и S. buswellii. Существенно больше сведений о биодеградации таковых соединений анаэробными микробными обществами. В метаногенных условиях конечные стадии биодеструкции представлены археями родов Methanobacterium, Methanospirillum,

Methanosarcina, Methanosaeta.

Биодеструкция поверхностно-активных веществ типа алкилбензолсульфонатов, имеющих в алкильной цепи от одного до трех атомов углерода, начинается с сульфонатной группы, а у соединений с большим числом атомов – с боковой цепи. В аэробных условиях такие соединения распадаются бактериями и грибами, способными к деструкции ароматических соединений. В отсутствие кислорода разрыв C-S-связи сульфоароматических соединений могут проводить бактерии с бродильным типом метаболизма. Процессы анаэробной деградации алкилбензолсульфонатов эффективней идут в обществе, содержащем микроорганизмы родов Clostridium,Desulfovibrio,Methanobacterium,Methanosarcina.

Биологическая переработка  твердых отходов. Особенно трудной проблемой являются твёрдые отходы , которые представляют собой крайне нестабильную неконтролируемую смесь бумаги, картона, пищевых остатков, пластмассы, резины, стекла, строительного мусора, металлов, батареек и другого. Существует два основных метода переработки ТБО: механико-биологический и термический

К механико-биологическим  методам относятся: компостирование  отходов после предварительной  сортировки: механизированная сортировка, сушка и уплотнение отходов для  экологически безопасного их захоронения  на специальных полигонах; сортировка отходов, производимая в основном населением, и распределение их (стекла, металла, полимеров, бумаги) по предприятиям переработки  вторичных материалов.

 

Термические методы включают: сжигание отходов, преимущественно  их бумажно-полимерных компонентов, которое  производится в установках с колосниковыми  решётками или в топках с кипящим  слоем; пиролиз, представляющий высокотемпературное  разложение отходов (выше 600 градусов) без доступа кислорода во вращающихся  трубчатых печах с получением полукокса и горючего газа; газификация  отходов, позволяющая преобразовывать  их органическую часть в синтез-газ, который применяют для химического  синтеза; комбинированные термические методы, сочетающие полукоксование с последующим сжиганием.

Биогаз — газ, получаемый водородным или метановым брожением биомассы. Метановое разложение биомассы происходит под воздействием трёх видов бактерий. В цепочке питания последующие бактерии питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих. Первый вид — бактерии гидролизные, второй — кислотообразующие, третий — метанообразующие. В производстве биогаза участвуют не только бактерии класса метаногенов, а все три вида.

Перечень органических отходов, пригодных для производства биогаза: навоз, птичий помёт, зерновая и меласная послеспиртовая барда, пивная дробина, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки, каныга), трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов — соленая и сладкая молочная сыворотка, отходы производства биодизеля — технический глицерин от производства биодизеля из рапса, отходы от производства соков — жом фруктовый, ягодный, овощной, виноградная выжимка, водоросли, отходы производства крахмала и патоки — мезга и сироп, отходы переработки картофеля, производства чипсов — очистки, шкурки, гнилые клубни, кофейная пульпа.Кроме отходов биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур, например, из силосной кукурузы или сильфия, а также водорослей. Выход газа может достигать до 300 м³ из 1 тонны.