Современные биотехнологии охраны окружающей среды

Содержание: 

Введение 

1) Понятие биотехнология. 

2) Современные биотехнологии охраны окружающей среды. 

2.1) Утилизация и переработка органических промышленных, бытовых и сельскохозяйственных отходов. 

2.2) Биологическая рекультивация. 

2.3) Биотехническая очистка почв от нефти и нефтепродуктов. 

2.4) Биотехнология очистки выбросов в атмосферу. 

Заключение. 

Список использованных источников. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

В настоящее  время человечество стоит перед  проблемой экологического кризиса, т.е. такого состояния среды обитания, при котором вследствие произошедших в ней изменений среда обитания оказывается непригодной для жизни людей. Экологический кризис - это напряженное состояние взаимоотношений между человеком и природой, характеризующееся несоответствием развития производительных сил и производственных отношений в человеческом обществе ресурсно-экологическим возможностям биосферы. Загрязнением окружающей среды называется поступление или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических, биологических или информационных агентов, приводящее к отрицательным последствиям. Загрязнение природной среды может возникнуть как в результате воздействия природных, естественных факторов, так и в результате хозяйственной деятельности человека. Примерами антропогенных загрязнений являются аварии и катастрофы на промышленных объектах, с выбросом радиоактивных, химических и биологических веществ. Не менее значительными и опасными являются загрязнения, связанные с обычной хозяйственной деятельностью, с работой предприятий, транспорта и т.д. Загрязнения делят на следующие группы: физические, химические, физико-химические, биологические. В России за последние несколько десятилетий в условиях ускоренной индустриализации и химизации производства подчас внедрялись экологически «грязные» технологии. При этом недостаточно внимания уделялось условиям, в которых будет жить человек, т.е. каким воздухом он будет дышать, какую воду он будет пить, чем он будет питаться, на какой земле жить. [1, с.8] Большие перспективы в области охраны окружающей среды и рационального природопользования имеют достижения биотехнологии. 
 

1. Биотехнологии. 

Впервые термин "биотехнология" применил венгерский инженер Карл Эреки в 1917 году. Биотехнология - это интеграция естественных и инженерных наук, позволяющая наиболее полно реализовать возможности живых организмов или их производные для создания и модификации продуктов или процессов различного назначения. Биотехнология - это производство, основанное на последних достижениях современной науки: генной инженерии, физико-химии ферментов, молекулярной диагностики, селекционной генетики, микробиологии, химии антибиотиков, комбинаторной химии. [2, с.3] Чаще всего применяется в медицине, пищевой промышленности, также для решение проблем в области энергетики, охране окружающей среды. Современные биотехнологии защиты окружающей среды, основаны на применении биопрепаратов, в состав которых входят разнообразные бактерии (микроорганизмы), способные разлагать различные органические вещества, в том числе и те, которые загрязняют окружающую среду. Микроорганизмы - это удивительные создания природы, обладающие уникальными свойствами. Они - самые многочисленные обитатели нашей планеты. Среда обитания микроорганизмов охватывает весьма широкие зоны биосферы, зачастую с экстремальными условиями обитания, где не могут развиваться ни растения, ни животные. Их повсеместное распространение обусловлено небольшими размерами, позволяющими легко переноситься с потоками воды и воздуха, а также высокой устойчивостью к экстремальным факторам среды. Обладая высокой химической активностью, они способны к разложению органических веществ как природного, так и антропогенного происхождения. Именно на этих уникальных свойствах микроорганизмов базируется применение биотехнологии, как эффективного способа защиты и восстановления окружающей среды. Например, достижения биотехнологии позволяют разработать и создать микробные препараты для регуляции круговорота веществ в экосистемах, что позволяет решать ряд прикладных задач: биологическая очистка природных сточных вод от органических и неорганических загрязняющих веществ; утилизация твердой фазы сточных вод и твердых бытовых отходов путем сбраживания; микробное восстановление почв, в первую очередь, органическими веществами; использование микроорганизмов для нейтрализации тяжелых металлов в осадках сточных вод и загрязненных почвах; ликвидация разливов нефти и нефтепродуктов; компостирование (биологическое окисление) отходов растительности (опад листьев, соломы и др.); создание биологического активного сорбирующего материала для очистки загрязненного воздуха. [3, с.111] По имеющимся оценкам, рынок продуктов, изготовленных в развитых странах при помощи биотехнологий, составил к 2000 году 142,5 млрд. долл. и возрос по сравнению с 1985г. в 38 раз. При этом более половины всей продукции (52,5%), произведенной с помощью биотехнологий, получено к 2000 году для производства энергии, восстановления потребительских свойств сырья и улучшения состояния окружающей среды. Поскольку многие биотехнологические процессы осуществляются в естественных условиях, это обеспечивает значительную экономию энергии и других затрат. В результате их применения образуется меньше побочных продуктов и отходов, что делает производство более эффективным и благоприятным для окружающей среды. 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Современные биотехнологии  охраны окружающей  среды. 

Благодаря достижениям  современных учёных (микробиологов, экологов, биохимиков) биотехнология  успешно применяется и справляется  с важными экологическими проблемами. Хочу привести ряд примеров применения современных биотехнологий, используемых для охраны окружающей среды. 

2.1 Утилизация и переработка  органических промышленных, бытовых и сельскохозяйственных  отходов. 

Одной из острейших  проблем современной науки и  практики является утилизация и переработка органических промышленных, бытовых и сельскохозяйственных отходов, которые не вписываются в естественный биологический круговорот, вследствие чего приводит к загрязнению воздуха, воды, почвы и отрицательно сказывается на здоровье человека. Вермикультура (от латинского vermi - червь) - использование дождевых червей для переработки органических отходов - является одним из перспективных направлений биотехнологии. В настоящее время преобладающей тенденцией является культивирование красного калифорнийского червя - выведенной селекционным путем линии навозного червя, которая отличается значительной плодовитостью, утратой инстинкта покидания своего местообитания при неблагоприятных условиях среды, высокой степенью адаптации к переработке специфических видов отходов. Таковыми могут служить различные субстанции органического происхождения, например навоз и помет сельскохозяйственных животных, отходы мясокомбинатов, рыбоперерабатывающей, целлюлозной промышленности, овощей и фруктов, бумага, картон, опилки, осадки городских и производственных очистных станций. В соответствии с технико-экономическим обоснованием и типовым проектом на одной из животноводческих ферм Одесской области создан биотехнологический комплекс по переработке органических отходов, анализ работы которого показал его высокую технологичность и экологическую значимость. Совместно с Инженерной Академией Украины академиком А.А. Клименко разработан контейнерный биомодуль по производству органических удобрений (биогумуса) и белковых кормовых добавок (биодобавок) для агропромышленного комплекса. Биомодуль представляет собой стандартный 40-футовый теплоизолированный контейнер, который при необходимости может транспортироваться от одного предприятия к другому и устанавливаться на съемной жесткой раме, что не требует подготовки фундамента. Технологический процесс осуществляется работой 5-и самостоятельных блоков: вермикультуры, операторский, обеспечения микроклимата, подготовки готовой продукции (биогумуса и белковых кормовых добавок), электро- и водоснабжения. Технико-экономическое обоснование проекта свидетельствует, что эксплуатация одного биомодуля в течение месяца позволяет обеспечить утилизацию 30 тонн органических отходов, в том числе, илов станций биологической очистки городских стоков, и получить 18 тонн биогумуса и 3 тонны белковых кормовых добавок. Преимущества предлагаемой разработки состоят в экологической чистоте (безотходность производства), высокой эффективности. Анализ мирового опыта вермикомпостирования органических отходов различного происхождения свидетельствует о реальной, технологически обоснованной возможности устранения критической антропогенной нагрузки на окружающую среду наряду с производством экологически чистых органических удобрений и кормового белка. 
 
 
 

2.2 Биологическая рекультивация. 

Биологическая рекультивация заключается в  искусственном создании растительных покровов различного вида и включает механическую подготовку поверхностного слоя почвы, внесение в нее удобрений, посев многолетних трав. Механическая обработка нарушенных земель заключается в рыхлении поверхностного слоя участка на глубину не менее 0,2 м. Для повышения плодородия обработанного слоя вносят минеральные и органические удобрения. Засеивать участки следует многолетними травами семейства злаковых. В качестве стимуляторов роста рекомендуется применять сложные удобрения, в состав которых входят азот, фосфор и калий. При биорекультивации используются микроорганизмы, разрушающие нефть и нефтепродукты, а также биокомпосты и нефтесорбенты. В качестве доступного сорбента могут быть использованы отходы рисозаводов. Рисовая шелуха - легко доступный и перспективный сорбент. В связи с этим представляют интерес разнообразные растительные отходы сельского хозяйства, пищевой и деревообрабатывающей промышленности (лом древесноволокнистых плит, опилки, шелуха овса, гречки, куриные перья и др.), поскольку они являются весьма дешевыми, доступными и распространенными сорбентами. 

1. Преимущество - экологическая безопасность. Поэтому  предлагаемый метод, не требующий энергетических затрат, оборудования, технологических установок, является более перспективным. 

2. Рисовая шелуха, будучи кремнийорганическим полимером  растительного происхождения, не  горит, не гниет и непригодна  для корма скота, поэтому ее  использование в качестве биокомпоста, необходимого для биодеградации нефтепродуктов, существенно снижает загрязнение окружающей среды вблизи рисоочистительных заводов

2.3 Биотехническая очистка  почв от нефти  и нефтепродуктов. 

Добыча природных  ископаемых, нефти сопряжена с разрушением почвенного покрова и загрязнением природных ландшафтов, что связано с использованием большегрузной техники и неизбежным попаданием на землю нефти, нефтепродуктов и сопутствующих вредных веществ. Интенсивное использование нефтепродуктов в промышленности также вызывает экологические проблемы, связанные с загрязнением почвы и воды. Загрязнение почвы и водоемов любыми типами нефтепродуктов является настоящей экологической катастрофой экосистемы: меняются соотношения между отдельными группами микроорганизмов, изменяется направление метаболизма, подавляются жизненно важные процессы дыхания и самоочищения. Отравленные нефтью почва и вода практически не способны самостоятельно очиститься от нефтяного загрязнения - естественное разложение нефти и нефтепродуктов в обычных условиях происходит крайне медленно т.к. повышенные концентрации углеводородов подавляют всякую самоочищающую активность почвы и воды, в экосистеме накапливаются трудноокисляемые продукты, серьезно препятствующие самоочищению и самовосстановлению. Что же делать, если разлив нефти все-таки случился? Каким образом очистить и оживить природу, подвергшуюся нефтяному удушью? Восстановление жизненных процессов зависит от способностей почвы и воды перерабатывать органику (к каковой относятся углеводороды нефти) в безвредные для окружающей среды легкоусвояемые продукты метаболизма. Как уже упоминалось, нефть и ее продукты, являясь тяжелыми, трудно-окисляемыми, и токсичными веществами, серьезно подавляют самоочистительные способности почвы и воды - места нефтяных разливов на многие годы остаются участками безжизненной суши или мертвыми водоемами. И все же, процессы разрушения и разложения нефтяных загрязнителей в природе идут - в основном за счет содержащихся в почве и воде микроорганизмов обладающих способностью извлекать из углеводородов энергию необходимую для строительства новых колоний и их жизнедеятельности. Природа создала мудрую экологичную систему, настроенную на самоочищение, которая, однако, не в состоянии противостоять темпам и масштабам интенсивного техногенного загрязнения - естественные концентрации полезных микроорганизмов в природе не могут быстро переработать масштабные и глубокие загрязнения. Современные же темпы развития нефтедобычи и нефтепереработки требуют эффективных методов, позволяющих в короткие сроки нейтрализовать последствия воздействия на почву и водоемы нефти, мазута, солярки, дизтоплива, бензина. 

Задача многократной активизации и ускорения процессов  биологического разрушения углеводородов  нефти в воде и почве, блестяще решена разработчиками средства биологической очистки почвы и воды Микрозим (tm) Петро Трит. Внесение в загрязненный нефтью участок почвы или воды специально выделенных из почвы и селекционированных микроорганизмов размноженных в форме готового к использованию биопрепарата, обеспечивает интенсификацию микробиологической активности почвы и воды по разрушению углеводородов нефти в десятки раз, что позволяет в предельно сжатые сроки нейтрализовать нефть как опасный загрязнитель, превратив ее в безвредные для окружающей среды продукты жизнедеятельности бактерий - СО2, Н2О, летучие вещества. С уменьшением в почве и воде концентрации нефтяных углеводородов интенсифицируется самоочищение - увеличение численности физиологических групп полезных микроорганизмов, что связано со снижением токсического действия нефти и нефтепродуктов. Как показывают многочисленные исследования по изучению влияния биопрепарата на почвенные процессы, применение микроорганизмов многократно интенсифицирует метаболизм нефтезагрязненных почв, сокращая время полного разложения нефти на безопасные для окружающей среды вещества до нескольких месяцев. 

Средство биологической  очистки почвы и водоемов Микрозим (tm) ПЕТРО ТРИТ сочетает в себе биологические  и биохимические методы интенсификации самоочистки нефтезагрязненных  почв и водоемов и представляет собой комплексный биодеструктор углеводородов нефти. В препарате присутствуют 12 уникальных штаммов углеводородокисляющих микроорганизмов, эффективно использующих углеводороды нефти в качестве источника энергии жизнедеятельности и выполняющих основную функцию переработки нефти в безвредные для окружающей среды вещества, а также комплекс минеральных солей и уникальный набор микробных ферментов, необходимых для многократного ускорения микробиологической активности. В процессе жизнедеятельности комплекс микроорганизмов, стимулируемый питательными элементами и ферментами, синтезирует собственные ферменты и био-ПАВ, которые с высокой эффективностью расщепляют нефть, что облегчает ее дальнейшее усвоение микроорганизмами. В результате тяжелый и токсичный загрязнитель, которым является нефть, превращается в воду, углекислоту и нетоксичные биоразложимые вещества, не препятствующие дальнейшим процессам самоочистки и почвообразования. Насколько же эффективно данное средство? Многократные испытания показывают, что по критерию максимального микробиологического усвоения углеводородов эффективность очистки в течение первых 14 суток после первой обработки почвы биопрепаратом составляет 50%, до 85% в течение первого месяца обработки, и до 98% в течение одного месяца после повторной обработки. При этом значительно активизируются процессы самоочищения почвы и полностью восстанавливается норматив кислородного режима почвы уже в течение первых 10-14 суток. При расходе биопрепарата 7 килограммов на 1 тонну нефти, микроорганизмы биопрепарата сохраняют высокую усваивающую активность до потребления 90-95% углеводородов нефти. Первая обработка почвы биопрепаратом снижает концентрации нефти или нефтепродуктов на 80-85% в течение 1-1,5 месяца, повторная обработка снижает содержание углеводородов нефти в почве на 97% - 99%. При этом не требуется внесения минеральных удобрений биопрепарат уже содержит специальный комплекс минеральных солей.