І. Молочна промисловість:

Отримує багато сироватки. Наприклад, при виробництві сиру, переробці молока отримують лактозу та білок, які висушують і використовують як домішку до кормів тварин, але ці домішки не є стандартизованими і кожна партія містить свій компонентний склад. Але є більш ефективні методи переробки таких відходів: на першому етапі виділяють білки (осадження), в подальшому їх гідролізують – отримання білкових концентратів. Рідина, що залишилась після осадження містить до 50 г/л лактози. Є багато мікроорганізмів здатних утилізувати лактозу. В розчині, що лишається міститься ще багато вітамінів і корисних для мікроорганізмів ферментів. Якщо додати до молочної сироватки молочнокислі бактерії та ще деякі елементи, то можна отримати молочну кислоту. Молочна кислота може бути використана в якості джерела вуглецю при виробництві етилового спирту, а також біомаса клітин може бути використана як самостійний компонент.

В процесі ферментації можуть бути отримані сполуки (сироватка), які можуть бути використані в хімічній промисловості (виробництво етанолу).

Також, лактоза, яка отримана як побічний продукт в молочній промисловості, може бути перероблена у більш солодкий сироп і використана в харчовій промисловості (дріжджі – мутанти при утилізації лактози, розщеплюють її з утворенням глюкози).

ІІ. Виробництво барвників:

При виробництві барвників у хімічній промисловості утворюється багато відходів, які містять токсичні речовини. Основний компонент стоків азобарвник, який є токсичним, а також стоки містять багато Cr, P. Азобарвники можуть утилізувати ті мікроорганізми, які містять відповідні ферментні системи (азоредуктази, замкнені локальні системи – p. Pseudomonas, p. Flavobacterium – 700-800 мг/л) в аеробних умовах. Такі мікроорганізми можуть бути використані в якості біомаси, при виробництві біопалива, в процесі утилізації можуть утворюватися вітаміни групи В.

ІІІ. Целюлозно – паперова промисловість:

Великі об’єми виробництва, а отже і велика кількість відходів. Основний компонент у стоках – лігнін, цукрин, оцтова кислота, метанол, які утворюються в процесі варки деревини на 1 етапі виробництва. Для утилізації отримують біомасу дріжджів. В результаті отримують біомасу дріжджів, БВК, спирт. Також використовують гриби, які мають системи руйнування деревини, які в подальшому використовують для отримання харчового грибного білку (p. Sporotrishum, p. Paecilomyces).

IV. Складні системи для очистки:

Отримують в хімічній промисловості, де утворюються газоподібні відходи (переробка нафти, целюлозно – паперова промисловість, виробництво сірки – тіосульфат, сірководень). Для утилізації сполук сірки використовують мікроорганізми р. Tiobacillus, які здійснюють процес десульфурування в анаеробних умовах. Одним із методів очистки відходів від сірководню є пропускання газового компоненту через сольовий розчин (в результаті нерозчинний сульфід осаджується, а мікроорганізми р. Tiobacillus здатні із твердого стану утилізувати сірку, переводять її в розчин і в подальшому хімічними чи електрохімічними шляхами виділяють або саму сірку, або компоненти сірки. Як результат виділення і очистка металічної сірки). Диметилсульфід, який міститься у викидах, має неприємний запах і є токсичним елементом. Мікроорганізми р. Hiprobacterium окислюють цю сполуку. Вони можуть знаходитися або в іммобілізованому стані або в реакторі, куди подаються відходи, або пропускають через сольові розчини з відповідними культурами. Одним із компонентів відходів, який є складним для утилізації є ціанід, який є отрутою. Утилізацію його здійснюють мікроорганізми р. Bacillus, р. Stearothermophilus, які містять фермент роданаза. В процесі катаболізму ціанід перетворюється в тіоцианат, який є нетоксичним. Також за допомогою грибних культур (специфічний фермент ціанідгідротази) відбувається утилізація ціаніду, остаточним продуктом розкладу буде формамід, який є корисним продуктом для хімічної промисловості. Також проблемою утилізації є пластик, але в той же час проблемою є його корозія (труби, які містять пластик).

Отримання енергії

На Землі з кожним роком все більшою проблемою є тепловий ефект – парниковий. Земля отримує 5*10⁹ кал/рік тепла, а людина споживає 1/20000 частину тепла Сонця, що потребує. Це співвідношення є основою для розвитку отримання енергії Сонця, оскільки запаси Землі з часом вичерпаються (через 40-50 рр запаси нафти і газу будуть вичерпані, а 200 років – межа вичерпання всіх ресурсів). Енергію також накопичують рослини, трансформуючи енергію сонця в енергію біохімічних зв’язків. Сонячні батареї не є продуктом біотехнології.

Джерела енергії отримані біотехнологічним шляхом:

Біогаз – в основі його є метан (СН₄ ~70%), утворюється при анаеробній переробці відходів і біомаси, рідке паливо (етиловий спирт і його суміші), молекулярний водень (є абсолютним паливом, бо має 100% ККД при використанні – утворюється як супутній продукт при біотрансформації субстратів бактеріями р. Acetobacter).

Біогаз:

Це газ, який складається із ±70 % метану, 30 % вуглекислого газу, а також домішки (декілька відсотків сірководню, водню, азоту). Взагалі біогаз є газом, який утворюється в результаті біологічної переробки відходів, біомаси, різноманітних субстратів. 1 т відходів (рослинної сировини)~600 м³ біогазу, а 1 м³ біогазу~1 кВт/год електроенергії (тобто є в 5 разів дешевше, ніж виробництво керосину і в 2 рази дешевше добування 1 кг вугілля). Дуже поширеним виробництво біогазу було в 30-40 рр в Китаї та Індії, вже в 80 рр в Китаї налічувалось 7 млн невеликих біореакторів в сільській місцевості (в них здійснювалась переробка с/г відходів). Виробництво біогазу є досить поширеним в США при переробці сміття (особливо у великих містах).

Біогаз утворюється при анаеробній переробці відходів в метантенках (органічні речовини перетворюються в метан і вуглекислий газ). Анаеробна деструкція йде в 2 етапи: 1. етап – кислотогенний (зрошування моноцукрів з утворенням летючих жирних кислот, вуглекислого газу і водню) – етап дезамінування і повного розкладу білкових речовин з утворенням аміаку і жирних кислот. Асоціації мікроорганізмів, які при цьому використовують є загальностандарними за деяким виключенням – E. coli, p. Streptococcus, p. Enterobacter. 2. етап – метаногенний (безпосередній синтез метану). Оскільки кількість органічних речовин, які перетворюються в результаті трансформації, є продуктами для попереднього етапу мікроорганізмів, то частина їх переходить в склад цієї біомаси (бактерії р. metanobact., p. metanosarcina, p. metanomonus, p. pseudomonus). Оптимальне значення рН=7-8, вирощування мікроорганізмів як мезофільних так і в термофільних умовах. Об’єми виробництва розпочинаючи від декількох м³ до декількох 1000 м³. Швидкість переробки субстрату в термофільних умовах в 2-3 р. більша, ніж в мезофільних. Декілька м³ субстрату в термофільних умовах перероблюється ~10 діб, а в мезофільних до 30 діб. Такий реактор містить мішалку і та 1 етапі періодично перемішує. Система може працювати в безперервному режимі за рахунок постійного внесення свіжих компонентів. На культури мікроорганізмів може негативно вплинути великий обсяг субстрату – подавляє їх. Мікроорганізми не встигають перероблювати субстрат (в такому випадку асоціації вносять штучно). Також необхідно контролювати рН (оптимальне значення рН для росту метанобактерій – 7-8). Ефективність процесу також залежить від близькості місць утворення сировини. Прикладом ефективного отримання біогазу є переробка сміття (звозиться на сховища біля міст, звалюється у траншеї, борти, об’єми яких можуть сягати декількох тисяч м³. Вся ця маса утрамбовується, замазується по типу глини або заасфальтовується на час процесу бродіння. Для 1 етапу подається повітря та асоціації мікроорганізмів, після цього конструкція герметично закривається і створюються анаеробні умови. Після цього розраховують час культивування, роблять декілька відводів в які вставляють труби по яким газ йде в збірники, а з них до споживача). Використовують в цивілізованих державах, де сміття сортується.