66. Биотехнологии, используемые в охране окружающей среды.

Биотехнологии- использование живых организмов и биологических процессов в производстве. Объекты: Вирусы, бактерии, грибы, водоросли, клетки высших растений, клетки животных. Культура тканей и клеток высших растений. Культуры клеток животных и человека Главная особенность: процессы протекают при температуре и давлении, близким к обычным, не требуя высоких энергетических затрат, получая поэтому высокую экономическую эффективность. Применительно к охране окружающей человека природной среды биотехнологию можно рассматривать как разработку и создание биологических объектов, микробных культур, сообществ, их метаболитов и препаратов путем включения их в естественные круговороты веществ, элементов, энергии и информации (В. П. Журавлев и др., 1995). Биотехнол при решении следующих прикладных вопросов: — утилизации твердой фазы сточных вод и твердых бытовых отходов с помощью анаэробного сбраживания; — биологической очистки природных и сточных вод от органических и неорганических соединений; — микробного восстановления загрязненных почв, получения микроорганизмов, способных нейтрализовать тяжелые металлы в осадках сточных вод; — компостирования (биологического окисления) отходов растительности (опада листьев, соломы и др.); —- создания биологически активного сорбирующего материала для очистки загрязненного воздуха.

67. Биореакторы и их использование в промышленной экологии.

Биореакторы- устройства для проведения биохимических реакций с использованием биокатализаторов. Биореакторы предназначены для культивирования микроорганизмов, накопления биомассы, синтеза целевого продукта. Ферментеры – это вертикальные ёмкости различной вместимости (малые - от 1 до 10 л, многотоннажные - более 1000 л) с минимальным числом штуцеров и передающих устройств. В биореакторах должны быть обеспечены оптимальные гидродинамические и массообменные условия. Ферментеры снабжены паровой рубашкой, мешалками, барботерами, стерилизующими воздушными фильтрами, отбойниками, обеспечивающими необходимые температурный, газовый режим, гидродинамическую обстановку в биореакторе (т.е. процессы массо- и теплообмена). Биореакторы подразделяют на три основные группы: 1) реакторы с механическим перемешиванием; - чаще всего, воздух подают через кольцо 2) барботажные колонны, через которые для перемешивания содержимого пропускают воздух; 3) эрлифтные реакторы с внутренней или внешней циркуляцией; - более интенсивное перемешивание Перемешивание и циркуляция культуральной среды в них обеспечивается потоком воздуха, за счет которого между верхним и нижним слоями культуральной среды возникает градиент плотности.

68. Механизм биологической очистки сточных вод.

Биологическая очистка сточных вод основывается на способности микроорганизмов разлагать органические соединения, а также биогенные элементы в сточной воде при помощи активного ила — биоценоза бактерий и простейших. Процесс полной биологической очистки протекает в три стадии. На первой стадии, сразу же после смешения стоков с активным илом на поверхности ила проходит адсорбция загрязняющих веществ и их коагуляция. Высокое поступление загрязняющих веществ способствует на первой стадии высокой кислородопоглощаемости, что приводит к практически полному потреблению кислорода в зонах поступления сточных вод в аэротенках. На второй стадии полной биологической очистки продолжается биосорбция загрязняющих веществ и идёт их активное окисление экзоферментами (ферментами, выделяемыми активным илом в окружающую среду).Благодаря снизившейся концентрации загрязняющих веществ, начинает восстанавливаться активность ила, которая была подавлена к концу первой стадии очистки. Скорость потребления кислорода на этой стадии меньше, чем в начале процесса, и в воде накапливается растворённый кислород. На третьей стадии очистки происходит окисление загрязняющих веществ эндоферментами (внутри клетки), доокисление сложноокисляемых соединений, превращение азота аммонийных солей в нитриты, нитраты, регенерация активного ила. Именно на этой стадии происходит образование полисахаридного геля. Выделяемого бактериальными клетками.. Скорость потребления кислорода вновь возрастает. Для доочистки воды широко используются физико-химические методы (коагуляция, флотация, мембранное разделение и др.). В настоящее время для дезинфекции широко используются ультразвук, озонирование, уф-облучение.

Аэробная очистка. Более надежная. Стабильно функционирующая. Более изученная. В иловую смесь, подается воздух через распределительные устройства. Процессы в реакторе: аэробное окисление органических веществ и нитрификация.

При аэробном окислении органических веществ органические загрязнения, попадающие вместе со сточной водой в биореактор, расходуются в основном двумя путями: ассимиляция в биомассе активного ила и окисление органических веществ до СО2. Выделяется энергия, которая расходуется активным илом на прирост собственной биомассы. Необходимо присутствие макроэлементов сточной воде(в т.ч. биогенных элементов азота и фосфора).

На процессы аэробного окисления наибольшее влияние оказывают следующие факторы: температура сточной воды, концентрация растворенного кислорода в ректоре, рН и содержание токсичных веществ (металлы, цианиды, фенолы). Адсорбция загрязнителей биопленкой + биохим. Окисление орган. Веществ Биофильтры – резервуары круглой( прямоугольной) формы, которую заполняют загрузочным материалом( щебень, гравий, керам. Пластины) на котором развивается биопленка примерно 3 мм.

Анаэробная очистка Медленее, исп-ся при высоких конц орг в-в, Преимущества: масса образованного активного ила выше, ниже энергозатраты на перемешивание, образование энергоносителей в виде биогаза. в метантенках. Стадии: гидролизная фаза (разложение углевод-в на простые и воду,т.е. белки в аминокислоты, углеводы в сахара, жиры в жирные кислоты), ацидогенез(в спирты, альдегиды, органич.кислоты), ацетогенез(до уксусной кислоты), метанообразующая (метан и угл.газ) экономически эффективным становится проводить процесс при повышенных температурах в реакторах меньшего объема.

69. Поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды - экстенсивные методы очистки сточных вод. Биологические пруды представляют собой искусственно созданные водоемы для биологической очистки сточных вод, основанной на процессах, которые происходят при самоочищении водоемов, глубина до 1 м Поля орошения представляют собой специально отведенные участки земли, предназначенные для очистки сточных вод путем естественной фильтрации их через слой почвы. Профильтрованные сточные воды через закрытую или открытую дренажную систему поступают в естественные или искусственные водоемы (пруды). Отличаются поля орошения от полей фильтрации тем, что на полях орошения выращиваются овощи, злаки, плодовые и декоративные деревья и кустарники, технические культуры и т.п., утилизируя тем самым биогенные элементы (азот, фосфор, калий и др.), а поля фильтрации служат только для очистки сточных вод.

Поля́ фильтра́ции (поля́ аэра́ции) — участок земли, на поверхности которого распределяют канализационные и другие сточные воды в целях их очистки; разновидность водоочистного сооружения. В отличие от полей орошения исключают возможность выращивания на них сельскохозяйственных культур из-за больших объёмов проходящих через них сточных вод.СВ попадают по открытым каналам через водовыпуски и просачиваются через почву. Вода по дренам поступает в коллектор и сбрасывается в реку. После впитывания сточной жидкости поверхность карты перепахивают и снова заполняют. Бактерии используются для окисления загрязнителей О2, выделяемого водорослями в процессе фотосинтеза, а также кислород из воздуха. Водоросли в свою очередь потребляют CO, PO4,NH3, выдел. При биохимическом разложении орган. Веществ. Поля орошения и поля фильтрации отлич фильтр только очистка , орош.- очистка и дальнейшее использование.

Недостаток: сезонность работы, потребность в большой терр-ии, низкая окислит способность.