Практическая работа № 9 Проблемы разработки технологий биологической деградации органических отходов

Цель:познакомиться с проблемами разработки технологий биологической деградации органических отходов.

Оборудование: раздаточный учебный материал.

Ход работы:

1. Ознакомиться с теоретическим материалом.

2. Выполнить практические задания.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Теоретическая часть.

Микроорганизмы являются неотъемлемой составляющейэкологической системы биосферы, сыгравшей решающую роль в формировании жизни на земле. В результате их деятельности выделяется огромное количество кислорода обеспечивающего жизнь.

Отличительной и определяющей особенностью биосферы явля­ется ее целостность, населенность жизнью и существование непре­рывного взаимодействия (обмена) между компонентами биосферы под влиянием живого вещества. Основой длительного и устойчиво­го существования этой огромной экологической системы является сбалансированный кругооборот веществ с участием бесчисленного количества прямых и обратных связей между всем многообразием живых и неживых тел ее образующих. Первый и основной принцип функционирования экосистем - получение ресурсов и избавление от отходов происходят в рамках круговорота всех элементов.

В течение веков происходила естественная биологическая дегра­дация органических отходов под разлагающим воздействием мик­робов. Сейчас человек научился управлять этим процессом синте­зируя особые группы микроорганизмов. Для этого необходимо сфор­мировать из коллекционных образцов микробныеколонии, обладающие специфической активностью. Затем им придается на­правленное действие. Разложение производится либо сиспользова­нием биогазов, либо без них (в обычной воздушной среде).

Суть данного способа заключается в следующем: определенные виды отходов в специально созданных условиях (при определенной температуре, давлении, pH среды и т.д.) подвергаются деградации. Процесс осуществляется при помощи специально подобранных штам­мов микроорганизмов (поэтому данный способ называют способом микробиологической деградации отходов). Конечными продуктами деградации являются ил и вода, в процессе формирования которых выделяются биогазы(преимущественнометан).Данныйспособэкономичен, эффективен, о чем свидетельствует успешное применение его в хозяйстве ряда стран. Он экологически чист, что особенно актуально для России в целом и ее промышленных городов в част­ности.

Необходимым этапом работы данного метода является определение соотношения потенциально биодеградируемых и небиодеградируемых отходов в составе ТБО и изучение их агрохимических свойств. Микробиологической деградации могут подвергаться органи­ческие отходы, а также некоторые искусственные полимерные мате­риалы и пестициды. Так, из многообразных компонентов ТБО к потенциально биодеградируемым можно отнести: бумагу, картон, пищевые отходы, дерево и листья, текстиль. К «условно биодеградируемым»: полимерные материалы, кожу, кости. В среднем процентное соотношение биодеградируемых отходов к небиодеградируемым составляет 78,4% (по общему объему ТБО), 58,4% (по массе); 75% по объему и 18,9% по массе составляет отсев.

На соотношении составляющих бытовых отходов весьма значительное влияние может оказать и ряд факторов: степень благоустройства жилогофонда, сезоны года, вид топлива, наличие и развитие промышленности, общественного питания, торговли.

При изучении современных бытовых отходов создается впечат­ление, что они состоят в основном из бумаги и картона. Это объяс­няется малой плотностью отходов из бумаги и картона (20-70 кг/м²), используемых как упаковочные материалы. Практически эти компо­ненты составляют 25—40% от массы ТБО. Значительной частью ТБО (25—35%) являются пищевые отходы. Они имеют высокую плот­ность (около 500 кг/м³), характеризуются значительной влажностью (70—92%). Она предопределяет влажность всей массы ТБО, в том числе и бумаги. В отдельные сезоны года в южных районах, богатых фруктами, содержание пищевых отходов превышает содержание бу­маги и картона, а их влажность достигает 90%.

Особую группу в составе твердых бытовых отходов занимают крупногабаритные, к которым относится старая мебель, холодиль­ники и т.п. Перед их утилизацией необходима предварительная обработка.

Для осуществления микробиологической деградации растительных и животных отходов необходимо знать химическую структуру составляющих их компонентов. Эта структура изменяется в зависи­мости от состава продуктов, которые становятся пищевыми отхода­ми. Их состав, агрохимические показатели, физическиесвойства раз­личны для разных регионов страны. Отклонения в районах с при­близительно одинаковыми агроклиматическими условиями; сходными сроками вегетационного периода у растений, кормами животных, плодородием и свойствами почв незначительны.

В Россииработают предприятия по сбору, утилизации и переработке промышленных отходов, по переработке бытовых отходов, но, однако, практически не осуществляется переработка пищевых отходов. Причем промышлен­ные отходы часто утилизируются методами не соответствующими требованиям экологической и санитарно-эпидемиологической безо­пасности. Поэтому разработка и внедрение в хозяйство городов эффективных методов утилизации разнообразных отходов крайне актуальны.

Внедрение микробиологической деградации может быть осуще­ствлено влюбом типичном городе России со средней численность населения свыше 300 тыс. человек, с типовымуровнем развития среды и транспорта. На территории страны существует множество таких мелких и средних промышленных горо­дов с предприятиями деревообрабатывающей,легкой и перерабатыва­ющей промышленности. И далеко не везде существуют экологически и экономически эффективные методы переработки отходов, образую­щихся в результате деятельности этих отраслей. Основными методами – их утилизации остаются сжигание и прессование мусора, захоронение его на полигонах ТБО, что является экологически и экономически неоправданным. Это относится и к отходам от населения, процент, которых в общей массе ТБО достаточно высок.

Внедрение в городское хозяйство технологии биодеградации позволит решить эти проблемы. Преимуществами данного метода является экологическая чистота, так как конечными продуктами явля­ются активный ил (хорошее удобрение), биогаз (энергоноситель) и вода, используемая для хозяйственных, промышленных и бытовых нужд. Применение этого метода представляется уместным и в сельс­кой местности: в небольших фермерских и тепличных хозяйствах он будет особенно эффективным.

В настоящее время данный метод биодеградации широко приме­няется в хозяйственной практике европейских стран. Многие фер­мерские хозяйства Западной Европы удовлетворяют свои потребно­сти в энергетических и органических удобрениях посредством его применения (Норвегия, Канада, Китай).

Все вышеизложенное позволяет судить об экономической эф­фективности данного метода. Прибыль при его внедрении может быть получена за счет реализации биоудобрений, которые являются цен­ным продуктом. При серийном выпуске специальных установок объем удобрений может быть значительным. Одна установка способна про­изводить до 250 кг биоудобрений за 4—6 дней. За счет реализации газов энергоносителей и их применения в деградационной установке один фермент объемом 150 л может производить 10—15 м³ бытового газа заутилизацию с содержанием метана в нем до 75%. Таким образом, затраты на обслуживание и ремонт установки будут полностью возмещены в течение приемлемого периода. Итогом является значительное уменьшение объемов органических отходов.

Практическая часть:

1. Запишите механизм биологической деградации органических отходов.

2. Отметьте преимущества и недостатки данного метода.

Контрольные вопросы:

1. Какова роль микроорганизмов в экосистемах?

2. Охарактеризуйте естественную биологическую дегра­дацию органических отходов.

3. В чем заключаются преимущества биологическую дегра­дацию органических отходов?

4. В чем выражаются недостатки данного метода?

5. Расскажите о проблемах разработки технологий биологической деградации органических отходов.