Навколишнє середовище і біотехнологія План

1. Екологічна біотехнологія і її завдання і методи.

2. Операції в очисних установках. Аеробна переробка відходів.

3. Анаеробне розкладання.

4. Екологічно чиста енергія.

5. Мікрофлора метантенків. Стадії біометаногенезу.

6. Метантенки.

7. Біодеградація ксенобіотиків.

1.З моменту виникнення цивілізованого суспільства перед ним увесь час стояла проблема охорони навколишнього середовища. Через промислову, сільськогосподарську і побутову діяльність людини постійно відбувалися зміни фізичних, хімічних і біологічних властивостей навколишнього середовища. Біотехнологія буде все більше впливати на способи контролю за навколишнім середовищем і на його стан. Добрим прикладом служить упровадження нових, більш досконалих методів переробки відходів, однак цим застосування біотехнології в даній сфері аж ніяк не обмежується. Її роль зростатиме у хімічній промисловості і сільському господарстві, що допоможе хоча б частково вирішити багато існуючих проблем.

Так до БТ методів захисту навколишнього середовища відносять :

- створення безвідходних технологічних процесів (вирощування дріжджів на відходах ЦПК, виробництво вітаміну В₁₂)4

- створення препаратів для боротьби із збудниками хвороб людини , тварин;

- створення рослин стійких до хвороб і шкідників;

- біологічні методи боротьби з хворобами і шкідниками рослин;

- бактеріальні добрива і стимулятори росту рослин;

- створення продуктивних культурних рослин;

- аеробна і анаеробна біологічна очистка стоків;

- селективна утилізація індивідуальних хімічних сполук;

- біосорбція металів;

- детоксикація ґрунту від пестицидів та інших хімічних забруднень;

- кероване компостування твердих відходів;

- діагностика ступеня забруднення середовища;

- альтернативні енергоресурси ( біогаз, гідроліз води ) та ін.

Біотехнологічні виробництва за своєю природою є екологічними. Специфічне застосування БТ методів для вирішення проблем навколишнього середовища, таких як переробка відходів, очищення води , знищення (усунення) забруднень та ін. складає предмет екологічної БТ.

Це нова галузь, новий підхід до охорони і збереження навколишнього середовища при використанні досягнень сучасної біохімії, мікробіології, генетичної інженерії, хімічної технології та ін.

Коло проблем , що вирішує екологічна БТ:

• від розробки і удосконалення методології і комплексного хіміко-біологічного дослідження екосистем, насамперед поблизу джерел техногенного впливу до розробки технологій і рекомендацій по рекультивації ґрунтів, біологічної очистки води, повітря, біосинтезу препаратів, які послаблюють (компенсують) шкідливу дію канцерогенних, мутагенних, токсичних речовин на людей і тварин.

Особливо акцентується увага на створених людиною низькомолекулярних (ядохімікати, детергенти) і високомолекулярних полімерах (ароматичні, галогенвмісні вуглеводні), які дуже стійкі і не розкладаються мікроорганізмами.

Швидкість природного очищення в природі залежить від багатьох факторів. Органічні речовини трансформуються мікроорганізмами а неорганічні переважно осідають, накопичуються. Особливу небезпеку складають – важкі метали .Тому зараз розроблені системи для окиснення Ме (бактерії роду Lepterillus окислюють Ag, Mg, Se) Широко практикують денітрифікацію стоків, біологічну утилізацію, видалення ВВ, нафти .З допомогою іммобілізованих в альгінатному гелі культури мікроорганізмів Thiobocillus denitrificans здійснюють окиснення сульфідів до сульфатів

Сьогодні швидко розвиваються різноманітні галузі промисловості, у яких процеси життєдіяльності мікроорганізмів використовуються для створення замкнутих систем, для контролю за забрудненням стічних вод, для використання альтернативних енергоресурсів і хімічної сировини в промисловості; ці процеси широко використовуються й у сільському господарстві. У країнах, що розвиваються, подібна діяльність, відома за назвою «цілеспрямована технологія», могла б привести до значного підвищення життєвого рівня людей.

Масштаби деяких нових біотехнологічних процесів і їх застосування для вирішення завдань охорони навколишнього середовища приголомшуючі. Так, для переробки відходів уже побудовані величезні біореактори ємністю 4000–5000 м³. Оскільки концентрація бактерій у такому реакторі може бути порядку 10⁸–10⁹ клітин у 1 л, біотехнологи здобули досить могутнє джерело «біологічної енергії». Біологічна переробка відходів базується на цілому ряді дисциплін – біохімії, генетиці, хімії, мікробіології, хімічній технології й обчислювальній техніці. Зусилля всіх цих дисциплін концентруються на трьох основних напрямках: 1) деградація органічних і неорганічних токсичних відходів; 2) поновлення ресурсів для повернення в кругообіг речовин вуглецю, азоту, фосфору і сірки; 3) одержання цінних видів органічного палива.

Таблиця 1

Біотехнологічні методи захисту навколишнього середовища

Метод Сфера застосування або субстрат Сутність методу Створення безвідхідних технологічних процесів Народне господарство Одержання з відходів корисних продуктів або знешкодження їх Створення препаратів для боротьби зі збудниками хвороб людини і тварин Охорона здоров'я і ветеринарія Засоби для діагностики, імуностимулятори, вакцини, антибіотики й ін. Створення рослин, стійких до хвороб і шкідників Сільське господарство Одержання методами генетичної і клітинної інженерії культурних рослин, при обробленні яких відпадає необхідність використання ядохімікатів як засобів боротьби проти шкідників і хвороб. Біологічні методи господарство боротьби з хворобами і шкідниками рослин Сільське і лісове господарство Спеціальні мікробіологічні або інші біологічні препарати селективно знищують шкідливих комах, гризунів або збудників хвороб Бактеріальні добрива і стимулятори росту рослин Сільське господарство Посилення біологічної фіксації атмосферного азоту, мобілізації фосфору; прискорення росту органів рослин; зниження потреби в мінеральних добривах Створення культурних рослин, здатних фіксувати атмосферний азот без участі мікроорганізмів Те ж Перенесення методами генетичної інженерії в геном рослин генів від мікроорганізмів, що визначають фіксацію Аеробне біологічне очищення стоків Комунальні і виробничі стічні води. В аеротенках спонтанна мікрофлора в присутності кисню утилізує речовини стоків і накопичується біомаса - активний іл. Зміст СВ знижується на 50% Анаеробна біологічне очищення стоків Те ж У метантенках анаеробна мікрофлора утилізує органічні речовини, у тому числі активного мулу, отриманого після аеробної обробки з утворенням біогазу (95% від переробленої органічної речовини) Селективна утилізація індивідуальних хімічних сполук стоків Промислові стоки Спеціально адаптовані культури мікроорганізмів звичайно в іммобілізованому виді утилізують визначені шкідливі речовини (фенол, кислоти та ін.) Кероване компостування твердих відходів Сільське господарство, міські смітники ванні твердих відходів При аерації твердих відходів прискорено відбувається мікробна деструкція частини компонентів субстрату з утворенням компосту Детоксикація ґрунту від пестицидів і інших хімічних забруднень Ґрунт Промиванням ґрунту і мікробіологічною обробкою промивних вод досягається утилізація шкідливих з'єднань, що накопичуються в ґрунті при хімізації сільськогосподарського виробництва Біосорбція металів Стічні води У спеціальних біофільтрах мікроорганізми селективно сорбують зі стічних вод визначені метали, у тому числі радіоактивні Діагностика ступеня забруднення середовища Стічні води, ґрунт, повітря За допомогою моноклональних антитіл або імуноферментного аналізу визначають присутність вірусів і бактерій. За допомогою ферментів контролюють присутність у середовищі визначених речовин