Биотехнология утилизации твердых отходов

Южный филиал

Национального университета биоресурсов и 

природопользования Украины

«КРЫМСКИЙ АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

НА  ТЕМУ: Биотехнология утилизации твердых  отходов.

 

 

 

Выполнила:

студентка 5курса

группы 5 м

агрономического фак-та

Семирягина К.Р.

Преподаватель

Егорова Н.А.

 

 

 

 

Симферополь 2012г.

Введение.

Современная биотехнология – это направление, призванное изыскивать пути промышленного применения биологических агентов и процессов. Это комплексная многопрофильная область, включающая микробиологический синтез, генетическую, белковую и клеточную инженерию, инженерную энзимологию.

Биотехнология в основном опирается на использование микроорганизмов. Поэтому знания, накопленные микробиологией о многообразии мира, о строении, генетике, физиологии, изменчивости, экологии микробов создают научную основу для развития многих биотехнологических производств. Традиционное сырьё для  различных отраслей химической и  перерабатывающей промышленности (нефть  и газ) истощается, а это приведёт к тому, что всё более широко будут использоваться ресурсы биомассы.

 Типы бытовых отходов.

Интенсивный рост промышленности и городов привели к увеличению загрязнения окружающей среды. Результатом  деятельности промышленных предприятий  является образование отходов. Виды отходов самые разнообразные, и, соответственно, методы их обработки  и переработки многочисленны. Органические отходы в соответствии с источником подразделяются на бытовые, промышленные и сельскохозяйственные, а по физическому состоянию – на жидкие, полужидкие текучие и твёрдые. Типы органических отходов и методы их биологической обработки представлены в таблице №1.

Типы органических отходов  и методы их биологической обработки.

Таблица № 1.

Физическое состояние	Типы отходов	ХПК, мг/л	Вид обработки	Преимущество
Жидкое (сточные воды)	Городские Промышлен- ные Навозные стоки при  гидросмывн- ной уборке	200-500 300 – 50000 1000 – 3000	Аэробная То же Анаэробная Аэробная Выдерживание в отстойниках Анаэробная	Глубокая очистка То же Отсутствие избыточного  ила Очистка воды Дешевизна, удобрение Удобрение
Полужидкое (текучее)	Осадки сточных вод Навоз при самотечной уборке	4000 – 6000 2000 – 7000	Анаэробная То же	Метан, отсутствие запаха Метан, удобрение, отсутствие запаха
Твёрдое	Твёрдые бытовые (ТБО)   Органическая     часть ТБО   Подстилочный навоз		Анаэробная   То же Компостирование     Анаэробная Компостирование	Метан     Метан, удобрение     Метан, удобрение Дешёвое, качественное удобрение

 

 Проблема утилизации твёрдых бытовых отходов.

В области переработки  и ликвидации твердых отходов  биотехнологические методы наиболее широко применяются для утилизации коммунальных отходов и ила из систем биоочистки стоков.

Традиционно твердые отходы складируются на городских свалках. Все возрастающие объемы отходов  на душу населения приводят к возникновению  огромного количества свалок, увеличению их площадей, а также к неуправляемому попаданию отходов в окружающую среду из-за рассыпания их при транспортировке. После того, как стало ясно, что  при анаэробной переработке отходов  в больших количествах образуется ценный энергетический носитель – биогаз, основные усилия стали направляться на соответствующую организацию свалок и получение на месте их переработки метана.

На городских свалках  в последние годы четко просматривается  тенденция увеличения объема бумаги и пластмасс на фоне снижения доли органических и растительных материалов, что удлиняет время стабилизации отходов.

Поведение отходов на свалке носит чрезвычайно сложный характер, так как постоянно происходит наслаивание нового материала через  различные временные промежутки. В результате этого процесс подвержен  действию градиентов температуры, рН, потоков жидкости, ферментативной активности и пр. В общей массе материала  свалок присутствует сложная ассоциация микроорганизмов, которые развиваются  на поверхности твердых частиц, являющихся для них источником биогенных  элементов. Внутри ассоциации складываются разнообразные взаимосвязи и  взаимодействия. В целом состояние  и биокаталитический потенциал микробного сообщества зависит от спектра химических веществ материала свалок, степени доступности этих веществ, наличия градиентов концентраций различных субстратов, в особенности градиентов концентраций доноров и акцепторов электронов и водорода.

На начальной стадии биодеградации  твердых отходов доминируют аэробные процессы, в ходе которых под воздействием микроорганизмов (грибов, бактерий, актиномицетов) и также беспозвоночночных (клещей, нематод и др.) окисляются наиболее деградируемые компоненты. Затем деструкции подвергаются трудно и медленно окисляемые субстраты – лигнин, лигноцеллюлозы, меланины, танины. Существуют различные методы оценки степени биодеградации твердых отходов. Наиболее информативным принято считать метод оценки, основанный на различиях в скоростях разложения целлюлозы и лигнина. В непереработанных отходах отношение содержания целлюлозы к лигнину составляет около 4,0; в активно перерабатываемых – 0,9–1,2 и в полностью стабилизированных отходах – 0,2. В течение аэробной стадии температура среды может повышаться до 80°С, что вызывает инактивацию и гибель патогенной микрофлоры, вирусов, личинок насекомых. Температура может служить показателем состояния свалки. Увеличение температуры повышает скорость протекание процессов деструкции органических веществ, но при этом снижается растворимость кислорода, что является лимитирующим фактором. Исчерпание молекулярного кислорода приводит к снижению тепловыделения и накоплению углекислоты. Это, в свою очередь, стимулирует развитие в микробной ассоциации сначала факультативных, а затем облигатных анаэробов. При анаэробной минерализации в отличие от аэробного процесса участвуют разнообразные, взаимодействующие между собой микроорганизмы. При этом виды, способные использовать более окисленные акцепторы электронов, получают термодинамические и кинетические преимущества. Происходит последовательно процесс гидролиза полимеров типа полисахаридов, липидов, белков; образованные при этом мономеры далее расщепляются с образованием водорода, диоксида углерода, а также спиртов и органических кислот. Далее при участии метагенов происходит процесс образования метана.

В результате комплекса процессов, происходящих при биодеградации  содержимого свалок, образуются два  типа продуктов – фильтрующиеся  в почву воды и газы.

Фильтрующиеся воды, помимо микроорганизмов, содержат комплекс разнообразных  веществ, включая аммонийный азот, летучие  жирные кислоты, алифатические, ароматические  и ациклические соединения, терпены, минеральные макро- и микроэлементы, металлы. Поэтому важным моментом при выборе и организации мест свалок является защита поверхности земли и грунтовых вод от загрязнений. Для борьбы с фильтрацией вод применяют малопроницаемые засыпки или создают непроницаемые оболочки вокруг свалки или специальные заграждения. Возможно, что наиболее эффективным способом может стать организация сбора фильтрующихся вод свалок и управляемая анаэробная переработка с применением капельных биофильтров, аэротеков или аэрационных прудов. В системе аэрационных прудов в течение нескольких месяцев можно удалить из вод до 70% БПК; в капельных биофильтрах или системах с активным илом – до 92% БПК с одновременным извлечением в результате биосорбции свыше 90% металлов (железа, марганца, цинка). Анаэробная биоочистка позволяет удалить 80–90% ХПК в течение 40–50 дней при 25°С ( при 10°С величина удаления ХПК снижается до 50%).

Биогаз, образуемый при биодеградации  материала свалок, является ценным энергоносителем, но также может  вызывать негативные явления в окружающей среде (дурной запах, закисленные грунтовые воды, снижение урожайности сельскохозяйственных культур), поэтому следует ограничивать утечки газа. Это возможно при помощи специальных приспособлений (преграды, траншеи, наполненные гравием, системы экстракции газа), позволяющих управлять перемещением газа, а также созданием над массивом свалок оболочек, препятствующих его утечке.

Теоретический выход метана может составлять 0,266 м3/кг сухих  твердых отходов. Реальные экспериментальные  выходы биогаза, полученные на различных  лабораторных, пилотных установках и  контролируемых свалках, дают существенный разброс данных, от десятков до сотен  л/кг в год. Огромное влияние на процесс метаногенеза оказывают многие факторы, – температура и рН среды, влажность, уровень аэрации, химический состав отходов, наличие в них токсических компонентов и др. Газ, образуемый на свалке, извлекается с помощью вертикальных или горизонтальных перфорированных труб из полиэтилена. Применение воздуходувок и насосов может повысить степень извлечения газа. Газ используют для обогрева теплиц, получения пара, а после дополнительной очистки его можно перекачивать по трубам к местам потребления .

Таким образом, помимо экологической, проблема носит экономический характер, так как использование образующегося на свалках биогаза, снижает материальные затраты на борьбу с загрязнениями, опасными и дурнопахнущими отходами.

 Биодеградация твёрдых отходов.

Перед транспортировкой твёрдых  отходов на свалку они могут быть подвергнуты обработке, т.е. измельчению, перемалыванию и дроблению. Эта  предварительная обработка может  сильно влиять на катаболические процессы в твёрдых отходах. На типичной свалке, где отходы размещаются по отсекам, вся система в целом работает как группа реакторов периодического действия, в которых отходы находятся на разных стадиях биодеградации и подвергаются случайным воздействиям, например, попаданию воды, содержащей растворённый кислород или различные ксенобиотики. В этом случае можно применить простую модель периодических культивирований, действующих в той последовательности, в какой происходит загрузка. Для более традиционного типа свалки можно использовать модель периодического культивирования с повторным внесением посевного материала микроорганизмов и беспозвоночных.

В начальной стадии катаболизма  твёрдых отходов, сопровождаемого  физическими и химическими процессами, преобладают аэробные процессы, в  ходе которых наиболее лабильные  молекулы быстро разрушаются рядом  беспозвоночных и микроорганизмами. Утилизация миксотрофных субстратов затем сменяется последующим катаболизмом макромолекул, таких как лигноцеллюлозы, лигнин, танины и меланины, которые способны только к медленной биодеградации, что приводит к тому, что кислород перестаёт быть лимитирующим субстратом.

 

 

 

 

 

Заключение.

Развитие всех современных направление биотехнологии, включая экологическую биотехнологию, происходит в настоящее время настолько быстро, что точные прогнозные оценки в этой области весьма затруднительны. Биологические технологии целиком базируются на научных достижениях. При этом то, что лишь недавно было предметом лабораторных исследований, сегодня активно внедряется в производство. Круг наук, результаты которых воплощаются в биотехнологию, непрерывно расширяется. Таким образом, расширяются возможности и сферы самой биотехнологии. Вероятно, в будущем не будет ни одного направления человеческой деятельности, которое не было бы в тех или иных пределах связано с биотехнологией.

Расширение сферы внедрения  биотехнологии изменяет соотношение  в системе «человек – производство – природа», повышает производительность труда, принципиально изменят его  качество. Биологизация производства в целом – одно из важнейших направлений в создании гибких саморегулирующихся производственных процессов будущего, которые гармонично вписываются в природу, не причиняя ей вреда. В настоящее время последствия антропогенной деятельности достигли такой грани, когда дальнейшая не координируемая деятельность может привести к не- обратимым изменениям в биосфере в целом. Это может привести к тому, что биосфера станет непригодной для обитания человека. Разрешение этого противоречия, то есть создание такого равновесия в природе, которое в состоянии привести к гармоничному сосуществованию возрастающего населения планеты и биосферы, возможно только на основе дальнейшего развития науки и техники. Для этого необходимо разумное развитие человеческого общества в целом, направленное не на разрушение биосферы, а на ее дальнейшее развитие. Последнее, в свою очередь, должно оказывать позитивное влияние на дальнейший прогресс человечества, то есть создание ноосферы. Один из основных путей решения данной проблемы - дальнейшее развитие биологии и расширение сферы применения биотехнологии. Внедрение биотехнологии ведет к созданию экологически чистых технологий в различных сферах человеческой деятельности, включая более рациональное использование природных ресурсов и создание замкнутых производственных циклов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

1. www/xreferat.ru
2. www/ru.wikipedia.org