![]() |
|
сделать стартовой | добавить в избранное |
![]() |
Охрана природы, Экология, Природопользование
Биотехнология и переработка отходов. Биогаз |
БИОТЕХНОЛОГИЯ И ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ С момента возникновения цивилизованного общества перед ним все время стояла проблема охраны окружающей среды. Из-за промышленной, сельскохозяйственной и бытовой деятельности человека постоянно происходили изменения физических, химических и биологических свойств окружающей среды, причем многие из этих изменений были весьма неблагоприятны. Биотехнологические приемы являются примером эффективного контроля за состоянием окружающей среды. Особенно остро сейчас стоит проблема распространения в окружающей среде ксенобиотиков и нефтяных загрязнений. Биологическая переработка отходов преследует три основные цели: Деградация органических и неорганических токсичных отходов; Возобновление ресурсов для возврата в круговорот веществ С, , P, S; Получение ценных видов органического топлива Классический процесс очистки стоков включает в себя следующие этапы: При первичной обработке удаляются твердые частицы, которые либо отбрасываются, либо направляются в реактор. На втором этапе происходит разрушение растворенных органических веществ при участии природных аэробных микроорганизмов. Образующийся ил, состоящий главным образом из микробных клеток, либо удаляется, либо перекачивается в реактор. По технологии, использующей активный ил, часть его возвращается в аэрационный танк. На третьем этапе производится химическое осаждение и разделение фосфора и азота. Для переработки ила, образующегося на первом и втором этапах, обычно используется процесс анаэробного разложения. при этом уменьшается объем осадка и количество патогенов, устраняется запах, а кроме того, образуется ценное органическое топливо – метан. Аэробная переработка стоков – это самая обширная область контролируемого использования микроорганизмов в биотехнологии. Она включает следующие стадии: адсорбция субстрата на клеточной поверхности; расщепление адсорбированного субстрата внеклеточными ферментами; поглощение растворенных веществ клетками; рост и эндогенное дыхание; высвобождение экскретируемых продуктов; «выедание» первичной популяции организмов вторичными потребителями. В идеале это должно приводить к полной минерализации отходов до простых солей, газов и воды. Эффективность переработки пропорциональна количеству биомассы и времени контактирования ее с отходами. Системы аэробной переработки можно разделить на системы с перколяционными фильтрами и системы с использованием активного ила. Принцип перколяционного фильтра – разложение отходов при помощи микроорганизмов, находящихся ф фильтрующем элементе. В качестве заполнителя элемента может использоваться песок, гравий или полимерные материалы. Недостаток таких фильтров – избыточный рост биомассы. Активный ил – сложная смесь микроорганизмов, осуществляющая переработку отходов в биореакторах. Для успешной переработки необходимо подбирать микробный засевной материал под каждый вид стоков. Анаэробное разложение отходов – используется с 1901 г. Анаэробная ферментация отходов очень перспективна для экономичного получения газообразного топлива при умеренных температурах (30-35оС). Сообщество метанообразующих микроорганизмов состоит из трех видов бактерий: бактерии, осуществляющие гидролиз и брожение.
За счет их деятельности расщепляется целлюлоза, синтезируются жирные кислоты. Далее – бактерии, образующие водород и уксусную кислоту. И, наконец, водородотрофные метанообразующие бактерии. Аэробная переработка отходов в сельском хозяйстве Применение в животноводстве интенсивных технологий привело к образованию большого количества разнообразных отходов, для использования которых может не хватить земельной площади. На сегодняшний день существует несколько систем контролируемой переработки отходов в сельском хозяйстве. Для переработки твердых отходов необходимо много времени и средств, поэтому для их удаления широко используется вода, а образующаяся взвесь закачивается в хранилища, либо в системы переработки. Водоем для окисления. Установка представляет собой емкость глубиной не более 150 см и с площадью поверхности, обеспечивающей аэрацию. На поверхности этого водоема растут фотосинтезирующие водоросли, которые повышают эффективность системы благодаря выделению кислорода. К недостаткам таких установок относятся: потребность во времени; накопление твердых отходов, которые разлагаются в анаэробных условиях; создание условий для размножения насекомых. Достоинства – не требует механизации и обслуживающего персонала. Аэрируемый водоем отличается от водоема для окисления только наличием аэрационной установки. Каскадные бассейны – простая немеханизированная система. В эту систему отходы поступают постоянно. Они включают первичный отстойник, в котором осаждаются крупные частицы, а также каскад мелких бассейнов, разделенных перегородками или плотинами, через которые перетекает вода. Переливаясь из бассейна в бассейн, вода аэрируется. Если время удержания подобрано правильно, то глубина переработки оказывается не меньше, чем в водоеме для окисления. Недостатки – плохое перемешивание и подавление микрофлоры из-за недостатка кислорода. Канава Пасвира. – представляет собой непрерывную вытянутую в длину емкость, которую часто располагают под полом животноводческих помещений. Жидкость с толщиной слоя 0,3-0,6 м аэрируют и перемешивают с помощью ротора. По сути является реактором непрерывного действия, в котором формируется спцифическая микрофлора. Переработка отходов сельского хозяйства в анаэробных условиях При переработке органических отходов в анаэробных условиях образуется горючий газ, на 60% состоящий из метана, и твердый остаток, содержащий почти весь азот и все другие питательные вещества, содержащиеся в исходном растительном материале. В природе такой процесс развивается при недостатке кислорода в местах скопления веществ растительного или животного происхождения: в болотах, осадках на дне озер, в желудке травоядных. Температурный оптимум процесса лежит в пределах 30-35оС, и для его поддержания нужен подогрев. Еще в начале века было выявлено, что из навоза можно получать горючий газ, а отходы использовать как удобрение. Основные части такой биоустановки: герметичный танк, или реактор, в котором осуществляется ферментация, и емкость для газа – накопительный плавающий колокол с емкостью близкой к таковой у реактора. Метанобразующие бактерии являются строгими анаэробами.
На первой стадии процесса ферментации из растительной и фекальной массы образуются летучие жирны кислоты (уксусная, масляная). Важную роль при этом играют клостридии. Кислоты (за исключением уксусной) служат далее субстратом для группы уксуснокислых бактерий. В конечном счете в результате совместного действия этих групп бактерий образуются уксусная кислота, водород и углекислый газ, которые являются подходящим субстратом для метанообразующих бактерий. Основная проблема, которая возникает на фермах, где содержится много животных, заключается в хранении навоза и использовании его наиболее выгодным образом. Если при этом в качестве побочного продукта будет образовываться метан и затраты на хранение навоза не увеличатся, то для ферм это будет безусловно положительным моментом. Современные конструкции реакторов не окупают себя за счет производства метана. Такие реакторы оказываются рентабельными в развивающихся странах, где используется дешевый ручной труд. ПОЛУЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЙ ЭНЕРГИИ. БИОГАЗ Экологически чистую энергию можно получать путем преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью солнечных коллекторов, а также из биогаза и микробного этанола. Биогаз — это смесь из 65 % метана, 30 % СО2, 1 % сероводорода и незначительных примесей азота, кислорода, водорода и угарного газа. Энергия, заключенная в 28 м3 биогаза, эквивалентна энергии: 16,8 м3 природного газа; 20,8 л нефти; 18,4 л дизельного топлива. В основе получения биогаза лежит процесс метанового брожения, или биометаногенез — процесс превращения биомассы в энергию. Биометаногенез — сложный микробиологический процесс, в котором органическое вещество разлагается до диоксида углерода и метана в аэробных условиях. Микробиологическому анаэробному разложению поддаются практически все соединения природного происхождения, а также значительная часть ксенобиотиков органической природы. В анаэробном процессе биометаногенеза выделяют три последовательные стадии, в которых участвуют свыше 190 различных микроорганизмов. На первой стадии под влиянием экстрацеллюлярных ферментов ферментативному гидролизу подвергаются сложные многоуглеродные соединения — белки, липиды и полисахариды. Вместе с гидролитическими бактериями функционируют и микроорганизмы — бродильщики, которые ферментируют моносахариды, органические кислоты. На второй стадии (ацидогенез) в процессе ферментации участвуют две группы микроорганизмов: ацетогенные и гомоацетатные. Ацетогенные Н2-продуцирующие микроорганизмы ферментируют моносахариды, спирты и органические кислоты с образованием Н2, СО2, низших жирных кислот, в основном ацетата, спиртов и некоторых других низкомолекулярных соединений. Деградация бутирата, пропионата, лактата с образованием ацетата происходит при совместном действии ацетогенных Н2-продуцирующих и Н2-утилизирующих бактерий. Гомоацетатные микроорганизмы усваивают Н2 и СО2, а также некоторые одноуглеродные соединения через стадию образования ацетил-КоА и превращения его в низкомолекулярные кислоты, в основном в ацетат. На заключительной третьей стадии анаэробного разложения отходов образуется метан.
В разбросанных по всей территории США центрах НАСА, во многих университетах и аэрокосмических компаниях идет разработка отдельных технологических элементов, которые в будущем веке сложатся в единую комплексную систему, позволяющую отправить группу людей на Марс. В частности, ныне исследуются новые подходы к использованию более легких, частично надувных космических кораблей, проектируются замкнутые системы переработки отходов и получения пищевых продуктов, разрабатываются методы производства ракетного топлива для обратного пути на самом Марсе. Это будет намного удобнее, чем везти полный запас его с Земли. Все это обещает сделать марсианскую экспедицию безопаснее и дешевле. «Я не знаю другой такой цели, которая бы так возбуждала наше воображение и страсть к открытиям, как полет человека на красную планету»,P говорит руководитель НАСА Дэниэл Голдин. Он надеется, что в течение ближайших 5-6 лет сотрудники подведомственной ему организации заложат надежную базу для реализации этой мечты. Правда, некоторые специалисты и сегодня придерживаются мнения, что целесообразнее исследовать Марс с помощью автоматических аппаратов. Однако Д
2. Экологические проблемы птицефабрик России и роль биотехнологии в переработке органических отходов
3. Инвестиции в сельское хозяйство: методы и перспективы
4. Сельское хозяйство России: проблемы и перспективы
5. Формы и методы племенной работы в племзаводе, племрепродукторе, фермерском хозяйстве
10. Проблемы утилизации. Переработка отходов
11. Инфляция: причины, сущность и методы борьбы. Особенности инфляционных процессов в России
13. Некоторые возможные способы утилизации отходов бурения и нефтедобычи
14. Технологии переработки твёрдых бытовых отходов
15. Проблемы утилизации нефтяных отходов или «куда девать черное золото»
16. Обзорная справка « Проблемы утилизации отходов »
18. Методы и средства радиационно-технологического контроля при сортировке твердых радиоактивных отходов
19. Методы обучения рисованию в России
20. Способы утилизации отходов, образующихся при огневой зачистке поверхности металлов
21. Развитие психолого-педагогических методов исследования в России
25. Проблемы утилизации твердых бытовых отходов
27. Утилизация и рекуперация отходов
28. Утилизация отходов потребления
29. Контроль за использованием и утилизацией отходов
30. Исследование роли государства на рынке жилищно-коммунальных услуг России и методов его регулирования
33. Изучение миксомицетов среднего Урала, выращенных методом влажных камер
34. Методы исследования в цитологии
35. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ЭВОЛЮЦИИ ЧЕЛОВЕКА
36. Методологическое значение сравнительного метода в зоологических исследованиях
37. Обзор методов и способов измерения физико-механических параметров рыбы
41. Финансово-кредитное управление развитием оборонного комплекса России
42. Виды стихийных бедствий и методы борьбы с ними
43. Перечень радиационно-опасных объектов России
44. Экономическая география в дореволюционной России
45. Португалия, как новый сегмент туристического бизнеса в России
46. Особенности озёр России (Доклад)
47. Нганасаны - малые народы России
48. География России (Шпаргалка)
49. Машиностроительный комплекс России
51. Россия
52. Статистика населения. Методы анализа динамики и численности и структуры населения
57. Топливно-энергетический комплекс России
58. Как изменилось ЭГП России после распада СССР
59. Роль транспорта в организации экономического пространства России
60. Внешнеполитические и внешнеэкономические связи России
62. Особенности изменения экономико-географического положения России
63. Место России в экономике СССР и СНГ
64. Методы и модели демографических процессов
66. Автомобильная промышленность России
67. Демографическая ситуация в России
68. Гидрохимический, атмохический и биогеохимический методы поисков
69. Добыча золота методами геотехнологии
73. Изменения, произошедшие в финансовой системе России, в переходе к рыночной экономике
74. Налоги и налоговые реформы в России
75. Основні методи боротьби з інфляцією
76. Проблемы и перспективы развития денежной системы России
77. Разгосударствление и приватизация: пути и формы. Опыт России и зарубежных стран
79. Экономический кризис в России
80. Бюджетная политика России в 2000 году
82. Налоговые правонарушения в России
83. Государственный долг России: проблемы и решения
84. Переход к рыночной экономике в России и задачи ОВД
85. Предмет, метод, источники Административного права
89. Медицинское страхование в России
90. Правовые аспекты применения сети "Интернет" в России
91. Личные права и свободы человека России
92. Развитие наследственного права в России
94. История России (шпаргалка)
95. Золотое и серебряное наследие России
96. История государства и права России
97. История государства и права России
98. История государства и права России (Контрольная)
99. История развития земельного права России
100. Развитие России в условиях формирования рыночных отношений