Procese biotehnologice în rezolvarea problemelor de mediu

Mediu și biotehnologie. Pe măsură ce populația mondială crește, iar industria se dezvoltă, problema protecției mediului devine mai gravă. În rezolvarea acestor probleme, biotehnologia joacă un rol din ce în ce mai mare, în special în ceea ce privește dezvoltarea de noi sau îmbunătățirea metodelor existente de prelucrare a deșeurilor. Cea mai nouă prelucrare a deșeurilor neobișnuite se va baza pe utilizarea microorganismelor. posedând abilități catabolice noi, necunoscute înainte sau create artificial.

Procesul de mineralizare a deșeurilor organice, bazat pe utilizarea nămolului activat. a fost dezvoltat în 1914. De atunci a fost modernizată în mod substanțial, a devenit mai complexă și mai productivă și este utilizată astăzi pentru procesarea la nivel mondial a apelor reziduale.

De asemenea, speranțe mari sunt plasate pe bioinginerie. Dezvoltarea biosenzorilor va ajuta la monitorizarea și controlul condițiilor de mediu. Bioindicatorii sunt organisme vii sau comunități ale căror funcții vitale sunt strâns corelate cu anumiți factori de mediu care pot fi utilizați pentru a le evalua.

Metode de curățare a efluenților și a emisiilor, eliminarea deșeurilor solide, precum și problemele Bioindication și biotestului - metode de evaluare a stării mediului privind reacțiile organismelor vii - vor fi discutate mai detaliat în secțiunile relevante ale subiectelor speciale „Tehnologie de tratare a apei“, „tehnologie de curățare a gazelor“ , "Ecologie industrială", "Monitorizare".

Vom numi principalele procese biotehnologice utilizate în practica tehnologiilor de mediu.

Tratarea apelor uzate biologice

Există microorganisme. pentru care poluarea conținută în canalizare. sunt substanțe nutritive. La începutul secolului XX a apărut o revoluție în economia urbană, când a fost propusă metoda de tratare a apei biologice aerobe cu ajutorul unui amestec activ de complexe de microorganisme. Deși acest lucru necesită amestecarea lichidului și aerarea continuă a acestuia cu aer, această metodă permite prelucrarea cantităților mari de deșeuri cu o mare varietate de impurități - de la uz casnic la industrial.

-oxidarea

Biosorbția metalelor grele din efluenți. Tratarea convențională a apelor reziduale înlătură poluarea organică din partea lor. Dacă efluenții conțin metale grele, cum ar fi cuprul. nichel. crom. plumb și altele, sunt necesare metode suplimentare de curățare, de exemplu biotehnologia. Există anumite tipuri de microorganisme. care sunt capabile să precipite (sorbind) metalele dizolvate într-un lichid. Concentrația de metale în acest caz crește atât de mult încât, după tratamentul termic, biosorbantul poate fi considerat ca o materie primă pentru producerea de metale neferoase.

Biocompostarea deșeurilor solide

Un analog de tratare a apelor reziduale aerobe este biocompostarea aerobă a deșeurilor solide. Deșeurile solide sunt amestecate cu microorganisme care descompun contaminanți nocivi și materiale de balast, cum ar fi turba. care oferă acces la oxigen pentru microorganisme. Acest lucru vă permite să transformați deșeurile în îngrășăminte sau pur și simplu să le utilizați ca o căptușeală pentru drumuri, în construcții și în alte cazuri.

Metoda de digestie metalică a deșeurilor solide

Încă din 1776, Volta a descoperit că metanul era conținut în gazul de mlaștină. Dar numai ulterior a fost determinat rolul microorganismelor anaerobe în acest proces. Din 1901, digestia anaerobă a nămolului activ în exces a fost utilizată cu succes. formate în timpul funcționării instalațiilor biologice de tratare a apelor reziduale. Ca urmare a fermentației, se produce un gaz conținând 65% metan și 30% dioxid de carbon. care pot fi utilizate pentru încălzire. Procesul are loc în aparate speciale - rezervoare de metan. unde gazul acumulat este sub o anumită presiune. Un depozit aruncat, dacă nu conține concentrații ridicate de metale grele. folosit cu succes ca îngrășământ. Este mai bine decât sedimentul original în compoziție și aproape că nu se găsesc agenți patogeni în acesta.

fermentarea metan utilizate, de asemenea, pentru reciclarea deșeurilor lichide concentrate, în timp ce debitul este mai mic decât în cazul tratamentului biologic aerob cu nămol activat. De la mijlocul secolului XX procesul de digestie anaerobă pentru producerea de biogaz a devenit foarte popular pentru deșeuri de ferme de creștere a animalelor, în special în țările calde, cum ar fi China și India.

Purificarea biologică a emisiilor de gaze

Multe emisii în atmosferă conțin impurități dăunătoare sau murdare. Pentru purificarea lor sunt utilizate biofiltre umplute cu o duză pe care sunt fixate microorganisme speciale. Impuritățile dăunătoare sunt sorbate pe duza și apoi consumate și făcute inofensive de către microorganisme.

Biodegradarea poluării cu hidrocarburi în sol și apă

În cazul scurgerilor de petrol prin metode biotehnologice pentru remedierea zonelor contaminate, care este tratat cu microorganisme cu ulei oxidant special cultivate, introducerea de diverși aditivi pentru furnizarea lor de azot și fosfor, care permite utilizarea hidrocarburilor petroliere, transformarea lor în biomasa microbiană și dioxid de carbon.

Biodegradarea pesticidelor chimice și a insecticidelor

Pesticidele chimice și insecticidele sunt adesea folosite pentru combaterea buruienilor și a dăunătorilor de plante. Aceștia acționează puternic și, într-un timp scurt, elimină buruienile și dăunătorii din zona tratată. Cu toate acestea, în viitor vor apărea probleme: pesticidele creează un pericol chimic, rămânând pe plante sau în apele naturale de suprafață. Pentru a elimina acest lucru, biopreparatele au fost dezvoltate de la microorganisme specifice sau enzime. permițând accelerarea degradării pesticidelor.

Combaterea acumulării de metan în mine

Deseori aflăm despre explozii din mine cauzate de încălcarea condițiilor de funcționare. Este greu să elibereze metanul din mine: este necesară o ventilare foarte puternică pentru a reduce concentrația sub limita explozivă. Biotehnologii au propus introducerea în mine - în derivații petrecuți - a unei suspensii de microorganisme capabile de a consuma metan. Acest lucru vă permite să reduceți concentrația de metan. Proiectele de utilizare a metanului, aspirate prin ventilație din mine, au fost luate în considerare și pentru cultivarea continuă a acestor microorganisme, iar excesul lor a fost utilizat pentru a produce proteine furajere.

Desulfurizarea petrolului și cărbunelui

Există microorganisme capabile să transfere sulful de sulfuri și mercaptani la sulful elementar. Pe baza utilizării unor astfel de microorganisme, se dezvoltă tehnologiile de desulfurare a cărbunelui și a petrolului. Ca urmare, atât combustibilul centralelor electrice, cât și combustibilul auto al autovehiculelor devin mai ecologice - oferă mai puține emisii de dioxid de sulf în atmosferă.

Îmbogățirea cu oxigen a aerului

Deși dioxidul de carbon - produsul respirației multor lucruri vii - este considerat inofensiv, totuși în concentrații mai mari acesta are un efect negativ asupra lumii animalelor și asupra omului. Activitatea multor întreprinderi industriale, termocentrale duce la o creștere treptată a concentrației sale în atmosferă. O consecință a acestui fapt poate fi încălzirea globală pe Pământ, asociată cu așa-numitul "efect de seră". Aceasta implică multe consecințe foarte neplăcute pentru locuitorii Pământului.

Acum, rolul purificatorului atmosferei de dioxid de carbon este jucat de plante i arbori ierboase, dar reducerea acoperirii verzi în legătură cu urbanizarea subminează chiar fundamentele existen ei omenirii.

Într-o formă compactă, aceste probleme apar în organizarea sistemelor de susținere a vieții pe vehicule spațiale, submarine și, în general, în spații închise. Pentru absorbția dioxidului de carbon expirat și reaprovizionarea pierderii de oxigen la aceste locuri, sa propus de mult să se cultive microalge (sau cianobacterii) de chlorella. care sub influența soarelui poate rezolva această problemă. Poate că această tehnică va fi utilizată și pe viitor, de asemenea, pe scară mai largă, de exemplu, pentru captarea dioxidului de carbon în emisiile de centrale termice.

Polimeri biodegradabili

Lucrurile din polietilenă. polipropilenă și alte materiale plastice, literalmente, peste tot în jurul nostru. În special o mulțime de ambalaje din material plastic, care după utilizare este cel mai adesea pur și simplu aruncat. Și aici este, în principiu, bunuri de valoare - rezistența la degradare de umiditate, lumină, căldură și frig, microorganismele din sol - joacă un rol negativ. Globul este literalmente plin de ambalaje de plastic folosite. Prin urmare, în unele țări care au grijă de mediul înconjurător (SUA, Germania, Anglia), au restricții privind utilizarea ambalajelor din plastic. În schimb, se propune un pachet bazat pe polihidroxibutirat. sau polilactat. sau un amidon tratat special. într-un amestec cu celuloză. Biotehnologia poate ajuta la crearea unor astfel de materiale, deși acestea vor fi mai scumpe. pungi sau sticle de astfel de materiale în interacțiunea cu microorganismele din sol scoase din uz vor fi convertite în apă, dioxid de carbon, iar biomasa microorganismelor, împiedicând planeta de deșeuri.

Prafuri de spalat cu enzime

Acum, această realizare a biotehnologiei nu este nouă. deși a apărut mai mult de 30 de ani în urmă. Enzimele pentru astfel de pulberi (proteaze) sunt produse prin metode biotehnologice.

Vermicultura și coprocesarea

Multe deșeuri și industria alimentară agricole pot fi prelucrate nu numai de microorganisme (biocomposting sau fermentație metan), dar utilizând organisme mai mici - viermi. Printre acestea există tipuri foarte eficiente - California viermi roșii, care „grind“ sol cu deșeuri organice diferite într-un îngrășământ excelent. Starea normală a cimitirelor este, de asemenea, imposibilă fără viermi. Această direcție de reciclare se numește vermicultivare. Apropo, în cazul în care, în același timp, să fie aproape de subzistență agricole pentru păsările de reproducție, în exces viermi ar putea servi ca pui alimentare, gâște și alte păsări.

Cultivarea coprock este oarecum ca reproducerea de larve de muște (nu le puteți lăsa să se transforme în muște care zboară). Se știe că muștele amână un număr mare de ouă, care cresc foarte repede, transformându-se în larve de muște și în același timp procesând tot felul de deșeuri putrede. Este arătat că larvele sunt o hrană excelentă pentru păsări și sub un anumit tratament - și pentru porci și animale purtătoare de blană (de exemplu, nurcă). Această direcție se numește coprokultivare.

Deși aceste două direcții, strict vorbind, nu se încadrează în definiția noastră de biotehnologie. totuși ele trebuie amintite, deoarece pot fi utilizate în combinație cu biocompostarea.

Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare