Системы очистки воды

 

 

 

7 Ликвидация токсичных  и опасных отходов

 

 

Ликвидация токсичных  и опасных отходов на свалке, отдельно или вместе с твёрдыми отходами, требует тщательного выбора места  свалки и материала для ограждения. Часто токсичные и опасные  жидкие отходы и илы подвергаются стабилизации или отверждению перед  их ликвидацией на свалке.

 

Ликвидация токсичных  и опасных твёрдых отходов  вместе с обычными требует учёта следующих факторов: типа отходов (твёрдые, ил, жидкие), совместимости видов микроорганизмов, нагрузки, испарения, скорости вымывания, характеристик твёрдых отходов, температуры и водного баланса в данном месте.

 

Механизм ослабления вредных  воздействий может быть как микробиологическим, так и физико-химическим. Так, при  ликвидации отходов, содержащих соли бария, было показано, что основную роль играют физико-химические механизмы, в основном адсорбция. Микроорганизмы косвенно участвуют  в этом процессе, так как происходит осаждение бария в виде карбоната  за счёт выделяемого микроорганизмами диоксида углерода, а присутствие  жирных кислот существенно влияет на подвижность бария за счёт образования  комплексов.

 

Радиоактивные отходы также  могут быть подвергнуты микробной  трансформации. Если такие изотопы, как 3Н, 58Со, 85Sr и 134Cs, нуждаются только в косвенном проявлении микробной  активности, то ликвидация соединений мышьяка требует прямого участия  микроорганизмов в процессах  восстановления и метилирования до ди- и триметиларсина.

 

 

 

8 Компостирование органических  отходов

 

 

Компостирование – это  экзотермический процесс биологического окисления, в котором органический субстрат подвергается аэробной биодеградации  смешанной популяцией микроорганизмов  в условиях повышенной температуры  и влажности. В процессе биодеградации  органический субстрат претерпевает физические и химические превращения с образованием стабильного гумифицированного конечного продукта. Этот продукт представляет ценность для сельского хозяйства и как органическое удобрение, и как средство, улучшающее структуру почвы.

 

Отходы, поддающиеся компостированию, варьируют от городского мусора, представляющего  собой смесь органических и неорганических компонентов, до более гомогенных субстратов, таких как навоз, отходы растениеводства, сырой активный ил и нечистоты. В процессе компостирования удовлетворяется в основном потребность в кислороде, органические вещества переходят в более стабильную форму, выделяются диоксид углерода и вода и возрастает температура. В естественных условиях процесс биодеградации протекает медленно, на поверхности земли, при температуре окружающей среды и в основном в анаэробных условиях. Естественный процесс разложения может быть ускорен, если перерабатываемый субстрат собрать в кучи, что позволит сохранить часть теплоты, выделяющейся при ферментации, и достигнуть более высокой скорости реакции. Этот ускоренный процесс и есть процесс компостирования.

 

Важными параметрами являются соотношение углерода и азота  и мультидисперсность субстрата, необходимая для нормальной аэрации. Навоз, сырой активный ил и многие растительные отходы имеют низкое отношение углерода к азоту, высокую влажность и плохо поддаются аэрации. Их необходимо смешивать с твёрдым материалом, собирающим влагу, который обеспечит дополнительный углерод и нужную для аэрации структуру смеси.

 

В процессе компостирования  принимает участие множество  видов бактерий – более 2000 и не менее 50 видов грибов. Эти виды можно  подразделить на группы по температурным  интервалам, в которых каждая из них активна. Для психрофилов предпочтительна температура ниже 200С, для мезофиллов – от 20 до 400С и термофилов – свыше 400С. Микроорганизмы, которые преобладают на последней стадии компостирования, являются, как правило, мезофилами.

 

 

 

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 некоординируемая деятельность может привести к не- обратимым изменениям в биосфере в целом. Это может привести к тому, что биосфера станет непригодной для обитания человека. Разрешение это- го 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.

 

 

 

Практическая часть

 

 

Задача №1. При инокулировании клетками E.coli 25 мл пептонной среды исходная численность популяции составила 3,8*106 клеток; инкубация происходила при 37оС. Стационарная фаза (3*109 кл/мл) была достигнута через 284 мин; лаг-фазы не было. Каково среднее время генерации на пептонной среде?

 

Задача №2. Клетки E.сoli росли на среде, содержащей фруктозу в количестве 0,5 г/л (единственный источник углерода); сахар был полностью исчерпан за 528 минут. Концентрация клеток при инокулировании 5*104 кл/мл. Соотношение между стационарной популяцией бактерий и концентрацией фруктозы линейно до концентрации сахара 0,8 г/л (при этой концентрации численность популяции бактерий составляет 3,2*108 кл/мл). Определите среднее время генерации организма в этой среде. Какова продолжительность периода времени до начала снижения роста в условиях избытка фруктозы (при том же количестве инокулянта). Можно принять, что нарушение линейности между суммарным ростом и концентрацией фруктозы происходит очень резко.

 

Задача №3. Для бактериологического  анализа через мембранные фильтры  профильтровано 10 мл воды до хлорирования и 1 л хлорированной воды. Определить коли – индекс и эффективность  процесса обеззараживания, если при  выращивании на среде Эндо в первом случае на фильтре обнаружено 40 специфических колоний, а во втором – 3. Оценить пригодность такой воды для питьевых целей.

 

Задача №4. Среда, содержащая глюкозу в концентрации 0,25 г/л  и неизвестное количество галактозы, была инокулирована E.coli (5,2*105 кл/мл среды). Лаг-фаза отсутствовала. Среднее время генерации было равно 40 минут (при утилизации глюкозы); после исчерпания глюкозы клетки адаптированлись к галактозе, а затем продолжали расти со средним временем генерации 45 минут. Численность популяции достигла стационарного состояния (3,1*106 кл/мл) через 6,5 ч после инокуляции. Определите продолжительность фазы адаптации между двумя циклами роста, а также концентрацию галактозы в среде. Известно, что соотношение между стационарной популяцией микробов и концентрацией сахаров линейно до концентрации 0,9 г/л (для каждого сахара), когда численность популяции достигает 3,7*106 кл/мл.

 

Задача №5. Клетки Aerobacter aerogenes росли в начале в анаэробных условиях, затем их инокулировали в глюкозо-аммонийно-сульфатную среду, в которой они росли в условиях слабого аэрирования при 37оС. Сразу после внесения инокулянта концентрация бактерий составила 2*106 кл/мл. Далее проводили определение числа клеток во времени; были получены следующие данные:

 

Время, мин 

150 

200 

250 

280 

310 

340 

370 

400

 

Популяция

 

бактерий,

 

млн/мл 

 

14,1 

 

38,9 

 

104,7 

 

190,6 

 

346,7 

 

616,5 

 

794,2 

 

812,7

 

 

 

Определите графически среднее  время генерации организма в  данных условиях; имеется ли лаг-период и, если имеется, какова его продолжительность?

 

Задача №6. Aerobakter sp. Выращивали в условиях непрерывного процесса на небольшой опытной установке, имеющей сосуд ёмкостью 20 л. Источником углерода в аммонийной солевой среде является глицерин (концентрация 5 г/л). Какова концентрация бактериальной суспензии при условии, что скорость поступления среды равна 5,0; 10,0; 20,0 л/ч, и какова при этом будет величина «выхода» клеток для системы?

 

В ряде экспериментов в  условиях однообразной культуры было установлено, что при достижении предельного роста на казанной выше среде можно получить 1,325 г сухой  бактерии в 1л среды; максимальная удельная скорость роста составляет 0,85 ч-1моль/л.

 

Список используемой литературы

 

 

1.   Экологическая биотехнология:  Пер. с англ./Под ред. К.Ф.  Форстера, Д.А. Дж. Вейза. – Л.: Химия, 1990. – Пер. изд.: Великобритания, 1987. – 384 с.: ил. ISBN 5 – 7245 – 0418 – 9

 

2.   Бирюков В.В. Основы  промышленной биотехнологии. –  М.: КолосС, 2004. – 296 с.: ил. – (Учебники и учебные пособия для студентов высш. учеб. заведений).

 

3.   Экология микроорганизмов:  Учеб. для студ. вузов / А.И. Нетрусов, Е.А. Бонч-Осмоловская, В.М. Горленко и др.; Под ред. А.И. Нетрусова. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 272 с.

 

4.   Биотехнология / Т.Г.  Волова. – Новосибирск: Изд-во  Сибирского отделения Российской  Академии наук, 1999. – 252 с.

 

5.   Свергузова С.В., Тарасова Г.И. Основы микробиологии и биотехнологии: Учебное пособие. – Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 1999. – Ч.2. – 96с.

 

6.   Основы микробиологии  и биотехнологии: методические  указания к выполнению курсовой  работы для студентов специальности  280201 – Охрана окружающей среды  и рациональное использование  природных ресурсов / сост. Е. Н.  Гончарова. – Белгород: Изд-во  БГТУ, 2009. – 28 с.