Биотехнология и переработка отходов. Биогаз
БИОТЕХНОЛОГИЯ И ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВС 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, N, P, S;Получение ценных видов органического топливаКлассический 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 хозяйствеПрименение 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 условияхПри 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. Совр...
Другие файлы:
Биотехнология и переработка отходов производства
Типы бытовых отходов, проблема утилизации. Биологическая переработка промышленных отходов, отходов молочной промышленности. Отходы целлюлозно-бумажной...
Переработка животноводческих отходов в биогаз и удобрения
История получения биогаза как нетрадиционного источника энергии. Перечень органических отходов, пригодных для производства биогаза. Экологические аспе...
Энергия биомассы
Преимущества технологии термоудара. Пиролизная установка по переработке угля. Системы очистки воды. Переработка твердых бытовых отходов (биогаз). Проб...
Утилизация и переработка медицинских отходов
Обеззараживание и переработка медицинских отходов. Новая технология уничтожения медицинских отходов. Метод термического обезвреживания медицинских отх...
Переработка отходов полимеров
Переработка и утилизация отходов как сложная, многофакторная экологическая и экономическая проблема. Знакомство с основными направлениями утилизации и...
