Переработка отходов в ценные продукты.

Экологическая обстановка, сложившаяся в последнее время практически повсеместно, требует решения целого ряда актуальных задач. В первую очередь - это решение проблемы утилизации отходов биогенного происхождения, которые оказывают на окружающую среду разностороннее отрицательное воздействие. По оценкам ученых, объем биологических отходов в общей массе производимой продукции в мире составляет от 10 до 30%. В то же время эти отходы являются дешёвой сырьевой базой для биотехнологии.

Особую группу в их составе занимают отходы предприятий перерабатывающей и пищевой промышленности: мясо- и молокоперерабатывающих производств, боенских цехов мясокомбинатов, утилизация которых целесообразна с экологической точки зрения Так, в молокоперерабатывающей отрасли при получении сыра, творога или казеина образуется молочная сыворотка, выход которой составляет примерно 90% всего молока, используемого для получения этих продуктов. По данным Международной Молочной Федерации, в мире в настоящее время до 50% молочной сыворотки сливается в канализацию. Долгое время сброс сыворотки с производственными водами считался одним из относительно безопасных вариантов её утилизации и широко применялся молокозаводами. Но исследования показали, что такой способ решения проблемы имеет много отрицательных последствий для окружающей среды. 

Молочная сыворотка содержит большое количество животного белка и углеводов, которые при попадании в окружающую среду разрушаются и создают стойкое органическое загрязнение территории. При сливе в почву молочной сыворотки (или воды с её содержанием) происходит угнетение развития растений, а при длительном поступлении загрязнителя, почва становилась практически бесплодной. Высокая кислотность молочной сыворотки (рН 4,9) приводит к закислению почвы и гибели её нормальной микрофлоры. Попадая в воду или почву, органические вещества сыворотки подвергаются окислению, в результате чего образуется большое число ядовитых соединений. Установлено, что для полного окисления одного литра молочной сыворотки требуется до 50 литров кислорода, поэтому при её попадании в водоемы происходит сильное обеднение воды кислородом, возникает его недостаток, что ведет к гибели флоры и фауны этого водоема.

Молочная сыворотка считается ценным вторичным сырьем, в котором содержатся практически все биологически активные вещества, присутствующие в самом молоке. После отделения от основного продукта в сыворотке определяется 15...25% белков, до 95% лактозы, а также практически все микроэлементы и большая часть витаминов, содержащихся в молоке. Данные факты подтверждают актуальность решения проблемы переработки отходов предприятий пищевой промышленности, и в частности молочной сыворотки. Объемы производства молока и молочных продуктов будут постоянно расти, несмотря на низкие темпы развития сельского хозяйства в нашей стране.

В настоящее время во многих регионах России существует проблема переработки отходов мясной и молочной промышленности. Такое ценное белоксодержащее сырьё, как боенская кровь животных и птиц, ткани внутренних органов, некондиционные части туш, творожная и подсырная сыворотка, в основном выбрасывается или, в незначительном количестве, используется для приготовления кровяной и мясокостной муки, применение которых не отличается особой эффективностью, и не всегда себя оправдывает. Выходом из создавшегося положения является широкое применение методов и приемов биологической химии. Биохимические производства отличаются использованием в качестве инструмента ферментов и тем, что они не требуют большого количества энергии, высоких давлений и температур, сложного дорогостоящего оборудования и токсичных химических реагентов. Они не загрязняют окружающую среду, не расходуют дорогое и дефицитное сырье, а вполне довольствуются бросовой органикой для ее переработки в ценные продукты.

Применив несколько видов микроорганизмов и низших грибов, разработали экологически безопасную технологию изготовления биологически активных веществ из не пищевого белкового сырья животного происхождения путём его целенаправленного ферментативного гидролиза Преимуществом микроорганизмов является наличие у них мощной ферментативной системы, которая позволяет одновременно осуществлять два биохимических процесса - расщепление и синтез, а также делает процесс микробиологического синтеза полностью безотходным и экологически безопасным. Это, в свою очередь, позволяет использовать в качестве субстрата разные отходы и аккумулировать в конечном продукте ценные продукты метаболизма: аминокислоты, пептиды, полисахариды, витамины, макро- и микроэлементы, которые имеют высокую биологическую ценность и находят всё более широкое применение в медицине, ветеринарии и животноводстве. Перспективность биотехнологии здесь очевидна. С одной стороны, без её развития и усовершенствования сегодня невозможно удовлетворить растущие потребности населения в ликвидации белкового дефицита, а с другой стороны, с помощью методов биологической химии и биотехнологии любое перерабатывающее производство можно сделать экологически чистым и безотходным.

Побочные продукты и отходы, содержащие углеводы, можно пере­работать путем традиционного микробного брожения или биотехно­логических процессов, относящихся к сфере промышленной микро­биологии. Например, меласса, которая служит маточным сиропом для кри­сталлизации сахарозы и удаляется из технологического цикла, когда концентрация сахара становится слишком низкой, является обильным побочным продуктом, содержащим помимо сахара сульфиты, карбона­ты и соли кальция и магния (особенно свекловичная меласса). Одна­ко при ее брожении используется не весь остаточный сахар.

Крахмал составляет около 50 % сухой массы зерен злаков, карто­феля и маниока. Этот продукт производят главным образом из куку­рузы и пшеницы, непригодной для хлебопечения, а также из картофе­ля. Он легко подвергается кислотному или ферментативному гидро­лизу, в результате чего получаются декстрины и глюкоза, которые по­том используются в промышленности для ферментационного произ­водства спирта и фруктозного сиропа.

Шнайдер из Национального исследовательского совета в Канаде и Цао из университета Пардю независимо показали, что после пре­вращения ксилозы в ксилулозу последняя может сбраживаться в спирт при участии Saccharomycescerevisiae.Изомеризация осуществляется ферментом ксилозоизомеразой. При введении кодирующего его гена в дрожжевые клетки могут происходить превращение альдопентоз в альдоцетозы и последующее спиртовое брожение. С другой стороны, из ксилозы можно получить ксилит, который очень сладок и в то же время не вызывает порчи зубов. По мнению американских специалистов, превращение отходов цел­люлозы в спирт заслуживает большего внимания, чем получение спирта из крахмала кукурузы.

Очистку загрязненных нефтью и нефтепродуктами (дизельное топливо, масла и т.п.) водоемов можно условно свести к трем операциям:

  • Сбор нефти и/или нефтепродуктов, в частности мазута и дизельного топлива, различными механическими средствами.
  • Использование различных средств и препаратов, в том числе сорбентов, для более тонкой очистки нефтезагрязненных вод. Методы очистки основываются на физико-химических свойствах нефтепродуктов и применяемых средств в совокупности.
  • Убирание поллютанта (загрязнителя) до фонового уровня, или до уровня, меньшего предельно допустимого.

Применение биологическоих препаратов "Биоойл" наиболее обосновано на заключительной стадии очистки. Для неглубоких водоемов севера Сибири (озера, болота, протоки) применениепрепаратов "Биоойл" возможно без сбора нефти и предварительной очистки поверхности водоема. Положительный результат достигается только за счет применения препарата "Биоойл".

Эффективным для убирания нефти и нефтепродуктов с водной поверхности является препарат (биосорбент) “Спилл-Сорб-Био”, мохо-торфяной сорбент с активированной ассоциацией микроорганизмов – деструкторов нефти. Препарат не требует никаких особых мер при работе с ним. После нанесения на водную поверхность биосорбент забирает в себя поверхностную нефтяную пленку, а затем удерживаемые нефтепродукты разлагаются микробами. В результате получается очищенная от нефтепродуктов водная поверхность.

Пестициды, применяемые в сельском хозяйстве, относятся к различным классам главным образом органических соединений (хлорорганические, фосфорорганические, симметричные триазины, гетероциклические соединения и др.) Они обладают токсичностью не только для вредных организмов, но и человека, животных, несут опасность для окружающей среды. Пестицид, каким бы он ни был, неизбежно вызывает глубокие изменения всей экосистемы, в которую его внедрили. По совокупности экологических свойств, присущих всем пестицидам, действия их никогда не бывают однозначными, т.к. они обладают широким спектром действия, чрезвычайно токсичны для живых организмов, сохраняются длительное время в окружающей среде. Стабильность пестицидов опасна последствиями, которые еще более усугубляют проблемы, связанные с этим видом загрязнения.

Пестициды распространяются далеко за пределами тех агроэкосистем, где они применяются. Даже в случае использования наименее летучих компонентов более 50% активных веществ в момент воздействия переходит прямо в атмосферу. В почву пестициды поступают различными путями:

  • при непосредственном внесении их для уничтожения почвообитающих вредителей, сорняков;
  • с протравленными семенами;
  • сносе препаратов при обработке посевов во время вегетации полевых культур;
  • неосторожном выполнении различных операций с химическими препаратами (расфасовка, приготовление рабочих растворов, транспортировка и т.д.);
  • с осадками;
  • оросительными, коллекторно-дренажны-ми и сточными водами;
  • с частицами почвы при ветровой эрозии и т.д.

Применение пестицидов влечет за собой отрицательные последствия для отдельных видов и биоценозов в целом. С экологической точки зрения, различают несколько форм воздействия пестицидов. Первая категория форм воздействия называется демэкологической и выражается совокупностью нарушающих воздействий на уровне популяций отдельных видов, чувствительных к какому-либо фитосанитарному веществу. Последствия подобных воздействий проявляются быстро и обусловлены повышенной токсичностью таких веществ для видов растений и животных. Это вымирание определенной части особей, входящих в состав зараженной популяции, прямо пропорциональное дозе примененного вещества.

Пестицид является экологическим фактором, который не зависит от плотности популяции, т. е. какой бы ни была численность популяции, занимающей определенную территорию, данная концентрация пестицидов вызовет одинаковый процент смертности в популяции.

Другие демэкологические эффекты характеризуются замедленным действием. Например, есть пестициды, обладающие свойством накапливаться в пищевой цепи до тех пор, пока животное – пищевой объект хищника – не достигнет критического порога, с которого начинается хроническая интоксикация. Помимо высокого уровня смертности вследствие хронической интоксикации, имеется и другая форма влияния пестицидов на биологические виды, не столь явная, но не менее вредная, которая выражается в уменьшении биотического потенциала вида.

Наряду с демэкологическими воздействиями пестицидов различают и биоценотические воздействия. Так, если какое-то животное абсолютно нечувствительно к данному пестициду, все же численность его популяции может значительно уменьшиться из-за уничтожения тех растений или животных, которые служат ему добычей или пищей. С другой стороны, разрушение гербицидами растения-хозяина исключает из экосистемы тех насекомых и других беспозвоночных, для которых это растение служило пристанищем, и на котором они паразитировали.

Другие экологические последствия применения пестицидов характеризуются возрастанием численности популяций, плотность которых до применения пестицидов была относительно небольшой. Рост численности популяции может быть обусловлен исчезновением конкурирующего вида, имеющего аналогичные требования к корму и условиям гнездования или подавлением хищников и паразитов.

Применение пестицидов вызывает необратимые потрясения структуры биоценоза, часто называемого нарушением биологического равновесия. Иногда оно, как это ни парадоксально, проявляется в увеличении численности той популяции, которую собирались уничтожить.

 

Электронный адрес для связи admin@vseobiology.ru

© 2015-2017 https://vseobiology.ru | При использовании материалов сайта - прямая ссылка на vseobiology.ru обязательна.

Заказать курсовую

^ Наверх