Экологические аспекты современной биотехнологии

Таблица 3. Характеристика стоков мясокомбинатов

Таблица 4. Характеристика стоков рыбных заводов (Loehr, 1984)

Обработка рыбы

влажная

сухая

Приготовление лососины Обработка крабов Приготовление селедки Приготовление рыбных ма-ринадов Производство рыбной муки

600--1200

100--1100

173--3900

320--1000

3200--5800

6900--14000

46 000--490 000

150--960

30--230

88--7400

135--660

1150--5300

1500--4600

7600--21 500

1

19

21 85

Из табл. 3 видно, что показатели стоков мясокомбинатов сильно варьируют. При переработке на мясо птицы до 30 % первоначальной массы переходит в отходы. Сухие отходы --- перья -- утилизируют, в том числе их используют для получения кормовых добавок.

Сточные воды на предприятиях, перерабатывающих рыбу, сильно различаются по содержанию сухого вещества и ВПК. В среднем при переработке 1 т рыбы расходуется около 5 т воды, а ВПК стоков составляет обычно от 103 до 104 мг/л. Однако при производстве рыбной муки ВПК стоков достигает 300000 мг/л.

Прежде чем подвергнуть стоки после обработки рыбы био-логической очистке, необходимо изыскать максимальные возмож-ности получения из них полезных продуктов.

Сильно загрязненными являются также стоки крахмалопаточных, сахарных заводов и бродильных производств. Эти стоки подвергают, как правило, биотехнологической обработке с целью обезвреживания.

Совершенно другая ситуация с отходами сельского и лесного хозяйства. При производстве зерна в среднем на 1 т приходится 1 т соломы. Солома используется как корм, подстилочный мате-риал, сырье для компостов, топливо, а также как сырье для получения бумаги, кормовых дрожжей и пр. Отходы сельского и лесного хозяйства необходимо рассматривать как перспективное возобновляемое сырье для биотехнологической промышлен-ности.

Роль биотехнологии в защите и оздоровлении

биосферы

Биотехнология должна помочь сельскому хозяйству получить продукты питания с минимальным применением средств химизации. На основе генетической и клеточной инженерии необходимо создать высокоурожайные, болезнестойкие сорта культурных рас-тений, что позволит исключить ядохимикаты. Важное место здесь отводится клеточной инженерии и меристемной технологии. На основе достижений современной генетики и биотехнологии пред-ставляется возможным изменить потребительские свойства сель-скохозяйственных продуктов с тем, чтобы отпала необходимость применять для корма животных и птицы различные добавки хи-мического или микробного синтеза (кормовые дрожжи, лизин, витамины и др.), производство которых связано с определенной экологической опасностью. В качестве примера можно привести создание высоколизинового сорта ячменя в Дании (Мунск, 1995). Этот ячмень содержит 6 г/кг лизина (против 3,8 г/кг в обычном ячмене).

Следует расширить производство бактериальных удобрений (особенно нитрагина), биологических средств борьбы с болезнями растений и их вредителями, биологических консервантов кормов.

Для повышения плодородия почвы необходимо применять органические удобрения, компосты и обезвреженные путем метано-вого брожения жидкие отходы животноводческих ферм.

Биотехнология должна создать рациональные и безвредные для человека и среды процессы конверсии продуктов сельского хозяйства в более ценные товарные формы. То же касается химического сырья, которое можно превращать в биологически безвредные формы.

Биотехнология призвана сыграть значительную роль при создании безотходных технологий и, конечно, при разработке раз-личных схем очистки производственных стоков и твердых отходов.

Однако нельзя забывать, что биотехнологические производства сами по себе могут быть опасными как для обслуживающего персонала, так и для потребителей продукции. Таких примеров можно привести много.

Достижения современной биологии дают новые эффективные средства индикации биологического загрязнения окружающей среды. Необходимо отметить методы, основанные на использова-нии моноклинальных антител, или иммуноферментные, а также электроды с иммобилизованными ферментами. Посредниками для индикации определенных соединений в воде или почве могут быть различные биологические объекты, которые аккумулируют эти вещества. Например, в печени рыбы накапливаются пестициды, тяжелые металлы, сбрасываемые в водоем, где обитает такой посредник.

Предприятия микробиологической промышленности по действующим в России правилам должны обеспечить такую обработку стоков, чтобы они отвечали следующим требованиям.

Содержание, мг/л взвешенных частиц азота хлоридов, мг/л

До 0,25 2,0

300,0

6

Назовем основные биотехнологические методы, которые могут быть применены для оздоровления и защиты окружающей среды, в том числе для обеспечения экологически чистого производства на самих биотехнологических предприятиях (табл. 5).

Таблица 5. Биотехнологические методы зашиты окружающей среды

Народное хозяйство

I

Здравоохранение и ве-теринария

Сельское хозяйство

Создание безотходных технологических процес-сов

Создание препаратов для борьбы с возбудителями болезней человека и жи-вотных

Создание растений, ус-тойчивых к болезням и вредителям

Биологические методы Сельское и лесное хо-борьбы с болезнями и зяйство вредителями растений

Сельское хозяйство

Бактериальные удобре-ния и стимуляторы роста растений

То же

Создание культурных ра-стений, способных фикси-ровать атмосферный азот без участия микроорга-низмов

Получение из отходов полез-ных продуктов или обезвре-живание их

Средства для диагностики, иммуностимуляторы, вакци-ны, антибиотики и др.

Получение методами генети-ческой и клеточной инжене-рии культурных растений, при возделывании которых отпадает необходимость ис-пользования ядохимикатов как средств борьбы против вредителей и болезней Специальные микробиологи-ческие или другие биологи-ческие препараты селектив-но уничтожают вредных на-секомых, грызунов или воз-будителей болезней Усиление биологической фиксации атмосферного азо-та, мобилизации фосфора; ускорение роста органов ра-стений; снижение потребно-сти в минеральных удобре-ниях

Перенос методами генетиче-ской инженерии в геном ра-стений генов от микроорга-низмов, определяющих фик-сацию

Аэробная биологическая очистка стоков

Коммунальные и произ-водственные сточные во-ды

То же

Анаэробная биологиче-ская очистка стоков

В аэротенках спонтанная микрофлора в присутствии кислорода утилизирует орга-нические вещества стоков и накапливается биомасса -- активный ил. Содержание СВ снижается на 50 % В метантенках анаэробная микрофлора утилизирует ор-ганические вещества, в том числе активного ила, полу-ченного после аэробной об-работки с образованием био-газа (95% от переработан-ного органического вещест-ва)

Селективная утилизация Промышленные стоки индивидуальных химиче-ских соединений стоков

Управляемое компостиро- Сельское хозяйство, го-вание твердых отходов родские свалки

Детоксикация почвы от Почва пестицидов и других хи-мических загрязнений

Специально адаптированные культуры микроорганизмов обычно в иммобилизованном виде утилизируют опреде-ленные вредные вещества (фенол, кислоты и др.) При аэрации твердых отхо-дов ускоренно происходит микробная деструкция части компонентов субстрата с об-разованием компоста Промыванием почвы и мик-робиологической обработкой промывных вод достигается утилизация вредных соеди-нений, накапливающихся в почве при химизации сель-скохозяйственного производ-ства

Биосорбция металлов Сточные воды

Диагностика степени за- Сточные воды, почва,
грязнения среды воздух

В специальных биофильтрах микроорганизмы селективно сорбируют из сточных вод определенные металлы, в том числе радиоактивные При помощи моноклональ-ных антител или иммунофер-ментного анализа опреде-ляют присутствие вирусов и бактерий. При помощи фер-ментов контролируют при-сутствие в среде определен-ных веществ

Экологическая биотехнология бурно развивается, появляются

системы для утилизации органических и неорганических веществ, загрязняющих среду и попадающих в нее с жидкими и газовыми

выбросами. В аэробных и анаэробных условиях обычно с помощью иммобилизованных культур микроорганизмов в жидких стоках разрушают большое количество органических соедине-ний. Примером может быть окисление сульфидов до сульфатов в жидких стоках аутотрофными бактериями Thiobacillus denitrificans, иммобилизованными в геле альгината. Процесс происходит в анаэробном биофильтре. В гель включают также СаСОэ для поддержания буферности и ионы Са2+ в качестве структури-рующего фактора в гранулах альгината. Такая система обеспечи-вает утилизацию сульфидов из раствора в течение 12 сут при их концентрации 26 промиль (К. L. Sublette, 1988).

Учёными-биотехнологами разработана также биотехнологическая система для окисления металлов в грязеобразной среде с содержанием сухого вещества 10--30 %. Так, бактерии рода Leptespirillum окисляют ртуть, серебро, молибден, селен и др. (Е. A. Griffin et. al., 1989). Достаточно широко практикуют денитрификацию стоков, биологическую утилизацию фосфора и удаление из стоков углеводо-родов нефти.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОКОВ

Известно, что в естественных условиях в водоемах и в почве происходит биологическое самоочищение. Но как только концентрация вредных веществ превышает критическую, развитие живых организ-мов, а также процесс биологического самоочищения нарушается. Под влиянием чужеродных вредных веществ нарушается уста-новившееся равновесие, возникают нежелательные изменения, отрицательно воздействующие на здоровье человека и его хо-зяйственную деятельность.

К веществам, загрязняющим водоемы и почву относят:

различные яды и вредные вещества -- соли тяжелых металлов, мышьяк, цианиды, фенолы, анилин, пестициды и др., ингибирующие активность ферментных систем, связывающие кислород или нарушающие жизненные процессы;

кислоты и щелочи, изменяющие реакцию среды в природ-ных водоемах и приводящие к нарушению равновесия в живых
системах;

поверхностно-активные вещества, которые в последнее время с развитием химической промышленности все чаще попада-ют в природные водоемы, образуя слой пены на поверхности.

Эти вещества очень опасны, так как часто недоступны воздейст-вию микроорганизмов и не разрушаются;

4) растворимые органические вещества, содержащие углерод
и азот, нефтепродукты, углеводы и т. д.

Данная группа веществ используется микроорганизмами в качестве субстрата и способствует их чрезмерному размножению в водоемах. В свою очередь, это приводит к увеличению расхода растворенного в воде кислорода и развитию анаэробной, гнилостной микрофлоры, что вызывает вымирание других форм жизни. В таких условиях могут развиваться микроорганизмы, опасные для здоровья человека, например сульфатредуцирующие бактерии, в результате действия которых появляется неприятный запах сероводорода и т.д.;

5) нерастворимые органические соединения -- крахмал, цел-люлоза, лигнин, другие высокомолекулярные вещества, которые в виде плавающих частиц поступают в водоемы и вызывают пос-ледствия, схожие с действием веществ предыдущей группы;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6