Технологічні схеми утилізації відходів мікробіологічної, ферментативної промисловості

Размещено на http://allbest.ru

Національний університет «Львівська політехніка»

Кафедра технологій органічних продуктів

Реферат на тему:

«Технологічні схеми утилізації відходів мікробіологічної, ферментативної промисловості»

Виконав: Ст. Єрьоменко Д. Л.

Перевірив: Березовська Н. І.

Львів-2020

Вступ

Усі процеси перетворення (переміщення) матеріалів, енергії та інформації, які мають місце в біотехнології, базуються на принципі раціонального природокористування. Відомо, що екологічні проблеми виникають через локальне скупчення органічних відходів (сільськогосподарського виробництва, деревних виробництв, харчової промисловості, комунально-побутових у вигляді вологого активного мулу, гною, листя та ін.), кількість яких з часом швидко зростає.

Такі органічні матеріали містять багато речовин вуглецевого складу (це може бути суміш вуглеводів, білків, ліпідів, полісахаридів, лігніну) та неорганічних солей. Зазвичай вони слугують цінною сировиною для компостування. Компостування - це екзотермічний динамічний процес біологічного окиснення, у якому органічний субстрат (відходи) в умовах підвищеної температури й вологості підлягає переважно аеробній біодеградації за участю різноманітних живих організмів, серед яких більше 2000 видів бактерій і понад 50 видів грибів (табл. 1)

Утилізація мікробіологічних та ферментативних відходів шляхом компостування

Унаслідок перебігу процесу окиснення компостна біомаса спочатку нагрівається (її температура може перевищувати 50 °С). Охолоджуючись, компост переходить у доступну для засвоєння багатьма ґрунтовими організмами форму.

У процесі компостування під впливом абіотичних чинників (вологість, температура, термін експозиції) спостерігається зниження патогенності вірусів, а органічні речовини субстрату біохімічно перетворюються на стабільний гуміфікований кінцевий продукт, який можна використовувати в сільському господарстві як органічне добриво і засіб покращення структури ґрунту. Відходи завжди містять власні ендогенні асоціації мікробних організмів.

В аеробних умовах при підвищеному рівні вологості зростає їх ферментативна активність, завдяки чому відбувається біоконверсія складного органічного субстратного комплексу.

Процес компостування характеризується взаємодією між органічними сполуками відходів, ферментними системами ґрунтової біоти за умов достатньої вологості й доступу кисню. Отже, у цьому середовищі трофічні потреби організмів у джерелах вуглецю, азоту, фосфору, калію та певних мікроелементів забезпечуються за рахунок речовин, що містяться у відходах.

Споживаючи органічні компоненти відходів, живі організми здатні рости, розмножуватися і продукувати нові хімічні сполуки та енергію. Частина енергії (у формі АТФ) використовується ними для власних метаболічних процесів, а решта виділяється у вигляді теплоти.

Кінцева продукція описаного процесу - біокомпост, являє собою джерело стабільного органічного й неорганічного комплексу продуктів розпаду високомолекулярних сполук, біомаси відмерлих мікроорганізмів, продуктів взаємодії названих компонентів і певної кількості живих організмів.

Схему виготовлення біокомпосту подано на рис 1.

утилізація біологічний ферментативний компостування

Фізіологічними особливостями деяких організмів, що населяють компостну масу, є те, що вони, адаптуючись до несприятливих умов (підвищеної температури, висушування), утворюють ендоспори або цисти. Інші групи біоти компосту, наприклад, гриби (основні деструктори целюлози), втрачають життєздатність при температурі 55 °С.

При цьому чисельність актиноміцетів (продуцентів антибіотичних сполук) у вологому компості значно перевищує кількість бактерій і грибів (105 …108 клітин на грам субстрату).

Про наявність останніх свідчить білий або сірий наліт, що добре помітний на глибині 10 см від поверхневого шару компосту. Суттєве значення для збагачення компостної маси біологічно активними речовинами мають тваринні організми, які ефективно руйнують полімерні компоненти компосту до низькомолекулярних фрагментів і роблять їх доступними для споживання мікроорганізмами. Як свідчать наукові дослідження, до складу рослинних відходів входять, поряд з органічними (більша частина), неорганічні речовини (див. табл. 2).

На якісний склад фітомаси впливають умови вегетації рослин та їхній вік. Так, для зрілих рослин характерне більш інтенсивне накопичення високомолекулярних сполук (геміцелюлоз, целюлози, лігніну) і перехід продуктів мінералізації (солей) у ґрунт. Крім того, складові компоненти відходів життєдіяльності тварин-фітофагів залежать від їх виду та природи кормового продукту.

Компостування можна розглядати одночасно і як деструктивний, і як синтетичний процес.

Важливу роль у ньому відіграє клітинна стінка організмів, що перероблюють органічні речовини компосту. Так, розчинні низькомолекулярні органічні сполуки (вуглеводи, амінокислоти, органічні кислоти) легко проникають через клітинну стінку й метаболізуються.

При цьому найбільш стійкими до біодеградайції виявляються біополімери. У зв'язку з цим вони спочатку ферментативно гідролізуються, а потім утилізуються.

Умови компостування рослинних відходів можуть бути інтенсифіковані шляхом додавання мінеральних речовин (нітрату амонію). При цьому з часом відбувається зменшення загального вмісту сухих речовин рослинного матеріалу майже на 50 % (рис. 2).

Склад компосту залежить від того, з якої органічної сировини його виготовляють. Цей параметр може варіюватись у широких межах (див. табл. 3). Відомо, що компост, отриманий на основі сільськогосподарських відходів, містить більше органічних поживних речовин (джерел вуглецю), ніж компостний матеріал, виготовлений з побутових та промислових відходів, у якому спостерігається значний вміст важких металів. Отже, перш ніж використовувати цей продукт, необхідно контролювати наявність названих елементів.

Екологічними перевагами способу переробки відходів методом компостування є такі: - можливість утилізації вторинної сировини (повторного використання органічних відходів); Вміст сухих речовин, % 142 - одержання стабільних продуктів шляхом біоокиснення (при збереженні екологічної рівноваги середовища); - вирішення санітарно-гігієнічних проблем (процес компостування відбувається в умовах природного підвищення температури, унаслідок чого гинуть патогенні мікроорганізми); - ефективність застосування компосту для поліпшення структури ґрунтів; - позитивні наслідки внесення компосту в ґрунт як біодобрива (поліпшення гумусового стану ґрунтів, їх забезпечення комплексом NРК і мікроелементами); - присутність клейових речовин, міцелію грибів й актиноміцетів, що полегшують агрегування частинок ґрунту, його насичення органічними компонентами, які забезпечують підтримання водного балансу, активності ґрунтово-поглинального комплексу, буферності тощо; - підвищення стійкості ґрунтів до вітрової та водної ерозії. Унесення біокомпосту - це екологічно безпечний процес і його особливості зумовлені типом ґрунтів, їх властивостями та іншими природними факторами. Так, у помірному кліматі компостні органічні речовини руйнуються в ґрунтах протягом декількох років. За таких умов компост рекомендовано вносити кожні 3-4 роки. У тропіках, де розкладання органічних сполук відбувається швидше - щороку. Крім того, як уже підкреслювалось, біотехнологічне компостування органічних відходів має важливе санітарно-гігієнічне значення, бо в його процесі гинуть збудники багатьох хвороб (див. табл.4).

Висновки

Гігієнічне компостування вторинної органічної сировини відбувається протягом тривалого часу при температурі 50-60^ОС, тому воно ефективне для знешкодження цілого ряду патогенних мікроорганізмів, що видно з матеріалу табл. 4. Для знищення споротвірних збудників хвороб необхідні більш жорсткі температурні умови. Чисельність патогенних мікроорганізмів також регулюється за рахунок виділення організмами-антагоністами антибіотиків або інших інгібіторів (наприклад, аміаку).

Размещено на Allbest.ru