Материал: 3365

очистки с активным илом, где соединения деградируют. Для повышения эффективности улавливания в воду могут вводиться специальные абсорбционные добавки.

Для обеспечения активной жизнедеятельности микроорганизмов в растворе поддерживается определенная минимальная концентрация биогенных веществ: азота и фосфора. Очищенный абсорбент вновь подается на орошение в абсорбер. Установка имеет замкнутый цикл циркуляции абсорбента и не имеет стоков (рис.2).

Рисунок 2. Биоскруббер.

1 – вентилятор; 2 – абсорбер (скруббер); 3 – массообменная решетка; 4 – биореактор; 5 – насос; А – абсорбент; В– вентиляционный воздух; АД – абсорбционные добавки; БД – биогенные добавки; СВ – сжатый воздух.

Биоскрубберы особенно хорошо подходят для очистки отходящих потоков с высокой концентрацией загрязняющих веществ, так как массообмен и деградация происходят в разных местах. Таким образом, промывная колонна и биореактор могут быть оптимизированы отдельно. Биоскрубберы особенно хорошо подходят для удаления соединений с относительно низким коэффициентом разделения (Н<0,01-0,05). Биоскрубберы предназначены для мокрой очистки вентиляционного воздуха от вредных органических веществ в литейных, покрасочных, деревообрабатывающих, мебельных, химических и других производствах.

Производительность биоскрубберов существенно выше по сравнению с биофильтрами, при этом эффективность очистки также довольно высока. Например, применение биоскрубберов для очистки отходящих газов металлургических предприятий дает следующие показатели: производительность 120 000 м3/ч, снижение интенсивности запаха воздуха от 75 до 85 %, степень конверсии органических примесей – 50 %.

Преимущества и недостатки биоскруббера:

«+» - Возможность контроля и моделирования процесса;

-Высокий коэффициент массопередачи;

-Обработка потоков с высокими концентрациями загрязнителей;

-Высокая стабильность в работе;

-Занимают меньшую по сравнению с биофильтрами площадь;

-Производительность существенно выше;

-Не образуют стоков.

«−» - Высокие капзатраты;

-Высокие текущие расходы;

-Образование избыточной биомассы;

-Эффективны только для удаления хорошо растворимых токсических веществ.

Загрязнители с относительно низкой растворимостью в воде могут также быть эффективно удалены при помощи мембранного реактора (рис.3). В нѐм газовый поток отделяется от жидкости с питательными элементами микропористой мембраной, которая избирательно проницаема для загрязняющих веществ.

Рисунок 3. Мембранный биореактор .

Богатая питанием жидкая среда инокулируется микроорганизмами, способными разрушать токсиканты. Органические соединения так же как кислород переносятся из газовой фазы к мембране. После прохождения через неѐ, соединения разлагаются микроорганизмами, которые либо иммобилизованы на мембране, либо присутствуют в массе жидкости. Жидкая фаза поддерживается в резервуаре, куда постоянно доставляются кислород и питательные элементы, поддерживаются постоянные температура и рН. Мембраны могут быть как гидрофобными, так и гидрофильными.

Вопросы для самоконтроля

2.Дайте характеристику очистки газовоздушных выбросов с помощью биофильтров.

3.Когда рекомендуется применять биоскрубберы?

Тема 4. Компостирование и биодеградация растительных отходов

Многие современные экологические проблемы возникают из-за локального накопления органических отходов, количество которых слишком велико для естественного потенциала биодеградации. Если возможно, эти отходы утилизируют, например, ботва сахарной свеклы и рубленая солома используются как корм для скота. Некоторое количество таких отходов идет на приготовление питательного субстрата для выращивания культур грибов (шампиньонов, вешенок, шиитаке, зимних опят и др.), высококачественного компоста для садов и огородов. Из небольшой части твердых растительных отходов получают топливо.

Компостирование, с одной стороны, позволяет получить ценный продукт, а с другой—является процессом очистки, делающим низкоактивные отходы более экологичными для биоценозов. Гумифицированные продукты быстро приходят в равновесие с экосистемой, в которую их внесли, и не вызывают серьезных нарушений в ней, как это бывает при внесении непереработанных твердых 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 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 позволяет сохранить часть теплоты, выделяющейся при ферментации, и достигнуть более высокой скорости реакции.

Компостирование представляет собой динамический микробный процесс, в котором принимают участие более 2000 видов бактерий и 50 видов грибов. Обычно в начале процесса компостирования преобладают мезофильные микроорганизмы, которые начинают активно размножаться, потребляя легко усвояемый субстрат. Постепенно температура повышается,

происходит гибель мезофильных бактерий и грибов и наблюдается рост термофильных бактерий. В течение термофильной фазы наиболее легко разлагаемые субстраты (полисахариды, крахмал, жиры, белки) быстро потребляются, и скорость реакции начинает падать после того, как в нее вовлекаются более устойчивые субстраты. На последующих стадиях численность термофильных бактерий снижается и увеличивается доля актиномицетов. По мере остывания компоста возрастает количество целлюлолитических и лигнинолитических грибов. Компост, остывая, становится доступным для широкого ряда простейших и микрофауны.

Первые три стадии компостирования(мезофильная, термофильная и остывания) протекают очень быстро — за дни или недели. Заключительная стадия — созревание, в течение которой потери массы и тепловыделение малы, длится несколько месяцев. В течение этой стадии происходят сложные реакции между остатками лигнина из отходов и белками погибших микроорганизмов, приводящие к образованию гуминовых кислот.

Периодическое механическое перемешивание способствует аэрации, диспергированию крупных фрагментов субстрата, что увеличивает удельную поверхность, необходимую для биодеградации. Однако чрезмерное перемешивание приводит к охлаждению и высыханию компостируемой массы, разрывам мицелия актиномицетов и грибов.

Смешение низкоактивных отходов типа соломы с отходами жизнедеятельности животных позволяет решать проблему гигиенического удаления последних. При компостировании достигаются температуры, при которых погибают патогенные микроорганизмы, сорняки и их семена.

Компост представляет собой в первую очередь средство для улучшения структуры почвы и в некоторой степени удобрение. Некоторые отходы растениеводства служат для образования силоса. Сущность силосования заключается в том, что в свежей растительной массе, плотно уложенной в непроницаемые для воздуха силосные сооружения, в результате биохимических процессов постепенно накапливаются органические кислоты, преимущественно молочная, которые служат консервирующим средством, предохраняя, при определенной концентрации, растительную массу от дальнейшего разложения и порчи. Для приготовления силоса используют специально выращиваемые растения, а также ботву корнеплодов, картофеля и бахчевых культур, остатки технических производств (свекловичный жом, хлебная и картофельная барда, картофельная мезга, виноградные выжимки). Микробиота силоса развивается, как правило, из эпифитных микроорганизмов, которые уже присутствуют на поверхности растения. Основными микроорганизмами, участвующими в силосовании, являются молочнокислые бактерии Lactobacillus иStreptococcus. Таким образом, силосование позволяет получить питательный корм для животных, а также избежать значительного поступления растительных отходов в окружающую среду.

В результате компостирования создаются такие конечные продукты (% от исходящего объѐма отходов): компост (40-50% по массе); газы (40-50% по

массе); остаточные материалы(10% по массе). К остаточным продуктам относятся пластмасса и другие материалы, которые не разлагаются, а также не компостные органические материалы, какие, возможно, необходимо вернуть в процесс компостирования.

Вопросы для самоконтроля

1.Что представляет собой компост?

2.Какие факторы влияют на его формирование?

3.Какие микроорганизмы участвуют в процессе компостирования?

4.Перечислите основные стадии компостирования.

Тема 5. Биоремидиация водных и почвенных систем

Нефть, попадая в почву, вызывает в ней значительные, а порой необратимые изменения: образование битуминозных солончаков, гудронизацию и т.д Особую нагрузку при этом испытывает почва, что проявляется в ухудшении еѐ морфологических и физико-химических свойств, угнетении самоочищающей способности и негативных изменениях развития и функциональной активности организмов почвенного биоценоза. Аварийные и хронические разливы нефти приводят к быстрой потере продуктивности земель или полной деградации ландшафтов. Ограниченность земельных ресурсов ставит неотложную задачу возврата в хозяйственное использование всех нарушенных и деградированных почв.

Также нефть и нефтепродукты оказывают негативное влияние на живые организмы и, в первую очередь, на сосудистые растения, которые вследствие прикрепления к субстратам (почве) постоянно подвергаются воздействию как глобального, так и локального загрязнения, и могут поглощать разнообразные загрязнители. Растения являются основой любого биогеоценоза, и поэтому отклонения биохимических, физиологических реакций растений, весьма чувствительных к изменению условий среды, могут служить индикатором ее состояния.

В процессе своей жизнедеятельности растения входят в сложные взаимоотношения с микроорганизмами, населяющими почву. В естественных условиях обитания микроорганизмы, окружающие растения, влияют на их рост и развитие.

Загрязнение природной среды вызывает ответные реакции во всех компонентах экосистемы, в том числе и в растительно-микробных комплексах, нарушая сложившиеся тысячелетиями механизмы их взаимодействия.

Несмотря на то, что технология добычи и транспортировки нефти постоянно совершенствуется с учетом защиты окружающей среды (ОС), актуальность проблемы не снижается. Такая экологическая проблема