Міністерство освіти та науки України
Національний авіаційний університет
Кафедра
екології
Курсова робота
Утилізація
відходів біотехнологічних виробництв
Виконала:
Студентка групи ІЕБ 402
Шарова Анастасія
Прийняла:
Матвєєва О.Л.
Київ 2015
Завлання на курсову роботу
Студента Шарової Анастасії Олександрівни
. Тема роботи: Утилізація відходів біотехнологічних виробництв
. Строк здачі студентом закінченої роботи: 22 квітня 2015 року
. Зміст пояснювальної записки:
. Основні біотехнологічні виробництва,
.1 Відходи молочної промисловості,
.2 Відходи виробництва антибіотиків,
. Проблеми сучасної утилізації біотехнологічних виробництв,
.1 Розкладання складних субстратів та твердих відходів,
.2 Утилізація відходів спиртового виробництва,
.3 Утилізація відходів харчового виробництва.
. Дата видачі завдання: 7 квітня 2015 р.
Студент_________
Керівник________ Матвєєва О.Л.
"__" _______ 2014 р.
Реферат
біотехнологічний виробництво утилізація відходи
Пояснювальна записка до курсової роботи
"Утилізація відходів біотехнологічних виробництв": 26 с., 3 рисунки, 5 літературних джерел.
Утилізація, відходи, промисловість, біотехнологічне виробництво.
Об’єкт дослідження -відходи біотехнологічних виробництв.
Предмет дослідження - вивчення методів утилізації відходів біотехнологічних виробництв.
Мета роботи - розглянути загальні методи утилізації відходів біотехнологічних виробництв та детальніше розглянути найбільш вигідні методи для навколишнього середовища.
Метод дослідження - аналогічний, пошук та аналіз літературних джерел.
Результатом роботи є дослідження методів утилізації відходів виробництв
молочної продукції, антибіотиків та харчової промисловості.
Зміст
Вступ
Розділ 1. Основні відходи біотехнологічних виробництв
.1 Відходи молочної промисловості
.2 Відходи виробництва антибіотиків
.3 Загальні вимоги до знешкодження відходів біотехнологічних виробництв
Розділ 2. Проблеми сучасної утилізації відходів біотехнологічних виробництв
.1 Розкладання складних субстратів та твердих відходів
.2 Утилізація відходів спиртових виробництв
.3 Утилізація відходів харчових виробництв
Висновки
Список використаної літератури
Додаток
Сучасна біотехнологія - це напрямок, покликаний вишукувати шляхи промислового застосування біологічних агентів і процесів. Це комплексна багатопрофільна область, що включає мікробіологічний синтез, генетичну, білкову та клітинну інженерію.
Біотехнологія в основному спирається на використання мікроорганізмів. Тому знання, накопичені мікробіологією про різноманіття світу, про будову, генетиці, фізіології, мінливості, екології мікробів створюють наукову основу для розвитку багатьох біотехнологічних виробництв.
Завдяки антропогенній діяльності людини (промислової, сільськогосподарської, побутової і т.д.) постійно відбувається зміна фізичних, хімічних та біологічних властивостей навколишнього середовища, причому більшість з цих змін дуже несприятливі.
Прекрасним прикладом такого впливу служить впровадження нових, більш досконалих методів біотехнологічної переробки відходів.
Одне з найбільш важливих напрямків біотехнології - контроль за забрудненням навколишнього середовища і створення безвідходних технологій.
Останнім часом різко збільшилася кількість і
ускладнився якісний склад речовин, що забруднюють середу. Бурхливий розвиток
хімії і її впровадження в народне господарство поряд з величезним економічним
ефектом і багатьма блискучими досягненнями несе певну небезпеку в сенсі
порушення сформованих протягом сотень тисяч років взаємодоповнюючих мешканців
біосфери. Найбільш небезпечні забруднення навколишнього середовища шкідливими
для здоров'я людини отруйними, канцерогенними і мутагенними речовинами.
Розділ 1. Основні відходи біотехнологічних виробництв
Промислові відходи умовно можна розділити на дві категорії:
1. Відходи виробництв, заснованих на використанні біологічних процесів (виробництво харчових продуктів, напоїв, ферментація).
. Відходи хімічної промисловості.
У першому випадку відходи мають різний склад і звичайно переробляються шляхом біологічного окислення, як це робилося традиційно у випадку побутового сміття. Однак такий спосіб економічно невигідний, і в цей час широко обговорюється питання про можливості зменшення обсягу розведених стічних вод або їхнього безпосереднього використання - трансформації (для одержання біомаси або інших цінних продуктів).
Розглянемо методи біологічної переробки промислових відходів на прикладі
молочного виробництва.
1.1 Відходи молочної промисловості
Сироватка - є побічним продуктом сироваріння. Її склад залежить від типу використовуваного молока й вироблюваного сиру. У висушеному або концентрованому вигляді сироватка застосовується як корм для тварин; однак її недоліком є те, що вона не збалансована з погляду вмісту поживних речовин: у сироватці занадто велика концентрація мінеральних речовин і лактози. Розроблено способи добування із сироватки білків шляхом ультрафільтрації, осадження або виділення за допомогою іонного обміну. З такого білку можна одержувати білкові гідролізати, використовуючи для цього ферментери. Після добування білків одержують більші обсяги фільтратів з високими концентраціями лактози (35-50 г/л), мінеральних речовин, вітамінів і молочної кислоти, і зявляється проблема подальшого їхнього використання. Якщо перетворити лактозу в молочну кислоту при участі молочнокислих бактерій, то вийде джерело вуглецю, що може зброджуватися дріжджами. Після зброджування не обов'язково відокремлювати мікроорганізми від середовища, обсяг якого можна зменшити й одержати збагачену білком сироватку.
Із сироватки одержують не тільки білкові продукти, але й сировину для
біотехнологічної промисловості (наприклад, етанол). Шляхом хімічного гідролізу
лактози з наступним видаленням глюкози з розчину за допомогою ферментації можна
одержати галактозу. У результаті гідролізу лактози фільтрат стає більше солодким;
на сучасних установках такий гідроліз здійснюється за допомогою галактозідази.
Гідролізований фільтрат не тільки знаходить застосування в харчовій
промисловості, але й може виявитися корисним при вирішенні проблем, пов'язаних
з недоліком ферментів у деяких тварин і при неспийняттям лактози у людини. Із
сироватки одержують й інші хімічні сполуки: лактозу, лактулозу й лактобіонову
кислоту.
1.2 Відходи виробництва антибіотиків
Основні відходи, що утворюються в результаті виділення і хімічного очищення антибіотиків, наступні: відпрацьовані нативні розчини, водні маткові і промивні розчини, водні розчини кислот і лугів після регенерації іонообмінних смол, відпрацьоване активоване вугілля, кубові залишки після регенерації розчинників. У цих відходах шкідливу частку становлять антибіотики і продукти їх деструкції, а також органічні розчинники.
Принципові завдання вдосконалення технології отримання антибіотиків з нативних розчинів з точки зору скорочення відходів виробництва полягають у підвищенні виходу цільових продуктів і тим самим зниження втрат антибіотика, зниженні витрат сировини на стадіях і підвищенні ефективності регенерації органічних розчинників.
Істотне зниження втрат антибіотиків у процесі їх виділення може бути досягнуто шляхом вирішення комплексу задач: удосконалення процесу ферментації з метою підвищення якості культуральних рідин; проведення ефективної очистки нативних розчинів від домішок, що ускладнюють процеси виділення антибіотиків; скорочення числа технологічних стадій; зменшення тривалості процесів; використання ефективного високопродуктивного обладнання.
Так, застосування ефективного очищення та підготовки нативних розчинів пеніциліну дозволяє підвищити концентрацію переробляються нативних розчинів на 30-40% і відкриває можливість застосувати скорочену схему екстракційної очистки антибіотика, що знижує приблизно вдвічі витрата бутилацетата при екстракції і активованого вугілля на очищення екстракту. При цьому досягається зменшення втрат антибіотика на 15-30%, що відповідно знижує кількість вступників у відходи антибіотика і продуктів деструкції.
Частина утворюються міцеліальних відходів утилізується в сільському господарстві. Це міцеліальні маси продуцентів пеніциліну, тетрацикліну і хлортетрациклина. Застосування міцеліальних відходів для годівлі великої рогатої худоби збільшує середньодобові прирости на 16-58%. Витрата кормів при цьому знижується на 10-30%.
Однак більше двох третин утворюється міцелію утилізується у відвали,
систему стічних вод або спалюється, що не можна назвати прийнятним з позиції
забруднення ґрунтів і завантаження очисних споруд.
.3 Загальні вимоги до знешкодження відходів біотехнологічних виробництв
Мікробіологічні та біотехнологічні виробництва та їх продукція можуть робити на людину, тварин і рослинний світ наступні види шкідливого дії:
Розвиток інфекційних, паразитарних та інших захворювань;
Токсична дія;
Аллергенное дію;
Загальне і місцеве неспецифічне (подразнюючу) дія;
Дія на генетичний апарат клітин;
Вплив на екологічну обстановку.
Можна виділити наступні загальні вимоги до біобезпеки мікробіологічних і біотехнологічних виробництв та їх продукції:
) Безпека означає відсутність фактичного або прогнозованого небажаного впливу мікроорганізмів, їх модифікованих варіантів, генно-інженерних матеріалів, обладнання та лабораторних тварин, використовуваних у виробництві і контролі препаратів, на здоров'я людини і тварин, а також на навколишнє середовище.
) необхідно мати повну інформацію про використовувані у виробництві мікроорганізмах, їх генно-інженерних варіантів, матеріалах, устаткуванні і тварин;
) для визначення безпеки мікробіологічної та біотехнологічної продукції необхідно використовувати інформативні лабораторні методи, що дозволяють отримати дані, імовірно корелюють з її безпекою для людей і тварин. Висновок про безпеку мікробіологічної та біотехнологічної продукції повинно базуватися на комплексній оцінці шкідливого дії продукції на організм людини і тварин, а також на навколишнє середовище при короткочасному і тривалому впливі;
) виробничий процес повинен бути організований таким чином, щоб забезпечити його безпеку всередині і поза виробничих приміщень і передбачати превентивні дії для недопущення випуску в навколишнє середовище потенційно небезпечних мікроорганізмів (токсинів), їх генно-інженерних варіантів, а також матеріалів і речовин, що використовуються в виробництві;
) кожен виробник повинен забезпечувати безпеку мікробіологічної та біотехнологічної продукції і гарантувати її відповідність призначенню і вимогам нормативної документації і зобов'язаний забезпечувати моніторинг безпеки продукції після розміщення її на ринку. Аналогічні обов'язки покладаються на уповноважені органи виконавчої влади в галузі охорони здоров'я.
) для контролю над дотриманням на виробництві режиму безпеки та аналізу надзвичайних випадків порушення безпеки повинен бути створений постійно діючий орган (комісія) по режиму безпеки. На кожному виробничому ділянці повинен бути співробітник, відповідальний за дотримання безпеки.
Біотехнологічні відходи ставляться, як правило, до типу розкладаються в природних умовах під дією різних факторів (біологічних - мінералізація за участю мікроорганізмів, хімічних - окислення, фізико-хімічних завдяки комплексному впливу, наприклад, променевої енергії і хімічних речовин). Однак вони можуть містити патогенні мікроорганізми, залишки курячих ембріонів при культивуванні, наприклад, вірусу грипу, деякі тканинні культури ссавців і т.д., а також органічні та неорганічні речовини, використовувані в біотехнологічному процесі, які при попаданні в навколишнє середовище можуть послужити причиною екологічної катастрофи.
Тому на підприємстві повинні бути створені умови для запобігання розкрадань підлягають знищенню допоміжних матеріалів, вихідної сировини, відходів і забракованої продукції, з метою виключити потрапляння використовуваних мікроорганізмів і відходів у навколишнє середовище.
Якість відходів диктує вибір методу їх знешкодження. Так, патогенні мікроби - продуценти сильних отрут (токсинів) повинні бути знешкоджені повністю, і найбільш ефективний спосіб для цього - спалювання. Нетоксичні відходи по можливості відправляють на утилізацію, наприклад біомаса клітин стрептоміцетов після термічної обробки може бути спрямована на корм худобі.
Загальні вимоги до збору, знезараженню та зберігання відходів повинні включати наступні положення:
Інфіковані відходи виробництва повинні поміщатися в спеціальні промарковані контейнери, конструкція яких повинна бути герметичною, вологонепроникної, що перешкоджає контакту сторонніх осіб, тварин і членистоногих.
Всі матеріали і рідкі відходи, контаміновані мікроорганізмами I-IV груп патогенності, повинні бути знешкоджені термічним або хімічним способом перед їх спуском в каналізацію незалежно від наявності стерилізуючих установок в каналізаційній системі. Рідкі відходи не повинні зберігатися у виробничих будівлях.
Для знешкодження стічних вод з підрозділів, що працюють із збудниками I-II груп патогенності і спороутворюючими бактеріями III групи патогенності, повинні бути змонтовані спеціальні знешкоджують установки (Монжус з паровим обігрівом або стерилізатори безперервної дії), що дозволяють проводити термічну обробку стічних вод за спеціально встановленим режимам , що забезпечує повне знезараження. Каналізаційні трубопроводи від приймачів відходів до стерилізуючих установок повинні бути виконані з нержавіючої сталі на зварних з'єднаннях і забезпечені пристосуваннями для пропарювання.
Інфіковані тверді відходи і біологічні відходи віварію повинні знищуватися спалюванням в спеціальних установках для термічного знешкодження. Забороняється спалювання заражених відходів та трупів тварин у топках котелень і сміттєспалювальних печах загального призначення.
При знешкодженні щільних відходів в мікробіологічних виробництвах лише вбивання необхідно мати на увазі антигенні особливості такої мікробної біомаси, - в будь-якому випадку необхідно виключити сенсибилизирующее дія її на макроорганізми щоб уникнути виникнення алергічних захворювань.
В аеротенках очисних споруд, де відбувається знешкодження рідких відходів, лімітують факторами виступають головним чином якість і площа біологічної плівки, що складається з мікро- і макрофлори, мікро- і макрофауни. У цьому зв'язку необхідно бути переконаним, що привносяться щільні відходи, багаті органічними речовинами, не приведуть до погіршення роботи аеротенків.
Якщо за технологічною схемою щільні і рідкі відходи подаються у воду у
вигляді змішаного стоку, то спочатку здійснюють грубе поділ перших від других,
потім проводять віджим вологи з подальшою передачею ущільненої біомаси клітин
на знешкодження вищевказаними шляхами.