- •Дисциплина «Органическая и биоорганическая химия»
- •2.Дисциплина «Биотехнология микроорганизмов»
- •Дисциплина «Биохимия»
- •5. Липиды. Биологические функции, свойства, классификация. Триацилглицерины: строение, свойства.
- •Дисциплина «Клеточная биотехнология»
- •4.Дисциплина «Медицинская и ветеринарная биотехнология»
- •5.Дисциплина «Физиология растений»
- •6. Дисциплина «Биотехнология растений»
- •7.Дисциплина «Биотехнология животных»
- •8.Дисциплина «Общая и молекулярная генетика»
- •9. Дисциплина: «Микробиология и вирусология»
- •10. Дисциплина «Экологическая биотехнология»
- •3.Биологические методы очистки сточных вод. Анаэробная очистка.
- •2.Кисломолочные продукты, приготовляемые на заквасках термофильных молочнокислых бактерий. Характеристика, классификация, основы производства.
10. Дисциплина «Экологическая биотехнология»
3.Биологические методы очистки сточных вод. Анаэробная очистка.
Для очистки сточных вод широко используются два типа биологических процессов: 1) аэробные процессы, в которых микроорганизмы используют кислород, растворенный в сточных водах; 2) анаэробные процессы, в которых микроорганизмы не имеют доступа ни к свободному растворенному кислороду, ни к другим, предпочтительным в энергетическом отношении акцепторам электронов, таким как нитрат-ион. В этих условиях микроорганизмы могут использовать углерод, входящий в состав органических молекул, в качестве акцептора электронов. Аэробный процесс: С6Н12О6+6О2–>6СО2 +6Н2О+ микробная биомасса + тепло. Анаэробный процесс: С6Н12О6–>3СН4 +3СО2+ микробная биомасса + тепло.
При очистке сточных вод наиболее широко применяемым анаэробным процессом является сбраживание ила, однако самые совершенные аппараты уже используются для очистки сельскохозяйственных и промышленных стоков и разрабатываются для очистки бытовых стоков. При выборе между аэробными и анаэробными процессами обычно склоняются в сторону первых, т.к эти системы признаны более надежными, стабильными и лучше изученными. Однако анаэробные процессы имеют несколько несомненных преимуществ. 1. В анаэробных процессах образуется меньше ила, чем в аэробных. Стоимость переработки ила может быть весьма большой из-за его высокой влажности. (90-99,7%). В аэробных процессах образуется от 1 до 1,5 кг биомассы (ила), в то время как в анаэробных – только 0, 1-0,2 кг на каждый удаленный килограмм БПК. 2. В анаэробных процессах образуется метан, который может использоваться как горючее. 3. Даже без учета использования метана в качестве источника энергии, потребность в энергии на аэрацию в аэробных процессах повышает потребность в энергии на перемешивание при анаэробных процессах.
Анаэробный процесс очистки сточных вод-- процесс разрушения органических веществ микроорганизмами при отсутствии кислорода воздуха. При анаэробном преобразовании органических субстратов в метан под воздействием микроорганизмов (бактерии, анаэробный ил) должны быть последовательно реализованы 4 стадии разложения:1) гидролиза ( гидролитики) отдельные группы орган. загрязнений (углеводы, протеины, липиды/ жиры) преобразуются сначала в соответствующие мономеры (сахара, аминокислоты, жирные кислоты) Разложение белков, жиров и углеводов происходит не полностью, а до определенного предела, обусловленного составом сложного субстрата. 2) ацидогенез ( бродильщики)-- далее эти мономеры в ходе ферментативного разложения преобразуются в короткоцепочечные органические кислоты, спирты и альдегиды. 3) ацитогенез (ацетогены) -образованные продукты затем окисляются дальше в уксусную кислоту при этом выделятся водород. 4) метаногенез (метаногены) - завершающая стадия, где образуется метан и выделяется побочный продукт углекислый газ (CO2). Соотношение промежуточных и конечных продуктов в процессе метанового брожения зависит от состава среды, условий ферментации и присутствующей микрофлоры.
Стадия кислотообразования. В стадии кислого брожения в метантенке обнаруживаются разнообразные бактерии (Bac. subtilis, Pseudomonas aeruginosa, Micrococcus), грибы (Penicillium, Fuzarium, Mucor и др.) и даже простейшие (жгутиковыми, корненожками и ресничными инфузориями), поступающие в метантенк с активным илом.
Стадия газообразования. Образовавшиеся на первой стадии продукты неполного окисления, такие, как низшие жирные кислоты и низшие спирты, подвергаются дальнейшим превращениям, в результате которых в значительном количестве образуются метан и двуокись углерода. Вследствие разрушения органических кислот реакция среды становится щелочной, и поэтому вторую стадию в метантенке называют щелочным брожением, или стадией газообразования. Основную роль на стадии газообразования играют метановые или метанобразующие бактерии. Метановые бактерии относятся к строгим анаэробам (Metanobacterium, Methanosarcina, Methanococcus) Процессы брожения осуществляются в специальных аппаратах - метатенках.. В отличие от аэротенковв них поступает, как правило, не самасточная жидкость, а концентрированный осадок, выпадающий в отстойниках. Метантенки- это емкости с газонепроницаемой крышей. В метантенке органическая масса перемешивается механическими мешалками и поддерживается необходимая температура (около 30º для мезофильного и 55º для термофильного режима)
Сверху в метантенк по трубе поступает осадок и активный ил. Для ускорения процесса брожения метантенк подогревают, а содержимое перемешивают. В условиях отсутствиякислородаиз органических веществ (жиров,белкови т. д.) образуются жирные кислоты, из которых при дальнейшем брожении образуетсяметаниуглекислый газ. Сброженный ил высокой влажности удаляется из нижней части метантенка и направляется на сушку (например, иловые площадки). Образовавшийся газ отводится через трубы в кровле метантенка. Из одного кубического метра осадка в метантенке получается 12—16 кубометров газа, в котором около 70 % составляет метан.
Метаногенез зависит в большой степени от химического состава среды и физических факторов.
Конечным результатом реакции являются уксусная кислота и газ метан. Аэробная и анаэробная система очистки стоков в метантенках позволяет получать большое количество природного газа метана, который может использоваться в качестве топлива.
11. Дисциплина: Пищевая биотехнология