- •О. Ю. Сартакова
- •Учебное пособие
- •Содержание
- •1 Основы микробиологии ................................................... 7
- •2 Основы биотехнологии ................................................... 42
- •3 Типовая схема и основные стадии
- •4 Основные понятия биокатализа и53
- •5 Ферментация....................................................................... 65
- •6 Области применения биотехнологии........................... 69
- •Введение
- •1 Основы микробиологии
- •1.1 Общие сведения о микроорганизмах
- •1.2 Распространение микроорганизмов в природе
- •1.3 Морфологическая характеристика отдельных групп микроорганизмов
- •1.3.1 Структура эукариотической клетки
- •Ской мембраны
- •1.3.2 Структура прокариотической клетки
- •1.3.3 Ультрамикробы
- •1.3.4 Бактерии
- •1.3.4.1 Спорообразование у бактерий
- •1.3.4.2 Движение бактерий
- •1.3.4.3 Размножение бактерий
- •1.3.4.4 Питание бактерий
- •1.3.4.5 Типы питания
- •1.3.4.6 Систематика бактерий
- •1.3.5 Актиномицеты
- •1.3.6 Грибы
- •1.3.7 Водоросли
- •1.3.8 Простейшие
- •1.3.9 Коловратки
- •2 Основы биотехнологии
- •2.1 Объекты биотехнологии
- •2.2 Прошлое и настоящее биотехнологии
- •2.3 Перспективы развития биотехнологии
- •2.4 Основные виды биотехнологической деятельности микроорганизмов
- •2.5 Преимущества биотехнологических процессов
- •3 Типовая схема и основные стадии биотехнологических производств
- •4 Основные понятия биокатализа и биотрансформации
- •4.1 Основные группы биотрансформаций
- •4.2 Основные виды реакций биокатализа
- •4.3 Классификация ферментов
- •4.4 Преимущества и недостатки биокаталитических процессов
- •4.5 Основные понятия иммобилизации ферментов
- •4.6 Методы иммобилизации ферментов
- •Го связывания с носителем
- •«Сшивки»
- •4.7 Оценка качества иммобилизованных ферментов и метода иммобилизации
- •4.8 Примеры использования ферментов
- •5 Ферментация
- •5.1 Классификация процессов ферментации
- •Ферментация бывает:
- •5.2 Основные параметры периодической ферментации
- •5.3 Понятие скорости роста
- •5.4 Фазы периодической ферментации
- •5.5 Преимущества и недостатки периодической ферментации
- •6 Области применения биотехнологии
- •6.1 Биотехнологические процессы в решении экологических задач
- •6.2 Примеры блок-схем микробиологической очистки стоков
- •6.3 Биохимические методы очистки воды
- •6.3.1 Микробная ассоциация и технологические условия ме-
- •6.3.2 Очистка воды в аэротенках
- •6.3.3 Очистка воды в биофильтрах
- •6.3.4 Комбинированные сооружения аэробной биохимической очистки воды
- •6.3.5 Процессы нитрификации и денитрификации
- •6.3.6 Методы обработки осадка
- •6.3.7 Аэробная стабилизация осадка
- •6.3.8 Метановое брожение (биометаногенез)
- •6.3.8.1 Этапы метанового брожения
- •Биогаз (сн4, co2 )
- •6.3.8.2 Химизм процесса метанового брожения
- •6.3.8.3 Микробная ассоциация биометаногенеза
- •6.3.8.4 Сырье биометаногенеза
- •6.3.8.5 Технологические режимы и аппаратурное оформление процесса метанового брожения
- •6.4 Биоценозы как индикаторы сапробности водоемов
- •6.5 Применение биотехнологии в медицине
- •6.5.1Антибиотики
- •6.5.2. Гормоны
- •6.5.3 Вакцины, иммунные сыворотки и иммуноглобулины
- •6.5.4 Ферменты
- •6.5.5 Биодатчики в медицине
- •6.6 Применение биотехнологии в энергетике
- •6.6.1 Законы биоэнергетики
- •6.6.2 Биологические мембраны, как преобразователи энергии
- •6.6.3 Характеристика растительного сырья как источника энергии
- •6.6.4 Альтернативные источники энергии и их получение
- •6.7 Производство пищевых продуктов и напитков
- •6.7.1 Биотехнологические процессы в хлебопекарном производстве
- •6.7.2 Биотехнология приготовления пива
- •6.7.3 Производство вина и спиртсодержащих продуктов
- •6.7.4 Биотехнология приготовления кисломолочных продуктов и сметаны
- •6.7.5 Биотехнологические процессы в сыроделии
- •6.7.6 Биотехнология приготовления маргарина
- •6.8 Химическая промышленность и биотехнология
- •6.9 Сельское хозяйство и биотехнология
- •6.10 Биогеотехнология
- •6.10.1Биогидрометаллургия
- •6.10.2 Выщелачивание куч и отвалов
- •6.10.3 Бактериальное выщелачивание in situ
- •6.10.4 Выщелачивание минеральных концентратов
- •6.10.5 Микробиологический способ извлечения золота
- •6.10.6 Биосорбция металлов из растворов
- •6.10.7 Обогащение руд
- •6.10.8 Извлечение нефти
- •6.11 Безопасность биотехнологических процессов
- •Глава 1
- •Главы 2, 3
- •Глава 4
- •Глава 5
- •Глава 6
6.3.7 Аэробная стабилизация осадка
Процесс аэробной стабилизации осадка значительно проще и без- опаснее анаэробных процессов и конструктивно, и в эксплуатации. Аэробная стабилизация осуществляется в резервуарах типа аэротенков при длительной аэрации осадка воздухом.
При аэробной стабилизации осадки приобретают хорошую водо- отдачу. Стабилизации подвергаются, как правило, активный ил или смесь активного ила с осадком первичных отстойников.
Процесс при температуре около 20 °С длится от 2 до 15 суток в зависимости от вида осадка. При изменении температуры на 10 °С ана- логично другим биологическим процессам продолжительность стаби- лизации изменяется в 2-2,5 раза. Длительность процесса зависит от со- става осадка, температуры, интенсивности аэрации и необходимой степени распада органического вещества для получения максимальной зольности и улучшения водоотдачи. Распад органического вещества колеблется в широких пределах в зависимости от свойств осадка: от
5% до 50%.
Расход воздуха, подаваемого в аэробные стабилизаторы, прини- мается 1-2 м3/ч на 1 м3 объема стабилизатора. Интенсивность аэрации - не ниже 6 м3/(м2ч) для поддержания осадка во взвешенном состоянии.
90
Объем аэробного стабилизатора для активного ила (W) определя-
ется из соотношения:
W=GT/C,
где G - суточное количество сухого вещества осадка, подаваемого
в стабилизатор, т/сут;
Т - требуемая продолжительность сбраживания, сут;
С - концентрация сухого вещества, поддерживаемая в соо-
ружении, т/м3.
Для увеличения концентрации осадка в стабилизаторе выделяется успокоительная зона, из которой отводится иловая вода. Более высо- кой концентрации (до 20 г/л) можно достичь сочетанием аэробного стабилизатора и уплотнителя, связанных аналогично аэротенку и вто- ричному отстойнику системой возврата осадка. Влажность осадка по- сле аэробной стабилизации 98%-99%, а из уплотнителя - 96,5%-97%.
6.3.8 Метановое брожение (биометаногенез)
Биометаногенез, или метановое «брожение» – давно известный процесс превращения биомассы в энергию. Он был открыт в 1876 г. Вольтой, установившим наличие метана в болотном газе. Биогаз, по- лучаемый из органического сырья, в ходе биометаногенеза при уча- стии смешанной микробной ассоциации, представляет собой смесь из
65%-75% метана и 20%-35% углекислоты, а также незначительных ко- личеств сероводорода, азота, водорода. Теплотворная способность биогаза зависит от соотношения метана и углекислоты и составляет
5 ккал/м3 - 7 ккал/м3.
Неочищенный биогаз используют в быту для обогрева жилищ и приготовления пищи, а также применяют в качестве топлива в стацио- нарных установках, вырабатывающих электроэнергию. Компримиро- ванный газ можно транспортировать и использовать (после предвари- тельной очистки) в качестве горючего для двигателей внутреннего сго- рания.
Толчком к созданию данного эффективного биотехнологического направления послужил энергетический кризис, разразившийся в сере- дине 70-х гг. Производство биогаза стало одним из основных принци- пов энергетической политики ряда стран тихоокеанского региона: Ки- тая, Индии, Филиппин, Израиля, латинской Америки, в 70-е годы ин-
91
терес проявили страны Европы, особенно ФРГ, Франция и страны Аф- рики. Производство биогаза путем метанового брожения отходов – од- но из возможных решений энергетической проблемы в большинстве сельских районов развивающихся стран. Метаногенные ассоциации с успехом используют для очистки сточных вод от органических соеди- нений с одновременным получением высококалорийного топлива.