Автор работы: Пользователь скрыл имя, 19 Января 2015 в 10:45, доклад
Отходы — это одна из основных современных экологических проблем, которая несет в себе потенциальную опасность для здоровья людей, а также опасность для окружающей природной среды. Во многих странах до сих пор существует непонимание всей серьезности ситуации, связанной с твердыми бытовыми отходами, в связи с чем нет строго регламента, а также необходимых нормативно-правовых актов, регулирующих вопросы, связанные с отходами и мусором.
Отходы — это экологическая проблема.
Биологические методы утилизации отходов
Отходы — это одна из основных современных экологических проблем, которая несет в себе потенциальную опасность для здоровья людей, а также опасность для окружающей природной среды. Во многих странах до сих пор существует непонимание всей серьезности ситуации, связанной с твердыми бытовыми отходами, в связи с чем нет строго регламента, а также необходимых нормативно-правовых актов, регулирующих вопросы, связанные с отходами и мусором.
Природа до определенного времени справлялась с переработкой отходов сама, но технический прогресс человечества сыграл важную роль в этом моменте. Появились новые материалы, разложение или переработка которых естественным путем может длиться не одну сотню лет, а такие антропогенные нагрузки природе уже не под силу. Также немаловажный фактор — это современный объем производимого мусора. Он просто огромен. Но сегодня отходы и мусор можно рассматривать как сырье. Их можно перерабатывать и повторно использовать. На каждого городского жителя приходится примерно от 500 до 800 кг отходов за год. В некоторых странах — до 1000 кг. И это число всё время растет.
Современные мусоросжигающие и мусороперерабатывающие заводы со всем своим арсеналом — это своего рода целая индустрия переработки и утилизации твердых бытовых отходов городского населения.
Традиционно выделяют несколько видов отходов. Бытовые или коммунальные — огромное множество жидких и твердых отходов, выбрасываемых человеком, а также образующихся в результате жизнедеятельности человека. Это могут быть испорченные или просроченные продукты питания, лекарственные препараты, бытовые предметы и прочий мусор.
Промышленные — сырьевые остатки, которые образовались в результате производства какой либо продукции, производственных работ и утратили свои свойства полностью или частично. Промышленные отходы могут быть жидкими и твердыми. Твердые промышленные отходы: металлы и сплавы, древесина, пластмассы, пыль, пенополиуретаны, пенополистиролы, полиэтилены и прочий мусор. Жидкие промышленные отходы: сточные воды различной степени загрязненности и их осадки.
Сельскохозяйственные — любые отходы, образующиеся в результате сельскохозяйственной деятельности: навоз, гнилая или непригодная для использования солома, сено, остатки силосных ям, испорченный или непригодный комбикорм и жидкие корма.
Строительные — появляются в результате производства строительных и отделочных материалов (лакокрасочных, теплоизоляционных и т.д.), при строительстве зданий и сооружений, а также при проведении монтажных, отделочных, облицовочных и ремонтных работ. Строительными отходами (как твердыми, так и жидкими) могут быть просроченные, непригодные для использования, бракованные, лишние, сломанные и имеющие дефекты товары и материалы: металлопрофиль, металлические и капроновые трубы, гипсокартонные, гипсоволокнистые, цементно-стружечные и прочие листы. Кроме того, различная строительная химия (лаки, краски, клеи, растворители, противоморозные, противогрибковые и защитные добавки и средства).
Радиоактивные отходы — производство и применение различных радиоактивных материалов и веществ.
Промышленные и сельскохозяйственные отходы принято называть отходами производства или производственными отходами. Как правило, это токсичные и нетоксичные отходы и мусор. Токсичные — отходы, которые могут воздействовать на живое существо поражающе или отравляюще. На территории России находится огромное количество токсичных отходов. Они занимают большие площади хранения. Наиболее загрязненным отходами является Уральский регион — примерно около 40 миллиардов тонн различных отходов накопилось в Свердловской области. Каждый год образуется от 150 до 170 миллионов тонн отходов, часть которых является токсичными. Лишь малая часть этих отходов подвергается утилизации и обезвреживанию. Происходит сильная нагрузка на окружающую природную среду, что представляет опасность для многомиллионного населения.
Также опасны пластмассы. Они не подвергаются разрушению в течение продолжительного периода времени. Пластмассы могут пролежать в земле десятки, а некоторые виды и сотни лет. Более миллиона тонн полиэтилена тратится на одноразовую упаковку. Каждый год в Европе миллионы тонн пластмассовых отходов оказывается в мусоре.
Поиск безопасных для здоровья населения и не загрязняющих окружающую среду способов ликвидации отходов представляет собой одну из первостепенных задач. В области переработки и ликвидации твёрдых отходов биотехнологическими методами наиболее значительное место, как по стоимостным, так и по объёмным показателям занимает утилизация ила сточных вод и твёрдых коммунальных отходов.
Промышленные отходы можно в первом приближении разделить на две категории: 1) отходы производств, основанных на использовании биологических процессов (производство пищевых продуктов, напитков, ферментация); 2) отходы химической промышленности. В первом случае отходы имеют различный состав и обычно перерабатываются путем биологического окисления, как это делалось традиционно в случае бытового мусора. Однако такой способ экономически невыгоден, и в настоящее время широко обсуждается вопрос о возможности уменьшения объема разбавленных сточных вод либо их непосредственного использования — трансформации (для получения биомассы или других ценных продуктов), или же путем извлечения из них ценных соединений.
В многочисленных и разнообразных отраслях химической промышленности образуется большое количество отходов, причем многие из них с трудом поддаются разрушению и длительное время присутствуют в среде. Поэтому часто перед обычной биологической переработкой отходов бывает необходимо провести их предварительную химическую или физическую обработку. Использование специфических микроорганизмов для расщепления ксенобиотиков при переработке отходов еще не нашло широкого применения в промышленности, и тем не менее подобный подход представляется весьма перспективным. Это может быть:
В результате широкого применения человеком продукции химической промышленности в окружающую среду попадают различные типы ксенобиотиков: пластмассы (пластификаторы), взрывоопасные вещества, добавки, полимеры, красители, поверхностно-активные вещества пестициды и органические соединения — производные нефти. Что касается бытового мусора, то для его переработки созданы широко применяемые системы, использующие активный ил и оросительные фильтры. Сточные же воды химической промышленности, как правило, не соответствуют возможностям подобных систем. Интенсивность переноса кислорода в ходе процессов, обычно протекающих в таких системах, бывает недостаточна для поддержания максимальной скорости окисления при участии микрофлоры. Эти процессы чувствительны также к колебаниям в загрузке реактора, особенно если токсичные вещества и ингибиторы поступают в систему в высоких и непостоянных концентрациях.
Проблему недостатка кислорода, возникающую при переработке отходов химической промышленности в обычно используемых системах на основе активного ила, пытались решить несколькими способами. В двух случаях (распределитель с пробулькиванием и система «Анокс») для увеличения скорости переноса газа использовали чистый кислород. В одной из новых систем переработки отходов — колонном эрлифтном ферментере, разработанном фирмой ICI — пошли по пути увеличения количества растворенного кислорода. В центральной части колонны имеется не доходящая до дна вертикальная секция, в которую сверху поступают отходы и повторно используемый активный ил; туда же вводится воздух. Когда смесь выходит из ферментера вверх по наружной секции колонны, давление в системе падает, что вызывает пробулькивание пузырьков воздуха. Благодаря высокому содержанию растворенного кислорода и турбулентности биомасса поддерживается в высокоактивном состоянии и становится более устойчивой по отношению к перегрузкам, а также к уменьшению аэрации и времени нахождения отходов в ферментере, особенно в случаях высококонцентрированных отходов.
Такие процессы с повышенной аэрацией устойчивы к резким перегрузкам отходами, не оказывающими токсического или ингибирующего действия. В случае же токсичных отходов более пригодными оказываются системы, в которых используются микроорганизмы, растущие в пленках. Такие популяции микробов не вымываются из системы, даже если на их рост и метаболизм оказывают неблагоприятное воздействие поступающие сточные воды. Кроме того, внутри пленки из-за ограничения диффузии создаются градиенты концентрации. Это приводит к понижению концентраций токсичных продуктов внутри пленки, а следовательно, к повышению скорости их усвоения и окисления. Пленка создает также экологическую нишу для организмов, рост которых в присутствии высоких концентраций отходов при перегрузках существенно замедляется; Самая простая форма пленочной системы — это перколяционный фильтр, однако подобного рода пленки разрушаются, если они становятся очень тонкими, при уменьшении концентрации субстрата на поверхности подложки. В таком случае клетки погибают, и пленка отпадает, засоряя фильтры внутри системы переработки отходов. При слишком высоких концентрациях субстрата происходит быстрый рост микроорганизмов, что приводит к образованию толстой пленки и к ее периодическому отслоению. Интенсивность подобных процессов можно снизить, разбавив поступающий раствор с питательными веществами, осветленными сточными водами. Разработка новых методов сохранения толщины пленки представляет безусловный интерес. Так, при помощи медленного вращения диска из полистирола внутри протекающих сточных вод толщина пленки поддерживается постоянной за счет гидродинамических сил и аэрации при выходе пленки из воды. Такая эффективная и простая система была предложена для очистки стоков с низкой величиной БГЖ. Еще один эффективный метод переработки токсичных отходов может быть основан на использовании реакторов с ожиженной подложкой, где микроорганизмы растут на поверхности небольших инертных частиц (песок, стекло, антрацит), через слой которых пропускают с контролируемой скоростью сточные воды и воздух.
Отходы, не содержащие азота или фосфора, не способны поддерживать рост микроорганизмов. В подобных случаях для окисления токсичных соединений до двуокиси углерода можно использовать покоящиеся клетки при условии, что активность их гидролитических и окислительных ферментов не подавляется. Поскольку среда при переработке отходов в колонных реакторах периодически меняется, микроорганизмы оказываются в условиях голодания и в это время их рост прекращается. При поступлении источника углерода на короткое время включается несопряженный метаболизм, когда организмы дышат, но не растут. Это дает то преимущество, что уменьшается общий выход биомассы (ила).