С развитием индустриального общества набирает обороты проблема, связанная с отходами производства. В настоящее время как никогда актуальность приобретают проблемы, связанные с экологией, в частности — с отходами производств. Сейчас остро стоит вопрос массовой переработки вторичных отходов, что позволило бы сократить негативное воздействие человека на окружающую среду. В связи с вышесказанным, актуальным является внедрение малоотходных и безотходных технологий.
Ключевые слова: малоотходная технология, переработка отходов, биотехнология.
Безотходная технология представляет собой такой метод производства продукции, при котором все сырье и энергия используются наиболее рационально и комплексно в цикле. Представить себе абсолютно безотходное производство просто невозможно, но тем не менее возможно максимальное сокращение отходов с сохранением нормального функционирования близлежащих экосистем. Ввиду этих нюансов, целесообразнее внедрение термина «малоотходная технология».
Малоотходная технология — это способ производства, обеспечивающий максимально эффективное использование сырья с минимумом отходов и потерь энергии [2]. Малоотходная технология подразумевает максимальное сокращение вредного воздействия на окружающую среду.
Безотходные и малоотходные технологии предполагают разработку таких технологических процессов, которые обеспечивают комплексную переработку сырья, что позволяет эффективно использовать природные ресурсы, попутно снижая их отрицательное влияние на экологические системы [3].
В соответствии с действующим в России законодательством предприятия, нарушающие санитарные и экологические нормы, не имеют права на существование и должны быть реконструированы или закрыты, т. е. все современные предприятия должны быть малоотходными и безотходными [10].
Таким образом, на биотехнологических производствах сейчас уже активно используются некоторые методы переработки отходов. На данный момент широкое распространение имеют следующие:
- Компостирование. Компостирование подразумевает биологическое разложение органики в анаэробных или аэробных условиях. Органическая масса в отходах потребляется аэробными термофильными или мезофильными микроорганизмами и минерализуется до CO2, H2O, NH4.
Результатом компостирования является получение богатого гумусом качественного субстрата, который может быть использован для обогащения почвы [5].
- Вермикомпостирование. Вермикомпостирование подразумевает разложение органических отходов с использованием червей и микроорганизмов с получением вермикомпоста.
За счет использования симбиоза червей с микроорганизмами, такой метод переработки обеспечивает более быстрое разложение. Черви увеличивают количество органического субстрата, который легче подвергается действию микроорганизмов [5].
Черви значительно освобождают органический субстрат от тяжелых металлов, так как могут аккумулировать их в себе. Это то, что в том числе отличает продукт компостирования и вермикомпостирования.
Не критичным, но все же минусом данной технологии можно считать отсутствие подтвержденных данных об удалении патогенов, что обусловлено отсутствием тепловой обработки.
- Переработка в корм для животных. Отходы биотехнологических производств часто используются для обогащения корма для животных. Например, треть мицелиальных отходов продуцентов антибиотиков используется для кормления крупного рогатого скота. Тем не менее остальная часть утилизируется не совсем экологично — популярными методами являются слив в сточные воды, сжигание или образование отвалов. Такой подход является нерациональным по отношению к вторичному сырью, имеющему перспективу принести иную пользу, без вреда для экологического состояния окружающей среды [3].
Также на корм для животных идет пивная дробина и пивные дрожжи. Данные отходы богаты витаминами группы В, но в основном ценятся благодаря высокому содержанию ценного растительного белка. Также использование пивных дрожжей способствует профилактике заболеваний кожи животных [9].
- Переработка в биогаз. Данный процесс происходит с специальным резервуарах — метантенках с использованием активного ила [1]. Для получения биогаза органическое сырье помещают в условия, благоприятные для развития нескольких видов бактерий, которые в процессе жизнедеятельности выделяют метан.
Получение биогаза состоит из трех этапов, на каждом из которых используются разные виды микроорганизмов. Кислород для их жизнедеятельности не требуется, но имеет большое значение состав сырья и его консистенция, а также температура и внутреннее давление. Оптимальными считаются условия с температурой 40–60 °С при давлении до 0,05 атм. Загруженное сырье начинает вырабатывать газ после продолжительной активации, которая занимает от нескольких недель до полугода [2].
- Производство этанола. Вторичные отходы производства — крахмал и глюкоза — могут быть переработаны в этанол методом гидролиза. Для этого используют спиртовое брожение, вызываемое ферментами. Важным является соблюдение анаэробных условий, так как при реакции с кислородом микроорганизмы, осуществляющие брожение, переключаются на другой тип метаболизма с изменением конечного продукта [3].
- Сжигание. Сжигание — это процесс обработки отходов, в котором происходит утилизация органических материалов, содержащихся в мусоре [3].
Минусами данного метода являются неизбежный выброс углекислого газа, попадание в окружающую среду токсичных элементов (сера, азот, диоксины, фураны), а также проблемы с захоронением оставшихся после сжигания отходов.
- Захоронение на свалках. Данный метод подразумевает закапывание отходов в землю. Несмотря на простоту данного вида утилизации, его стоит избегать ввиду сильного негативного влияния на окружающую среду. Отходы могут разлагаться и наносить вред природе. Также огромным минусом данного метода переработки являются слишком большие площади, занимаемые под полигоны [2].
Так как существующие методы переработки сырья в большинстве своем не являются малоотходными по ряду причин, остро стоит вопрос о внедрении в производство принципиально новых и более полных методов переработки сырья. Далее будут рассмотрены некоторые перспективные направления в развитии малоотходных технологий.
- Использование мицелиальных отходов производства. Данные отходы могут быть переработаны полностью, а не частично, как в настоящее время поступают в большинстве случаев. Известен способ переработки мицелиальных отходов и отходов производства органических удобрений с получением антибиотикорезистентного компоста ускоренным методом.
Особенностью данного способа является максимально полная переработка отходов производства, в ходе которого получается чистый гумус. Более того, изобретение обеспечивает сокращение продолжительности компостирования и исключение попадание антибиотика и микроорганизмов компостной микрофлоры в окружающую среду [7].
- Использование пивной дробины в качестве источника энергии. Такой метод может позволить покрыть до 60 % потребности производства в энергии [9]. Получать энергию из пивной дробины можно несколькими способами: путем ее газификации, пиролиза, переработки на спирт, непосредственного сжигания или получения биогаза.
- Переработка отходов винного производства. Отходы винного производства можно использовать в самых различных видах. Виноградные выжимки могут быть использованы для получения заменителя кофе. Данный способ включает в себя смешивание высушенных и измельченных виноградных выжимок с известным заменителем кофе — цикорием.
Также отходы винного производства можно использовать как субстрат для выращивания грибов вешенок. Виноградная выжимка обогащает кормовую белковую биомассу — грибы успешно поглощают лигнин и целлюлозу, привнесенные с отходами производства, и в конечном итоге накапливают больше белка.
Перспективным является получение из гребней винограда такого важного спирта, как ресвератрол. Его используют для профилактики сердечно-сосудистых заболеваний, а также для снижения уровня сахара в крови. Также перспективу имеет получение из виноградных семян фенольных соединений [6].
- Использование отходов спиртового и мукомольного производства для получения БАД. Данный метод подразумевает переработку отходов спиртового и мукомольного производства с помощью каротиноидных дрожжей и дрожжей-сахаромицетов. Использование в тандеме данных дрожжей позволяет на выходе получить более качественную биомассу, обогащенную каротиноидами, с повышенным содержанием белка и незаменимых кислот. [8].
В связи с тем, что население земли только растет, сокращать производство не представляется целесообразным. Но сокращать количество отходов производства — вполне выполнимая задача.
Именно поэтому внедрение малоотходных и безотходных технологий является важным направлением развития всех видов промышленных производств. Комплексный подход позволит максимально приблизиться к безотходности, что в перспективе не только сократит уровень загрязнения окружающей среды, но и станет источником принципиально новых методов получения необходимых для людей ресурсов.
Литература:
1. Биотехнологические установки «Мосводоканала». — Текст: электронный // Мосводоканал: [сайт]. — URL: http://www.mosvodokanal.ru/press/smi/5446 (дата обращения: 10.06.2021).
2. Бойко, Н. И. Основные направления безотходных и малоотходных технологий / Н. И. Бойко, В. А. Одарюк., А. В. Сафонов. — Текст: непосредственный // Технологии гражданской безопасности. — 2015. — № 1. — С. 68–72.
3. Ветошкин, А. Г. Технологии защиты окружающей среды от отходов производства и потребления / А. Г. Ветошкин. — 2-е изд. — Санкт-Петербург: Лань, 2016. — 304 c. — Текст: непосредственный.
4. Долгов, А. Н. Основные экологические проблемы при утилизации отходов спиртового производства и пути их решения / А. Н. Долгов, Г. В. Агафонов, Н. В. Зуева. — Текст: непосредственный // Охрана окружающей среды. — 2014. — № 4. — С. 60–63.
5. Компостирование и вермикомпостирование: экологическая и экономическая эффективность. — Текст: электронный // Переработка органики: в России и в мире: [сайт]. — URL: https://organicycle.wordpress.com/2016/01/19/компостирование-и-вермикомпостирова/ (дата обращения 10.06.2021).
6. Отходы виноделия — перспективное сырье для получения биологически активных веществ / М. Д. Назарько, М. В. Степуро, В. Н. Алешин, В. Г. Щербаков. — Текст: непосредственный // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. — 2011. — № 1. — С. 7–9.
7. Пат. РФ 2660261 С1, МПК C05F 11/08. Способ переработки мицелиальных отходов производства гентамицина сульфата / Рогожин А. З., Коробейников А. Л., Шабанова Т. В.; патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение "48 Центральный научно-исследовательский институт» Министерства обороны Российской Федерации (сокращенное наименование ФГБУ «48 ЦНИИ» Минобороны России) — № 2017132388; заявл. 15.09.2017; опубл. 10.05.2016.
8. Получение биологически активных добавок на основе обогащенной дрожжевой биомассы / Е. М. Серба, Е. Н. Соколова, Н. А. Фурсова, Г. С. Волкова. — Текст: непосредственный // Биотехнологические и микробиологические аспекты. — 2018. — № 2. — С. 74–78.
9. Руденко, Е. Ю. Нетрадиционные способы использования отходов пивоварения / Е. Ю. Руденко — Текст: непосредственный // Актуальные проблемы современной науки. — 2007. — № 5. — С. 138–140.
10. Федеральный закон от 24.06.1998 N 89-ФЗ (ред. от 07.04.2020) «Об отходах производства и потребления» (с изм. и доп., вступ. в силу с 14.06.2020). — Текст: электронный // Консультант плюс: [сайт]. — URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_19109/ (дата обращения: 10.06.2021).
