Неуклонно возрастающая активность современного человека является на данном этапе одним из главных факторов нарушений целостности природных сообществ и возникновения изменений параметров и свойств окружающей среды в целом, что негативно сказывается на любом живом организме. Главным аспектом постоянно возрастающего антропогенного давления являются увеличение объёма и качественные изменения промышленных выбросов и отходов. Эта проблема особенно актуальна для городов.
Ключевые слова:биотехнология, отходы, переработка.
Биосфера дает природные ресурсы, из которых в сфере производства изготовляются изделия, но при этом образуются отходы. Во многих случаях после соответствующей обработки они могут быть использованы как вторичное сырье или как вторичные носители энергии [1–3]. Если по техническим или технологическим причинам это невозможно или экономически невыгодно, тоих необходимо выводить в биосферу таким образом, чтобы по возможности не наносить вреда естественной окружающей среде. Выбор путей зависит как от технологических возможностей, так и от экономических условий. Постоянное увеличение количества отходов заставляет искать новые и оптимизировать уже известные методы их обезвреживания и утилизации. В настоящее время широко используются: сжигание, прессование, аэробная ферментация и др. Каждый конкретный метод имеет свои достоинства и недостатки и может быть применён в зависимости от местных условий, которые определяют целесообразность его применения [4–6].
Одними из распространенных методов обезвреживания отходов считаются термические. К ним относятся сжигание, газификация и пиролиз.
Сжигание — наиболее распространенный способ термического обезвреживания отходов. Сжигание осуществляется в печах и топках различных конструкций. В результате сгорания органической части отходов образуются диоксид углерода, пары воды, оксиды азота и серы, аэрозоль, оксид углерода, бензопирен и диоксины. Зола, имеющая в своем составе неподвижную форму тяжелых металлов, накапливается в нижней части печи и периодически вывозится на полигоны для захоронения или используется в производстве цемента.
Газификация — широко используемый в металлургии способ переработки некоксующихся углей — осуществляется в вихревых реакторах или печах с кипящим слоем при температурах 600–1100 °С в атмосфере газифицирующего агента (воздух, кислород, водяной пар, диоксид углерода или их смесь). В результате реакции образуются синтез-газ (H2, СО), туман из жидких смолистых веществ, бензопирена и диоксинов. Реакция газификации протекает в среде с восстановительными свойствами, поэтому оксиды азота и серы практически не образуются. Горючая смесь водорода и оксида углерода сжигается на горелках при 1400–1600 °С или используется в каталитическом процессе синтеза метилового спирта. Зола, остающаяся после газификации, может содержать остаточный углерод и соли тяжелых металлов, растворимые в воде. После проверки золы на отсутствие бензопирена, диоксинов и тяжелых металлов в подвижной форме она может быть отправлена на захоронение.
Пиролиз представляет собой процесс разложения органических соединений под действием высоких температур при отсутствии или недостатке кислорода. Характеризуется протеканием реакций взаимодействия и уплотнения остаточных фрагментов, исходных молекул, в результате чего происходит расщепление органической массы, рекомбинация продуктов расщепления с получением термодинамически стабильных веществ: твердого остатка, смолы, газа. Применяя термин «пиролиз» к термическому преобразованию органического материала, подразумевают не только его распад, но и синтез новых продуктов. Эти стадии процесса взаимно связаны и протекают одновременно с тем лишь различием, что каждая из них преобладает в определенном интервале температуры или времени. Пиролиз широко используется для производства активированного угля из древесины. Пиролиз нефтесодержащих отходов проводят при температуре 600–800 °С с вакуумированием реактора.При этом протекают реакции коксо- и смолообразования, разложения высокомолекулярных соединений на низкомолекулярные, жидкую и газообразную фракции, а если углеводородные отходы содержат серу, то образуются также сероводород и меркаптаны. Оксиды азота и серы практически не образуются. В результате процесса пиролиза из сырья образуются парогазовая смесь и твердый углеродистый остаток (пирокарбон). Парогазовая смесь очищается от пыли в циклоне и далее проходит последовательно через конденсатор, в котором газовая фаза отделяется от жидких продуктов пиролиза (смеси смолы и воды). Газообразные продукты направляются вентилятором на сжигание в специальную топку [6].
Одним из основных негативных факторов, сопровождающих термическую утилизацию отходов, является выделение в окружающую среду диоксинов. С ростом техногенной нагрузки (в ряду от биогенных природных ландшафтов к ландшафтам промышленных зон) увеличивается и среднее содержание диоксинов. Причем относительно пригородных лесов (т. е. фоновых для города уровней) в промышленных зонах среднее содержание диоксинов увеличивается в 5 раз [4, 6].
Экологическая обстановка, сложившаяся в последнее время практически повсеместно, открывает биотехнологии путь к интенсивному перспективному развитию и ждёт от неё решения целого ряда актуальных задач. Так как отходы, особенно органические, выбрасываемые во внешнюю среду, оказывают на неё разностороннее отрицательное воздействие. Особую группу в составе органических отходов занимают отходы предприятий пищевой, кожевенной, вино-водочной, перерабатывающей промышленности: отходы мясоперерабатывающего производства, отходы производства сыроварения, отходы мясокомбинатов, утилизация которых целесообразна с экологической точки зрения. Эти отходы являются дешёвой сырьевой базой для биотехнологии [4, 5, 7–9].
В настоящее время во многих регионах России существует проблема переработки различных отходов, в том числе органических. Ценное белоксодержащее сырьё животного происхождения: кровь животных и птиц, внутренние органы, белковые оболочки, «жилка», обрезки, свиная шкурка, хрящевая ткань, молочная и подсырная сыворотка, в основном, выбрасывается или, в весьма незначительном количестве используется для приготовления кровяной и мясокостной муки, применение которых не отличается особой эффективностью, и не всегда себя оправдывает. Одним из наиболее распространённых методов утилизации отходов органического происхождения является их деградация с помощью микроорганизмов. Суть данного способа заключается в том, что определённые виды отходов в специально подобранных условиях (температура, давление, рН среды) подвергаются деградации при помощи штаммов микроорганизмов. Данный способ имеет ряд преимуществ: он экономичен, эффективен, о чём свидетельствует его успешное применение в хозяйственной деятельности ряда стран. Такой способ утилизации отходов является экологически чистым, что особенно актуально для России в целом и её промышленных городов в частности. Микробной деградации могут подвергаться органические отходы, а также некоторые искусственные материалы и пестициды [5].
Разработана экологически безопасная технология изготовления биологически активных веществ из не пищевого белкового сырья животного происхождения путём его ферментативного гидролиза с применением различных видов микроорганизмов и низших грибов. Эти разработки по синтезу биологически активных веществ отвечают всем требованиям биотехнологии и имеют ряд приоритетов. Преимуществом выбранных микроорганизмов является наличие у них мощной ферментативной системы, которая позволяет одновременно осуществлять два биохимических процесса — расщепление и синтез, а также делают процесс микробиологического синтеза полностью безотходным и экологически чистым. Это, в свою очередь, позволяет использовать в качестве субстрата разные отходы и аккумулировать в конечном продукте ценные продукты метаболизма: аминокислоты, пептиды, полисахариды, витамины, макро- и микроэлементы, которые имеют высокую биологическую ценность и находят всё более широкое применение в медицине, ветеринарии и животноводстве, производстве продуктов питания [10].
Как известно, в современных экологических условиях важное значение приобретает рациональное питание. Задачи питания в условиях интенсивного химического загрязнения состоят в том, чтобы препятствовать накоплению в организме человека вредных химических веществ. Рациональное питание должно обеспечить ослабление негативного действия химических веществ и других вредных факторов на организм, на преимущественно поражаемые органы и системы. Рациональное питание в сложных экологических условиях должно способствовать повышению защитно-приспособительных возможностей организма людей, проживающих в городских условиях, подвергающихся воздействию тяжелых металлов, электромагнитных излучений, испытывающих тяжелые физические нагрузки, длительное время находящихся в стрессовых ситуациях [11, 12].
С помощью приемов и методов биотехнологии, вторичное белковое сырье и органические отходы можно использовать для приготовления различных белковых добавок, диетического питания, основ питательных сред и производства биологически активных препаратов.
Развитие и усовершенствование биотехнологических методов и процессов может способствовать удовлетворению растущих потребности населения в ликвидации белкового дефицита [13–27]. Кроме этого с их помощью любое перерабатывающее производство можно сделать экологически безопасным.
Литература:
1. Зайнутдинов Р. Р., Максимюк Н. Н., Ребезов М. Б. Кислотный гидролиз полисахаридов аспирационной пыли зерноперерабатывающих предприятий. Современная наука: теория и практика: эл. научн. журнал ф-ла ГОУ ВПО «Байкальский гос. университет экономики и права» в г. Якутск. Эл свид. о рег. СМИ Эл. № ФС77–42519 от 01.11.2010. Якутск: БГУЭП, 2010. Том 1. № 1. С. 108–117.
2. Зайнутдинов Р. Р., Ребезов М. Б., Наумова Н. Л., Демидов А. А., Максимюк Н. Н. Бизнес-планирование проекта «Получение дрожжей на основе сред, полученных из аспирационных пылей». Качество продукции, технологий и образования: мат. VI всерос. научн.-практ. конф. с междунар. участ. Магнитогорск: МГТУ, 2011. С. 338–342.
3. Мальгина Т. М., Зайнутдинов Р. Р., Габзалилова Ю. И., Батраков Т. О., Ребезов М. Б. Альтернативные источники белка, получаемые на основе реакций гидролиза из углеводов отходов зерновых культур. Экономика и бизнес. Взгляд молодых: мат. междунар. заочной научн.-практ. конф. молодых ученых, 3 декабря 2012 г. Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2012. С. 257.
4. Гринин А. С., Новиков В. Н. Промышленные и бытовые отходы: хранение, утилизация, переработка. М.: ФАИР-ПРЕСС, 2002. 336 с.
5. Максимюк Н. Н. Пути решения проблемы переработки белоксодержащих отходов животного происхождения. Агро XXI. 2006. № 1–3. С. 44–45.
6. Скорик Ю. И., Флоринская Т. М., Бабаев А. С.. Отходы большого города: как их собирают, удаляют и перерабатывают. СПб: НИИХ СПбГУ, 1998. 40 с.
7. Ребезов М. Б., Карпова Г. В., Зайнутдинов Р. Р. Анализ технологических моделей производства дрожжей. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. 2014. Т. 2. № 2. С. 4–8.
8. Зинина О. В., Ребезов М. Б., Лукин А. А., Хайруллин М. Ф., Использование вторичных сырьевых ресурсов на мясоперерабатывающих предприятиях. Челябинск: ИЦ ЮУрГУ, 2010. 103 с.
9. Зинина О. В., Ребезов М. Б., Соловьева А. А. Биотехнологическая обработка мясного сырья. В.Новгород: Новгородский технопарк, 2013. 272 с.
10. Максимюк Н. Н. Разработка ферментативных белковых гидролизатов и эффективность их применения в животноводстве: монография. Великий Новгород, 2006. 208 с.
11. Технология пищевых производств / Под ред. А. П. Нечаева. М.: Колос, 2005. 767 с.
12. Ушачев И. Г. Стратегические направления обеспечения продовольственной безопасности России. Экономика сельскохозяйственных предприятий, 2002. № 5. С. 7–11.
13. Губер Н. Б., Монастырев А. М., Ребезов М. Б. Научное и практическое обоснование новых биотехнологических приемов повышения производства говядины и ее пищевой ценности. В.Новгород: Новгородский технопарк, 2013. 120 с.
14. Богатова О. В., Карпова Г. В., Ребезов М. Б., Топурия Г. М., Клычкова М. В., Кичко Ю. С. Современные биотехнологии в сельском хозяйстве. Оренбург: ОГУ, 2012. 171 с.
15. Альхамова Г. К., Максимюк Н. Н., Наумова Н. Л., Амерханов И. М., Зинина О. В., Залилов Р. В., Ребезов М. Б. Новые творожные изделия с функциональными свойствами. Челябинск: ИЦ ЮУрГУ, 2011. 94 с.
16. Ребезов М. Б., Лукин А. А., Наумова Н. Л., Зинина О. В., Пирожинский С. Г. Использование коллагенового гидролизата в технологии производства мясного хлеба. Вестник Тихоокеанского государственного экономического университета. 2011. № 3. С. 134–140.
17. Зинина О. В., Ребезов М. Б. Технологические приемы модификации коллагенсодержащих субпродуктов. Мясная индустрия. 2012. № 5. С. 34–36.
18. Тарасова И. В., Ребезов М. Б., Зинина О. В., Ребезов Я. М. Использование коллагенсодержащего сырья животного происхождения при производстве мясного биопродукта. Сборник научных трудов SWorld. 2013. Т. 4. № 1. С. 46–50.
19. Соловьева А. А., Зинина О. В., Ребезов М. Б., Лакеева М. Л. Современное состояние и перспективы использования стартовых культур в мясной промышленности. Сборник научных трудов SWorld. 2013. Т. 10. № 1. С. 84–88.
20. Соловьева А. А., Зинина О. В., Ребезов М. Б., Лакеева М. Л., Гаврилова Е. В. Актуальные биотехнологические решения в мясной промышленности. Молодой ученый. 2013. № 5. С. 105–107.
21. Зинина О. В., Ребезов М. Б. Изменение микроструктуры рубца в процессе ферментной обработки. Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2013. № 88. С. 119–128.
22. Зинина О. В., Тарасова И. В., Ребезов М. Б. Влияние биотехнологической обработки на микроструктуру коллагенсодержащего сырья. Всё о мясе. 2013. № 3. С. 41–43.
23. Тарасова И. В., Ребезов М. Б., Зинина О. В., Ребезов Я. М., Полтавская Ю. А. Влияние стартовых культур на вторичное сырье животного происхождения. Молодой ученый. 2013. № 10. С. 209–212.
24. Соловьева А. А., Ребезов М. Б., Зинина О. В. Изучение влияния стартовых культур на функционально-технологические свойства и микробиологическую безопасность модельных фаршей. Актуальная биотехнология. 2013. № 2 (5). С 18–22.
25. Ребезов М. Б., Зинина О. В., Максимюк Н. Н., Соловьева А. А. Использование животных белков в производстве мясопродуктов. Вестник Новгородского государственного университета имени Ярослава Мудрого. 2014. № 76. С. 51–53.
26. Зяблицева М. А., Ребезов М. Б. Разработка кисломолочных продуктов, обогащенных овощными наполнителями Экономика и бизнес. Взгляд молодых: мат. междунар. заочной научн.-практ. конф. молодых ученых, 3 декабря 2012 г. Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2012. С. 246–248.
27. Окусханова Э. К., Асенова Б. К., Ребезов М. Б., Игенбаев А. К. Белковый обогатитель при производстве функциональных мясных продуктов. Инновационное образование и экономика. 2014.Т. 1. № 14 (25). С. 43–47.
