Библиографическое описание:

Денисенко А. Н., Максимюк Н. Н. Использование методов биотехнологии при переработке органических отходов // Молодой ученый. — 2014. — №9. — С. 81-84.

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.

Основные термины (генерируются автоматически): животного происхождения, обезвреживания отходов, органических отходов, сырья животного происхождения, азота и серы, Молодой ученый, Издательский центр ЮУрГУ, утилизации отходов, стартовых культур, оксиды азота и серы, тяжелых металлов, методов обезвреживания отходов, термического обезвреживания отходов, Пиролиз нефтесодержащих отходов, переработке органических отходов, ИЦ ЮУрГУ, отходов животного происхождения, вторичное сырье, отходов органического происхождения, отходы мясоперерабатывающего производства.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос