Утилізація відходів біотехнологічних виробництв
Міністерство
освіти та науки України
Національний
авіаційний університет
Кафедра
екології
Курсова
робота
Утилізація
відходів біотехнологічних виробництв
Виконала:
Студентка групи ІЕБ 402
Шарова Анастасія
Прийняла:
Матвєєва О.Л.
Київ 2015
Завлання на курсову роботу
Студента Шарової Анастасії Олександрівни
. Тема роботи: Утилізація відходів біотехнологічних виробництв
. Строк здачі студентом закінченої роботи: 22 квітня 2015 року
. Зміст пояснювальної записки:
. Основні біотехнологічні виробництва,
.1 Відходи молочної промисловості,
.2 Відходи виробництва антибіотиків,
. Проблеми сучасної утилізації біотехнологічних виробництв,
.1 Розкладання складних субстратів та твердих відходів,
.2 Утилізація відходів спиртового виробництва,
.3 Утилізація відходів харчового виробництва.
. Дата видачі завдання: 7 квітня 2015 р.
Студент_________
Керівник________ Матвєєва О.Л.
"__" _______ 2014 р.
Реферат
біотехнологічний виробництво утилізація відходи
Пояснювальна записка до курсової роботи
"Утилізація відходів біотехнологічних виробництв": 26 с., 3
рисунки, 5 літературних джерел.
Утилізація, відходи, промисловість, біотехнологічне виробництво.
Об’єкт дослідження -відходи біотехнологічних виробництв.
Предмет дослідження - вивчення методів утилізації відходів
біотехнологічних виробництв.
Мета роботи - розглянути загальні методи утилізації відходів
біотехнологічних виробництв та детальніше розглянути найбільш вигідні методи
для навколишнього середовища.
Метод дослідження - аналогічний, пошук та аналіз літературних джерел.
Результатом роботи є дослідження методів утилізації відходів виробництв
молочної продукції, антибіотиків та харчової промисловості.
Зміст
Вступ
Розділ 1.
Основні відходи біотехнологічних виробництв
.1 Відходи
молочної промисловості
.2 Відходи
виробництва антибіотиків
.3 Загальні
вимоги до знешкодження відходів біотехнологічних виробництв
Розділ 2.
Проблеми сучасної утилізації відходів біотехнологічних виробництв
.1
Розкладання складних субстратів та твердих відходів
.2 Утилізація
відходів спиртових виробництв
.3 Утилізація
відходів харчових виробництв
Висновки
Список
використаної літератури
Додаток
Вступ
Сучасна біотехнологія - це напрямок, покликаний
вишукувати шляхи промислового застосування біологічних агентів і процесів. Це
комплексна багатопрофільна область, що включає мікробіологічний синтез,
генетичну, білкову та клітинну інженерію.
Біотехнологія в основному спирається на використання
мікроорганізмів. Тому знання, накопичені мікробіологією про різноманіття світу,
про будову, генетиці, фізіології, мінливості, екології мікробів створюють
наукову основу для розвитку багатьох біотехнологічних виробництв.
Завдяки антропогенній діяльності людини (промислової,
сільськогосподарської, побутової і т.д.) постійно відбувається зміна фізичних,
хімічних та біологічних властивостей навколишнього середовища, причому
більшість з цих змін дуже несприятливі.
Прекрасним прикладом такого впливу служить
впровадження нових, більш досконалих методів біотехнологічної переробки
відходів.
Одне з найбільш важливих напрямків біотехнології -
контроль за забрудненням навколишнього середовища і створення безвідходних
технологій.
Останнім часом різко збільшилася кількість і
ускладнився якісний склад речовин, що забруднюють середу. Бурхливий розвиток
хімії і її впровадження в народне господарство поряд з величезним економічним
ефектом і багатьма блискучими досягненнями несе певну небезпеку в сенсі
порушення сформованих протягом сотень тисяч років взаємодоповнюючих мешканців
біосфери. Найбільш небезпечні забруднення навколишнього середовища шкідливими
для здоров'я людини отруйними, канцерогенними і мутагенними речовинами.
Розділ 1. Основні відходи біотехнологічних виробництв
Промислові відходи умовно можна розділити на дві категорії:
1. Відходи виробництв, заснованих на використанні біологічних процесів
(виробництво харчових продуктів, напоїв, ферментація).
. Відходи хімічної промисловості.
У першому випадку відходи мають різний склад і звичайно переробляються
шляхом біологічного окислення, як це робилося традиційно у випадку побутового
сміття. Однак такий спосіб економічно невигідний, і в цей час широко
обговорюється питання про можливості зменшення обсягу розведених стічних вод
або їхнього безпосереднього використання - трансформації (для одержання біомаси
або інших цінних продуктів).
Розглянемо методи біологічної переробки промислових відходів на прикладі
молочного виробництва.
1.1 Відходи молочної промисловості
Сироватка - є побічним продуктом сироваріння. Її склад залежить від типу
використовуваного молока й вироблюваного сиру. У висушеному або концентрованому
вигляді сироватка застосовується як корм для тварин; однак її недоліком є те,
що вона не збалансована з погляду вмісту поживних речовин: у сироватці занадто
велика концентрація мінеральних речовин і лактози. Розроблено способи добування
із сироватки білків шляхом ультрафільтрації, осадження або виділення за
допомогою іонного обміну. З такого білку можна одержувати білкові гідролізати,
використовуючи для цього ферментери. Після добування білків одержують більші
обсяги фільтратів з високими концентраціями лактози (35-50 г/л), мінеральних
речовин, вітамінів і молочної кислоти, і зявляється проблема подальшого їхнього
використання. Якщо перетворити лактозу в молочну кислоту при участі
молочнокислих бактерій, то вийде джерело вуглецю, що може зброджуватися
дріжджами. Після зброджування не обов'язково відокремлювати мікроорганізми від
середовища, обсяг якого можна зменшити й одержати збагачену білком сироватку.
Із сироватки одержують не тільки білкові продукти, але й сировину для
біотехнологічної промисловості (наприклад, етанол). Шляхом хімічного гідролізу
лактози з наступним видаленням глюкози з розчину за допомогою ферментації можна
одержати галактозу. У результаті гідролізу лактози фільтрат стає більше солодким;
на сучасних установках такий гідроліз здійснюється за допомогою галактозідази.
Гідролізований фільтрат не тільки знаходить застосування в харчовій
промисловості, але й може виявитися корисним при вирішенні проблем, пов'язаних
з недоліком ферментів у деяких тварин і при неспийняттям лактози у людини. Із
сироватки одержують й інші хімічні сполуки: лактозу, лактулозу й лактобіонову
кислоту.
1.2 Відходи виробництва антибіотиків
Основні відходи, що утворюються в результаті виділення і хімічного
очищення антибіотиків, наступні: відпрацьовані нативні розчини, водні маткові і
промивні розчини, водні розчини кислот і лугів після регенерації іонообмінних
смол, відпрацьоване активоване вугілля, кубові залишки після регенерації
розчинників. У цих відходах шкідливу частку становлять антибіотики і продукти
їх деструкції, а також органічні розчинники.
Принципові завдання вдосконалення технології отримання антибіотиків з
нативних розчинів з точки зору скорочення відходів виробництва полягають у
підвищенні виходу цільових продуктів і тим самим зниження втрат антибіотика,
зниженні витрат сировини на стадіях і підвищенні ефективності регенерації
органічних розчинників.
Істотне зниження втрат антибіотиків у процесі їх виділення може бути
досягнуто шляхом вирішення комплексу задач: удосконалення процесу ферментації з
метою підвищення якості культуральних рідин; проведення ефективної очистки
нативних розчинів від домішок, що ускладнюють процеси виділення антибіотиків;
скорочення числа технологічних стадій; зменшення тривалості процесів;
використання ефективного високопродуктивного обладнання.
Так, застосування ефективного очищення та підготовки нативних розчинів
пеніциліну дозволяє підвищити концентрацію переробляються нативних розчинів на
30-40% і відкриває можливість застосувати скорочену схему екстракційної очистки
антибіотика, що знижує приблизно вдвічі витрата бутилацетата при екстракції і
активованого вугілля на очищення екстракту. При цьому досягається зменшення
втрат антибіотика на 15-30%, що відповідно знижує кількість вступників у
відходи антибіотика і продуктів деструкції.
Частина утворюються міцеліальних відходів утилізується в сільському
господарстві. Це міцеліальні маси продуцентів пеніциліну, тетрацикліну і
хлортетрациклина. Застосування міцеліальних відходів для годівлі великої
рогатої худоби збільшує середньодобові прирости на 16-58%. Витрата кормів при
цьому знижується на 10-30%.
Однак більше двох третин утворюється міцелію утилізується у відвали,
систему стічних вод або спалюється, що не можна назвати прийнятним з позиції
забруднення ґрунтів і завантаження очисних споруд.
.3 Загальні вимоги до знешкодження відходів біотехнологічних виробництв
Мікробіологічні та біотехнологічні виробництва та їх продукція можуть
робити на людину, тварин і рослинний світ наступні види шкідливого дії:
Розвиток інфекційних, паразитарних та інших захворювань;
Токсична дія;
Аллергенное дію;
Загальне і місцеве неспецифічне (подразнюючу) дія;
Дія на генетичний апарат клітин;
Вплив на екологічну обстановку.
Можна виділити наступні загальні вимоги до біобезпеки мікробіологічних і
біотехнологічних виробництв та їх продукції:
) Безпека означає відсутність фактичного або прогнозованого небажаного
впливу мікроорганізмів, їх модифікованих варіантів, генно-інженерних
матеріалів, обладнання та лабораторних тварин, використовуваних у виробництві і
контролі препаратів, на здоров'я людини і тварин, а також на навколишнє
середовище.
) необхідно мати повну інформацію про використовувані у виробництві
мікроорганізмах, їх генно-інженерних варіантів, матеріалах, устаткуванні і
тварин;
) для визначення безпеки мікробіологічної та біотехнологічної продукції
необхідно використовувати інформативні лабораторні методи, що дозволяють
отримати дані, імовірно корелюють з її безпекою для людей і тварин. Висновок
про безпеку мікробіологічної та біотехнологічної продукції повинно базуватися
на комплексній оцінці шкідливого дії продукції на організм людини і тварин, а
також на навколишнє середовище при короткочасному і тривалому впливі;
) виробничий процес повинен бути організований таким чином, щоб
забезпечити його безпеку всередині і поза виробничих приміщень і передбачати
превентивні дії для недопущення випуску в навколишнє середовище потенційно
небезпечних мікроорганізмів (токсинів), їх генно-інженерних варіантів, а також
матеріалів і речовин, що використовуються в виробництві;
) кожен виробник повинен забезпечувати безпеку мікробіологічної та
біотехнологічної продукції і гарантувати її відповідність призначенню і вимогам
нормативної документації і зобов'язаний забезпечувати моніторинг безпеки
продукції після розміщення її на ринку. Аналогічні обов'язки покладаються на
уповноважені органи виконавчої влади в галузі охорони здоров'я.
) для контролю над дотриманням на виробництві режиму безпеки та аналізу
надзвичайних випадків порушення безпеки повинен бути створений постійно діючий
орган (комісія) по режиму безпеки. На кожному виробничому ділянці повинен бути
співробітник, відповідальний за дотримання безпеки.
Біотехнологічні відходи ставляться, як правило, до типу розкладаються в
природних умовах під дією різних факторів (біологічних - мінералізація за
участю мікроорганізмів, хімічних - окислення, фізико-хімічних завдяки
комплексному впливу, наприклад, променевої енергії і хімічних речовин). Однак
вони можуть містити патогенні мікроорганізми, залишки курячих ембріонів при
культивуванні, наприклад, вірусу грипу, деякі тканинні культури ссавців і т.д.,
а також органічні та неорганічні речовини, використовувані в біотехнологічному
процесі, які при попаданні в навколишнє середовище можуть послужити причиною
екологічної катастрофи.
Тому на підприємстві повинні бути створені умови для запобігання
розкрадань підлягають знищенню допоміжних матеріалів, вихідної сировини,
відходів і забракованої продукції, з метою виключити потрапляння
використовуваних мікроорганізмів і відходів у навколишнє середовище.
Якість відходів диктує вибір методу їх знешкодження. Так, патогенні
мікроби - продуценти сильних отрут (токсинів) повинні бути знешкоджені
повністю, і найбільш ефективний спосіб для цього - спалювання. Нетоксичні
відходи по можливості відправляють на утилізацію, наприклад біомаса клітин
стрептоміцетов після термічної обробки може бути спрямована на корм худобі.
Загальні вимоги до збору, знезараженню та зберігання відходів повинні
включати наступні положення:
Інфіковані відходи виробництва повинні поміщатися в спеціальні
промарковані контейнери, конструкція яких повинна бути герметичною,
вологонепроникної, що перешкоджає контакту сторонніх осіб, тварин і
членистоногих.
Всі матеріали і рідкі відходи, контаміновані мікроорганізмами I-IV груп
патогенності, повинні бути знешкоджені термічним або хімічним способом перед їх
спуском в каналізацію незалежно від наявності стерилізуючих установок в
каналізаційній системі. Рідкі відходи не повинні зберігатися у виробничих
будівлях.
Для знешкодження стічних вод з підрозділів, що працюють із збудниками
I-II груп патогенності і спороутворюючими бактеріями III групи патогенності,
повинні бути змонтовані спеціальні знешкоджують установки (Монжус з паровим
обігрівом або стерилізатори безперервної дії), що дозволяють проводити термічну
обробку стічних вод за спеціально встановленим режимам , що забезпечує повне
знезараження. Каналізаційні трубопроводи від приймачів відходів до
стерилізуючих установок повинні бути виконані з нержавіючої сталі на зварних
з'єднаннях і забезпечені пристосуваннями для пропарювання.
Інфіковані тверді відходи і біологічні відходи віварію повинні
знищуватися спалюванням в спеціальних установках для термічного знешкодження.
Забороняється спалювання заражених відходів та трупів тварин у топках котелень
і сміттєспалювальних печах загального призначення.
При знешкодженні щільних відходів в мікробіологічних виробництвах лише
вбивання необхідно мати на увазі антигенні особливості такої мікробної біомаси,
- в будь-якому випадку необхідно виключити сенсибилизирующее дія її на
макроорганізми щоб уникнути виникнення алергічних захворювань.
В аеротенках очисних споруд, де відбувається знешкодження рідких
відходів, лімітують факторами виступають головним чином якість і площа
біологічної плівки, що складається з мікро- і макрофлори, мікро- і макрофауни.
У цьому зв'язку необхідно бути переконаним, що привносяться щільні відходи,
багаті органічними речовинами, не приведуть до погіршення роботи аеротенків.
Якщо за технологічною схемою щільні і рідкі відходи подаються у воду у
вигляді змішаного стоку, то спочатку здійснюють грубе поділ перших від других,
потім проводять віджим вологи з подальшою передачею ущільненої біомаси клітин
на знешкодження вищевказаними шляхами.
Розділ 2. Проблеми сучасної утилізації відходів біотехнологічних
виробництв
Утилізація відходів - здійснення будь-яких технологічних операцій,
пов'язаних зі зміною фізичних, хімічних або біологічних властивостей відходів,
з метою підготовки їх до екологічно безпечного зберігання, перевезення чи видалення.
Повторне використання або повернення в обіг відходів виробництва чи сміття.
2.1 Розклад складних субстратів та твердих відходів
Існує проблема розкладу утворюваних у технологічних процессах складних
речовин, які будучи основною масою відходів, створюють загрозу навколишньому
середовищу. Завданням екологічної біотехнології є їх руйнування та перетворення
на нешкідливі для довкілля або використання як вторинну матеріальну сировину
для виробництва кормових і харчових продуктів.
Компостування - це екзотермічний процес аеробного біологічного розкладу
відходів в умовах підвищеної температури та вологості. У процесі біодеградації
органічний субстрат піддається фізичним та хімічним перетворенням з утворенням
стабільного гуміфікованого кінцевого продукту, який використовується у
сільському господарстві як добриво та як засіб, що покращує структуру ґрунтів,
підвищує їх стійкість до ерозії.
Відходи, що піддаються компостуванню: міське сміття, гній тваринницький
ферм, відходи рослинництва, сирий активний мул тощо.
Організми, що беруть участь у компостуванні: бактерії, актиноміцети,
гриби, водорості, найпростіші, вищі гриби, багатоніжки, кліщі, черви, мурашки
тощо.
Процес компостування поділяють на чотири стадії:
· мезофільна - відходи мають температуру навколишнього
середовища, рН слабокисле. Мікроорганізми, присутні у відходах, починають
швидко розмножуватись, у процесі розщеплення ними органічних сполук виділяється
енергія, температура піднімається до 40оС, рН підкисляється;
· термофільна - при підвищенні температури понад 40оС
починають гинути мезофіли та переважати термофіли. Це піднімає температуру до
60оС, процес розкладання речовин продовжують споротворні бактерії та
актиноміцети, гриби стають неактивними. Гинуть термочутливі патогенні
мікроорганізми, бур’яни та їх насіння. рН стає лужним;
· охолодження - рН повільно падає, але лишається лужним.
Швидкість тепловиділення стає дуже низькою, температура знижується до
температури навколишнього середовища;
· дозрівання - втрати маси та тепловиділення малі, процес
триває декілька місяців.
Параметри процесу компостування:
склад - сировина для компостування має містити максимум органічного
матеріалу та мінімум неорганічних відходів;
дисперсність частинок - розмір частинок для механізованих установок з
перемішуванням та примусовою аерацією - 12,5 мм, для нерухомих куп з природною
аерацією - 50 мм;
поживні речовини - вміст елементів у відходах, як правило, є оптимальним
для здійснення процесу компостування, лише співвідношення С/N та зрідка рівень
фосфору можуть потребувати коригування. С/N має перебувати у межах 25/1;
вологість - має бути в межах 50-60;
аерація - оптимум - 10-18% кисню;
перемішування - здійснюється для забезпечення киснем усіх зон компостної
маси та диспергування крупних фрагментів сировини;
розміри купи - будь-яка довжина, висота 1,5 м та ширина 2,5 м для куп та
компостних рядів з природною аерацією. У разі примусової аерації розміри купи
мають перешкоджати перегріву.
2.2 Утилізація відходів спиртових виробництв
Загально прийнятною технологією переробки відходів спиртових заводів -
спиртової барди є вилучення твердої фракції, її фільтрування, висушування та
грануляція кормової суміші для сільськогосподарських тварин. У всьому світі
такі гранульовані комбікорми відомі як DDGS (Distillers Dried Grainwith
Sollubes). Технологічна схема отримання продукту DDGS наведена у додатку 1.
Рідка барда з брагоректифікаційної установки подається на декантерну центрифугу
(1), де проходить відділення нерозчинної частини сухих речовин (СР) барди від
рідкої фракції (зернова барда має в своєму складі 7,5-8,5% мас. СР; із них
залишається у фільтраті 2,5-3,0% мас.). Далі рідкий фільтрат подається на
випарювання на трикорпусну випарну установку (2), після якої концентрація СР
підвищується до 5-40% мас. Отриману раніше вологу дробину з вологістю 60-65%
змішують із упареним фугатом і подають на сушку (3), де видаляють зайву вологу
і доводять вміст СР до 87-90%. Далі суха барда за допомогою шлюзового запору
циклона (4) сушки подається в бункер (5), який знаходиться над прес-гранулятором
(6), звідки дозовано подається в змішувач-кондиціонер грануляту, де
обробляється гострою парою. Далі підготовлена сировина подається на камеру
пересування, після якої має форму циліндричних гранул. Останні охолоджують в
протитечійному охолоджувачі (7) з рухомим щілинним дном. Дрібну фракцію
відсіюють на вібраційному ситі (9) і повертають у цикл пресування за допомогою
аспіраційної системи (8). Готові гранули пакують в мішки або біг-беги,
використовуючи дозатор (10) та машину для запаювання мішків (11).
Наступною невирішеною проблемою є утилізація фільтратів після цієї
операції. Як правило, спиртова барда, що містить до 2,5-3,0% твердих цінних
біологічних речовин, подається на поля фільтрації без їх виділення.
Запропонована та досліджена технологія екстракції твердих речовин
класичними екстрагентами (етилацетат) та екстрагентами, що були виділені при
технічній переробці спиртової барди. На рис. 1-3 наведено принципову схему
реагентної переробки відходів спиртових заводів України. Cпиртова барда після
відділення твердої фракції була піддана екстракції з метою виділення
кукурудзяного масла. В якості екстрагенту були використані класичні розчинники
(етилацетат), а також екстрагенти, які були отримані при фракційному розділенні
сивушних олив. Так, при фракційному розділенні сивушних олив при атмосферному
тиску (рис. 1) виділяли дві фракції: №1 з максимальним вмістом спиртів С2-С4 та
№2 з таким же вмістом спиртової фракції С4-С5.
Рисунок 1 - Принципова схема розділення сивушних олив
фракційною розгонкою
Наступне розділення отриманої фракції №1 проводили на
модульній ректифікаційній колоні при атмосферному тиску (рис. 2).
Рисунок 2 - Принципова схема розділення фракції №1 на
модельній ректифікаційній колоні
В результаті ректифікаційного розділення було вилучено
фракцію, яку використовували на стадії екстракції кукурудзяної олії із
фільтрату після вилучення твердої фракції (рис. 3). Другим екстрагентом було
досліджено етилацетат за класичною схемою екстрагування органічних речовин.
Рисунок 3 - Принципова схема вилучення (екстракції)
кукурудзяної олії із фільтрату спиртової барди після вилучення (фільтрації)
твердої фракції
.3 Утилізація відходів харчових виробництв
Основна маса відходів та побічних
продуктів харчової промисловості - близько 70% - використовується безпосередньо
на кормові цілі в тваринництві, близько 20% направляється на виробництво
продуктів харчування та технічної продукції, решта використовується як добриво
та паливо. Відходи харчових підприємств дуже об’ємні, містять багато вологи,
малотранспортабельні і не можуть довго зберігатися.
Багато продуктів виробляється з
відходів. Це кормові та хлібопекарні дріжджі, спирт, господарське мило, молочна
сироватка. Крім того, з відходів отримують тисячі тонн пектину та фруктового
порошку, рослинного масла, лимонної та глютамінової кислоти.
У м'ясній промисловості повторні
продукти переробки становлять 25,0% маси туші, що можуть бути використані на
корм худобі. Відходи м'ясної промисловості використовуються переважно для
виробництва сухих і варених тваринних кормів. Більш перспективним і економічним
є виробництво сухих тваринних кормів, які зручно зберігати, транспортувати і
вводити в кормові ємності.
Значну кількість кормових відходів
включають в раціон курчат і курей-несучок. Іноді ці відходи використовують як
добавку до корму хутрових звірів, свиней. Раціональне використання субпродуктів
дозволить додатково отримати значну кількість варених ковбас, паштетів,
збільшити виробництво сухого і вареного комбікорму.
У відходи виробництва картопляного
крохмалю переходить біля 40,0% сухих речовин картоплі. Якщо використання
картопляної мезги можна вважати задовільним, то клітинний сік і сокові води поки
ще не знаходять застосування і забруднюють атмосферу. Клітинний сік можна
використати для кормових дріжджів.
Відходами хлібопекарського і
макаронного виробництва є пил і крихта. Середній їх вихід становить 0,15% до
маси переробленої сировини - муки. Ці відходи в основному реалізовуються на
корми тваринам. З мірошницького пилу, витрясок і борошняного змету, які
використовуються нераціонально, можна отримати кислотний декстрин.
Переробка органічних відходів
молокозаводів та жировмісних стічних вод.
Жировмісні стічні води (ЖСВ) належать
до висококонцентрованих промислових стоків, а деструкція їх забруднень потребує
будівництва складного комплексу очисних споруд. Застосування існуючих
механічних та фізико-хімічних методів очищення жировмісних стічних вод не є
економічно доцільним, оскільки вони потребують значних витрат, не дають
достатнього ефекту очищення і призводять до утворення нових відходів, що
потребують додаткової утилізації.
Разом з тим підкреслюється, що для
очищення висококонцентрованих стічних вод доцільно впроваджувати процес
метанового зброджування. Для досягнення високої ефективності процесу необхідно
застосовувати технології двоступінчастого метанового бродіння з рециркуляцією
активного мулу, а стабільність процесу підтримувати за рахунок мікрофлори,
іммобілізованої на носіях. Економічність процесу залежить від глибини
зброджування органічних сполук, тривалості оброблення стоків та утилізації
корисних продуктів метанового бродіння - використання отриманого біогазу як
палива та застосування забродженої біомаси як сировини для виробництва БВК.
Стічні води молокопереробних
підприємств, а також відходи їхнього очищення забруднюють навколишнє середовище
і характеризуються високим вмістом органічних речовин молока (молочного жиру,
білка, лактози). Була розроблена технологія по переробці органічних відходів,
що забруднюють стічні води молокопереробних підприємств. Створені технології
утилізації відходів двох напрямків. Перший - це виробництво кормових добавок з
органічних речовин молока, що потрапляють у стічні води при переробці сировини.
Другий - технологія переробки відходів, що утворюються під час загального
стоку.
При розробці згадуваних технологій
досліджували виробничі стічні води (ВСВ) після переробки молока, а також
відходи, що утворюються при очищенні ВСВ. Визначали активну кислотність (рН),
масові частки сухих речовин, жиру (апарат Сокслета), білка (метод Кельдаля),
амонійний азот, нітрати, нітрити, фосфати. Ступінь забруднення ВСВ органічними
речовинами характеризували показники хімічної та біологічної потреби кисню.
Дослідження проведено на ряді
молокопереробних підприємств України. При розробці технології виробництва
кормових добавок вивчали склад ВСВ, що утворюються при митті технологічного
обладнання в цехах виготовлення продуктів з незбираного молока, вершкового
масла, сиру та переробки вторинної сировини. Об'єм ВСВ визначали замірюванням
витікання води, яку скидають на кожній технологічній операції в загальні стоки
підприємства.
Ці дослідження показали, що високе
забруднення стоків молокопереробних підприємств спричиняє потрапляння у стічні
води шламу молокоочисників та сепараторів, ВСВ від миття їх і танків для
приймання молока і вершків. У маслоробних цехах найбільша кількість
забруднювачів спостерігається при скиданні ВСВ від миття танків для дозрівання
вершків, масловиготівників, автоматів для фасування масла; в цехах виготовлення
продуктів із незбираного молока від миття танків для заквашування сметани,
кисломолочних продуктів, скидання в стоки сироватки; в сироробних цехах спостерігається
значне забруднення стоків білковими речовинами за рахунок скидання розпилених
частинок згустку молока, що утворюються при обробці сирного зерна.
Схема переробки відходів ВСВ на
кормові добавки складається з кількох технологічних ліній: очищення ВСВ з
відділенням жиро-білкових речовин, регенерації розсолу від соління сирів і
лінії виробництва кормових добавок. До них також уводять наповнювач, який
містить необхідні макро - та мікроелементи. Добавки мають білок, незамінні
амінокислоти, ліпіди, мінеральні солі та біологічно активні речовини. За
фізико-хімічними показниками кормові добавки містять 3,6% жиру й 32% білка в
сухій речовині. Передбачено випуск кормових добавок пастоподібної консистенції
та в сухому вигляді.
При розробці другого напрямку
технології вивчали склад відходів, що утворюються в процесі первинного очищення
стічних вод у відстійниках, та активного мулу, який виникає при доочищенні
стічних вод в аеротенках. Нині жиро-білкові відходи відстійників,
жировловлювачів та інші органічні відходи очищення стоків не використовують,
відсутня також технологія їх переробки. Основний метод знищення цих відходів -
захоронення їх у землю або спалювання, що призводить до забруднення
навколишнього середовища.
Дослідження відходів відстійників
показали, що вміст жиру в них становить 77-95%, білка - 2-5% в сухій речовині.
Активний мул з аеротенків містить 34% жиру й 12 - білка в сухій речовині. За
результатами досліджень розроблено технологію переробки органічних відходів від
очищення стічних вод молокопереробних підприємств. У результаті переробки
одержують екологічно чисті продукти - цінний кормовий білок та інші важливі для
сільського господарства продукти.
Таку технологію можна застосовувати
також при переробці відходів стічних вод м'ясопереробних комбінатів,
маргаринових заводів та відходів інших підприємств із значним вмістом жиру та
білка. Таким чином запобігають забрудненню навколишнього середовища, одержують
прибуток завдяки реалізації продукції з відходів стічних вод, а також
поповнюють кормові ресурси сільського господарства.
Основний забруднювач стічних вод
молокопереробних заводів, що інгібірує процес біохімічного очищення, - казеїн.
Нині найбільш ефективними вважаються два способи видалення казеїну із стічних
вод: електрохімічний та біохімічний.
Біохімічний спосіб може бути
реалізований як у аеробних, так і в анаеробних умовах. Накопичений позитивний
досвід використання анаеробного біохімічного очищення стічних вод свідчить, що
цей процес більш стійкий до інгібіруючих речовин, ніж аеробний. Крім того,
анаеробний процес придатний для очищення висококонцентрованих стічних вод без
попереднього їх розбавлення і має такі переваги: мала витрата електроенергії на
очищення; низький приріст надлишкової біомаси; можливість підтримування у
реакторі високої концентрації біомаси; мінімальний об'єм анаеробних
біореакторів не обмежений, на відміну від аеробних установок, експлуатація
невеликих установок простіша.
Проте анаеробним установкам властиві
а деякі недоліки: неможливість очищення стічних вод довизначених норм скидання
у водойми; для ефективного очищення бажано підтримувати оптимальну температуру
стічних вод; тривалий пусковий період.
Аналізуючи переваги й недоліки
анаеробного та аеробного процесів, можна зробити висновок: для очищення стічних
вод молокопереробних підприємств малої потужності найбільш доцільна
двоступенева схема з анаеробним очищенням на першому ступені та аеробним на
другому.
Установки для анаеробного очищення
стічних вод поділяються на біореактори з завислоседиментуючим біоценозом і
біореактори з прикріпленим біоценозом, які, у свою чергу, можуть бути з рухомим
та нерухомим завантаженням. Існують, також, комбіновані установки. Найбільш
стійкі до коливань гідравлічного та органічного навантаження установки з
прикріпленим біоценозом. Біореактори з нерухомим завантаженням мають простішу
конструкцію, вони доступніші в експлуатації, ніж біореактори з рухомим
завантаженням. Важлива проблема при використанні анаеробного методу очищення
стічних вод - вибір температурного режиму та способу його підтримання. За
сучасними даними швидкість анаеробного процесу зростає із збільшенням
температури. Оптимальна температура для очищення стічних вод - 30-35°С, для
чого потрібно додатково їх підігрівати, що не завжди можливо й доцільно.
Утилізація відходів харчових
виробництв у світі
Аналіз патентних матеріалів за
останні п'ять років показує, що в розвинених зарубіжних країнах ведеться
інтенсивний пошук найбільш економічних і високоефективних способів очищення
стічних вод харчових виробництв. Характерною рисою є поєднання класичних
методів очищення (механічний, фізико-хімічний, біологічний і т.д.) з новими
методами (зворотний осмос, ультрафільтрації, мікрофільтрація, електродіаліз
тощо), з використанням мікроорганізмів (дріжджі, бактерії).
Це дозволяє одержати добрива,
додаткове паливо (біогаз), а також кормовий протеїн з використанням спеціально
підібраних для цієї мети продуцентів (США, Японія, Великобританія, Німеччина,
Франція). У Японії очищають стічні води харчових виробництв з використанням
також поверхнево активних речовин (ПАР), аніонообмінних смол, активної біомаси.
У США очищають з застосування цеолітів, мембран, біотехнології.
За кордоном активно ведуться розробки
по комплексному використанні сировини і безвідходній переробці утворених
вторинних ресурсів із застосуванням мікробіологічної біотрансформації сировини,
головним чином у напрямку збагачення його білком, що синтезуються бактеріями,
дріжджами або грибами з метою отримання кормів, кормових і харчових добавок.
У Японії при виготовленні харчових
продуктів використовують кістки риб, стебла конопель, шкірку цитрусових,
висівки, макуху, спиртову барду і пивну дробину. При одержанні кормів і
удобрення в Японії використовують панцирі креветок і крабів, рисове лушпиння,
соєву макуху, барду і знежирені боби або залишки віджатого соєвого сиру
"тофу".
У США при одержанні харчових
продуктів використовують шкаралупу горіхів (мигдаль), цукрову мелясу, чайні
залишки, макуху, залишки тіста і хліба, підсирної сироватку. Великобританія у
виробництві продуктів харчування раціонально використовує лушпиння какао бобів
та кормові білки з бурякового жому.
Проблема утилізації останнім часом
стає особливо актуальною закордоном, тому що велика кількість відходів,
вторинних матеріальних ресурсів створює не сприятливу обстановку в екологічному
відношенні.
Висновки
Діяльність будь-якого біотехнологічного виробництва може
призвести до виникнення екологічних проблем загального і приватного характеру:
) виснаження і загибелі природних екосистем навколо
біотехнологічних підприємств або неадекватного популяційному тиску одних видів
живих істот на інші (наприклад, розростання ціанобактерій у водосховищах);
) зростанню стресових навантажень на людей, що проживають
поблизу великих біотехнологічних підприємств (вихлопні гази, шум,
випаровування, корпускулярні алергени в атмосфері та ін.);
) забруднення повітря, природних водойм грунтів біологічними
та хімічними агентами, що використовуються в технологічному процесі і містяться
у відходах виробництва.
Тому, екологічно безпечна схема біотехнологічного виробництва
обов'язково повинна включати стадії ізоляції та знезараження твердих, рідких і
газоподібних технологічних відходів.
Вибір системи знезараження й очищення - справа інженерного
розрахунку з урахуванням економічної оцінки варіантів. Але головним критерієм
завжди має бути відсутність ризиків для людини і навколишнього середовища.
І в даному випадку, держава повинна не тільки забезпечити
контроль над дотриманням нормативів з безпеки біотехнологічних виробництв, а й
централізовано покрити частину витрат на встановлення таких систем. Такого
підходу вимагають інтереси сучасного суспільства і майбутніх поколінь.
Список використаної літератури
1.
Еліна Н.П. Основи біотехнології, СПб: Наука, 1995, 600 стор.
.
Проект ФЗ "Про безпеку мікробіологічних і біотехнологічних виробництв та
їх продукції", Москва
.
Т.Ю. Жармухамедова, Т.А. Заргарова, Т.Ф. Горєлково, Т.А. Гуськова, А.Н.
Мурашев. Роль служби забезпечення якості в проведенні досліджень з хімічної та
біологічної безпеки відповідно до правил належної лабораторної практики. //
Хімічна та біологічна безпека, 2008, №1-2
.
ГОСТ Р 52249-2004 Правила виробництва і контролю якості лікарських засобів.
Введено в дію 10 березня 2004
.
Правила доклінічних досліджень безпечності та ефективності фармакологічних
речовин (Правила якісної лабораторної практики в РФ - GLP або ПДИ). В кн.
"Керівництво по експериментальному (доклінічного) вивчення нових
фармакологічних речовин". Міністерство охорони здоров'я Російської
Федерації, Департамент контролю якості, ефективності та безпеки лікарських
засобів, Науковий центр експертизи та державного контролю лікарських засобів,
Фармакологічний державний комітет. Москва, 2000.
.
Біотехнологія, під ред. Єгорова М.С., Самуїлова В.Д., у 8 кн., Кн.6:
Микробиологическое виробництво біологічно активних речовин та препаратів, М.:
"Вища школа", 1987, 143 стор.
Додаток
