WYKLAD I.doc

(60 KB) Pobierz
WYKŁAD I

WYKŁAD I

biotechnologia to:

              integracja nauk przyrodniczych i

inżynieryjnych w celu zastosowania organizmów, komórek i ich części oraz molekularnych analogów

do pozyskania dóbr i usług              "

Zgodnie z definicją przyjętą przez OECD (Organisation for Economic Co-Operation and Development - Organizację Wzajemnej Współpracy Gospodarczej) - biotechnologię należy rozumieć jako:

i              zastosowanie metod inżynieryjnych

jdo obróbki materiałów czynnikami

i biologicznymi w celu pozyskania dóbr i

usług(ang  good and services)              "

Biotechnologia w ochronie środowiska jest to integracja wiedzy przyrodniczej i technicznej w celu:

1              ochrony elementów środowiska (wód. gleb oraz powietrza) przed zanieczyszczeniem.

2   odnowy zdegradowanych elementów środowiska (wód powierzchniowych i gruntowych oraz gleb),

3   biotechnologii dla zrównoważonego rozwoju.

Biotechnologie w ochronie środowiska:

-Technologie ,,u końca rury”[- oczyszczanie ścieków-unieszkodliwianie odpadów-ochrona atmosfery]

-Bioremediecja(techniki remediacji gruntów)

-Technologie na rzecz zrównoważonego rozwoju(-usuwanie i odzyskiwanie metali- biodegradowalne plastiki-biopaliwa)

Przedmiotem technologii w ochronie środowiska są procesy i operacje jednostkowe.

Proces jest definiowany jako zjawisko, podczas którego     następuje     przemiana     zanieczyszczeń (substratów) w produkty tj. związki nie stanowiące zagrożenia    środowiskowego,    bądź    stanowiące

zagrożenie mniejsze.Np.

Złożone związki organiczne występujące w

ściekach   (substrat)    są   przekształcane:   

-    w warunkach tlenowych do C02 i H20 r

- w warunkach beztlenowych - do CH4 i C02

Operacje jednostkowe

są to czynności głównie natury fizycznej, które obok procesów   składają  sie   na  ciąg  technologiczny(przepływ    płynów,    mieszanie,     sedymentacja, wirowanie czy filtracja).

Do oczyszczania ścieków wykorzystuje się mieszane populacje mikroorganizmów.

Mieszane        populacje        są       zdolne       do wykorzystywania:

- różnego    rodzaju     substratów    (substancje

organiczne, amoniak),

- akceptorów elektronów (tlen, azotany),

co umożliwia  rozwój  zintegrowanych  systemów usuwania ze ścieków substancji organicznych, azotu i fosforu.

Skład gatunkowy mikroorganizmów jest

kształtowany przez:

-rodzaj ścieków

-warunki operacyjne procesu

-czynniki środowiskowe

Biotechnologie w ochronie środowisko Ścieki jako substrat   energetyczny   i    wzrostowy  

Cel oczyszczania ścieków

Oczyszczanie    ścieków    polega    na    eliminacji (usunięciu).     w     warunkach     tlenowych     lub beztlenowych, substancji organicznych oraz azotu i fosforu   przy   udziale   mikroorganizmów,   które

wykorzystują   składniki   ścieków   jako   substraty energetyczne i wzrostowe.

W ściekach zdolność i tempo usuwania związków organicznych zależy od ich:

<   podatności na biodegradacje,

<   rozpuszczalności.

Związek jest łatwo rozkładamy wówczas, gdy może być wykorzystywany przez mikroorganizmy jako jedyne źródło węgla i energii. Jego rozkład do dwutlenku węgla zachodzi bez konieczności adaptacji organizmów. Szybkość    rozkładu    w    wodach    naturalnych Jest porównywalna        z        szybkością  rozkładu  w oczyszczalniach ścieków.

Do   takich    należą, niskocząsteczkowe      kwasy organiczne, aminokwasy, peptydy.

Kryterium              rozpuszczalności związków

organicznych    występujących    w    ściekach   jest związane z wielkością cząsteczek cząstki ośrednicy

-1um stanowią zawiesiny,

- 1um-10-3um - substancje koloidalne

-10-2um- substancje rozpuszczone.

Związki   wielkocząsteczkowe    nie    mogą    być pobierane przez mikroorganizmy.

Podstawowe komponenty organiczne

występujące w ściekach komunalnych stanowią:

- białka od 40 do 60%,

- węglowodany od 25 do 50%,

- lipidy ok. 10%.

Należą one  do  związków przyswajalnych przez mikroorganizmy ale, .większość z nich występuje w postaci koloidów i zawiesin.

Z    uwagi    na    wielkość    cząsteczek,    udział poszczególnych frakcji w ściekach komunalnych kształtuje się następująco:

> proste związki organiczne od  10 do  15%,

> wielkocząsteczkowe rozpuszczone i nierozpuszczalne   polimery   od   15   do   25%  

>zawiesiny od 60-75%

Substancje    rozpuszczone    są   pobielone    przez mikroorganizmy no procesy wzrostu:

>  nierozpuszczone wielkocząsteczkowe substancje organiczne i koloidy ulegają adsorpcji, a następnie hydrolizie Produktami hydrolizy sa proste substancje rozpuszczone.

>   nierozpuszczalne cząstki materii organicznej    występujące    jako    zawiesina    są

mechanicznie zatrzymywane w klaczkach osadu czynnego. W  przypadku   licznie   reprezentowanych  białek, węglowodanów   czy   tłuszczy,   efektywność   ich biodegradacji zależy od szybkości hydrolizy.

Ponieważ  hydroliza jest  procesem  wolnym,  to związki nierozpuszczone są określane jako wolno rozkładalne.

Substancje o małej podatności na biodegradację lub oporne na biochemiczny rozkład

W  oczyszczalniach  ścieków  komunalnych takie związki    nie    ulegają   rozkładowi    k:b    ulegają częściowo.

Związki o charakterze silnie hydrofobowym, które nie podlegają biodegradacji mogą.i byc usuwane w wyniku biosorpcji.

Skutkiem tego ich zawartość w osadach ściekowych jest duża, co wpływa ograniczająco na możliwość

ich zagospodarowywania rolniczego.

AZOT I FOSFOR

Ścieki   bytowo-gospodarcze    i    niektóre    ścieki przemysłowe  np.  _ścjęki z produkcji nawozów sztucznych zawierają związki azotu i fosforu. Azot i fosfor są uznawane za główny czynnik przyśpieszający      eutrofizację      wód,      zwlasza zbiorników wód stojących.

W ściekach miejskich proporcje  C:N  i C:P są przesunięte  na korzyść  N  oraz  P;  tak  że  po oczyszczeniu   nadal    pozostają    w    odpływie. Całkowite usunięcie azotu i fosforu ze ścieków  wymaga    stosowania    dodatkowych    rozwiązań technologicznych.

Podzial metod oczyszczania  ścieków z uwagi na sposób wzrostu mikroorganizmów:

Sposób  wzrostu mikroorganizmów:

-wzrost w formie biomasy zawieszonej

(mikroorganizmy zdyspergowane, kłaczki-osad czynny, granule)

-wzrost na wypełnieniu stałym(błona biologiczna)

Pośredni: np.: wzrost na ziarnach nośnika w złożu fluidalnym

Wyklad 2

Osad czynny to system oczyszczania ścieków których główną cechą jest recyrkulacja biomasy.

Błonę biologiczną tworzą mikroorganizmy unieruchomione na stałym podłożu i osadzone w matrycy zbudowanej z zewnątrzkomórkowych substancji polimerycznych EPS.

Matryca biologiczna: stanowi barierę ochronną przed negatywnym oddziaływaniem czynników zewnętrznych, stanowi czynnik buforujący w odpowiedzi na zmiany stężenia substancji organicznych, odczyn, pojawienie się substancji toksycznych, zwiększa dostępność mikroelementów, umożliwia oddziaływania między gatunkami. Systemy z błoną biologiczną wykorzystuje się dość powszechnie zarówno w procesach uzdatniania wody jak i oczyszczania ścieków. Zdolność wzrostu mikroorganizmów na wypełnieniu stałym w różnego typu reaktorach stanowi podstawę rozwoju metod oczyszczania ścieków w warunkach tlenowych jak i beztlenowych oraz remediacji gruntów.

Etapy formowania błony: adhezja I- adhezja II-akumulacja błony i kongregacja-tworzenie wielogatunkowych zbiorowisk-błona dojrzała-starzenie błony.

Adhezja polega na specyficznym lub niespecyficznym przyczepianiu się komórek do podłoża. W pierwszym adhezja ma charakter odwracalny i jest skutkiem oddziaływań dalekiego zasięgu pomiędzy komórkami mikroorganizmów i makroskopową powierzchnią, włączając siły van der Waalsa oraz elektrostatyczne. Gdy komórki zbliżają się na odległość mniejsza niż 1,5 nm, wówczas pojawiają się oddziaływania specyficzne w których biorą udział adhenzymy białkowe. ...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin