WYKŁAD I
Metody biotechnologiczne w ochronie środowiska wprowadzenie do przedmiotu Metody biotechnologiczne w ochronie środowiska Definicja przedmiotu, Charakterystyka i podział metod wykorzystywanych w ochronie środowiska. Charakterystyka i podział metod wykorzystywanych w odnowie środowiska, Technologie na rzecz zrównoważonego rozwoju, Oczyszczanie ścieków -procesy, operacje jednostkowe, układy technologiczne, Ścieki jako substrat energetyczny i wzrostowy Wprowadzenie - podsta;vcwe pojęcia i definicje
Europejska Federacja Biotechnologii przyjmuje definicję, wg której 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
Iusług(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.
odnowy zdegradowanych elementów środowiska (wód powierzchniowych i gruntowych oraz gleb),
biotechnologii dla zrównoważonego rozwoju. 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: r- 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:
Q 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 Definicja
ścieków Ustawa z dnia 18 lipca 2001 r.
PRAWO WODNE
(Dz. U. 2001.115.1229 z dnia 11 października 2001)
Materiały dydaktyczne na ćwiczenia
Definicja ścieków
Skład ścieków i wskaźniki zanieczyszczeń
5. Podział wskaźników zanieczyszczeń w ściekach
i zakresy ich stężeń
4. Substancje szkmlliwe w ściekach
5 Dopuszczalne wskaźniki zanieczyszczeń w
ściekach ml pro w adzanych dn wód i ziemi
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 substiaty
energetyczne i wzrostowe.
W ściekach zdolność i tempo usuwania związków
organicznych zależy od ich: « podatności na
biodegradacje, <s rozpuszczalności.
Związek jest łotwo 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
-Ing stanowią zawiesiny,
lOng - substancje koloidalne
<10ng - substancje rozpuszczone.
Związki wielkocząsteczkowe nie mcgą 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:
a proste związki organiczne od 10 do 15%, a
wielkocząsteczkowe rozpuszczone i
nierozpuszczone polimery od 15 do 25% a
zawiesiny od 60-75%
Substancje rozpuszczone są pobielone przez
.mikroorganizmy no procecy wzi"Ostu
o nierozpuszczone wielkocząsteczkowe substancje
organiczne i koloidy ulegają adsorpcji, a następnie
hydrolizie Produktami hydrolizy sa proste substancje
rozpuszczone.' "o 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 uiegaią
częściowo.
Związki o charakterze silnie hydrofobowym, które
nie podlegają biodegradacji mog.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 odpiywie.
Całkowite usunięcie azotu i fosforu ze ścieków
wymaga stosowania dodatkowych rozwiązań
technologicznych.