Реферат: Переработка ТПО** и ТБО после проведения сепарации ТБО по группам - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Переработка ТПО** и ТБО после проведения сепарации ТБО по группам

Банк рефератов / Технологии

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 103 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Переработка ТПО ** и ТБО после проведен ия сепарации ТБО по группам Т аким образом , после прове дения глубокой сепарации ТБО по фракциям , мы можем получить , как уже упоминалось , сл едующие виды сырья по данным С . Алексеева ( 1 ) за год (в среднем ): 1. Смесь пищевых природных материало в (овощные очистки , остатки пищи , кости и т.п . - гниющие пищевые отходы - 59 400 т . 2. Целлюлозное вол окно (картон , бумага ) - 29 700 т . 3. Древесина - 1 350 т . 4. Стекло - 12 150 т . 5. Железо - 10 800 т . 6. Пластические массы - 6 750 т . Первые два вида сырья : смесь пищевых природных материа лов (гниющие пищевые отходы ) и целлюлозное волокно (точнее сме сь бумаги и картон а ) - это главные составные части - основное с ырье для получения биомассы-компоста , экологически чистого природного органического удобрения д ля всех видов почвы . Отходы древесины могут быть переработаны по нескольким ва риантам . Если есть соответствующее оборудова ние , то следует получать ДСП , ДВП материал ы по технологиям , изложенным ранее . Если т акого оборудования нет , с учетом всех конк ретных технико-экономических соображений , можно и нужно древесные отходы после дробления д о определенной величины смешивать с первыми двумя видами отходов , т.е . с пище выми отходами и с дробленым целлюлозным в олокном (целлюлозно-бумажные и картонные отходы ) и способом экологической биотехнологии получат ь биомассу-компост по ниже излагаемому способ у . Целлюлозн ое волокно , точнее картон и бумагу , представляющие собой один из видов твердых промышленных отходов **, как более чистые целлюлозосодержащие компоненты разумеетс я следует перерабатывать химико-технологическим с пособом в различные товарные продукты : натрий к а рбокметилцеллюлозу (NaКМЦ ), микрокристалли ческую целлюлозу (МКЦ ) и т.п ., но только в том случае , если пригодность технического образца целлюлозного материала (имеется в в иду усредненный показатель ) к данной химико-те хнологической переработке дает техничес к и приемлемую реакционную способность этог о материала (см . работу ( 24 ) стр . 6-7). Если при технологическом опробовании к данной к онкретной химико-технологической переработке данный образец целлюлозного материала дает технически неприемлемую реакционную способность (например , значительную мутность , высокое содерж ание гелеобразных частиц , слабая адгезионная спос обность для Na-КМЦ ), то такой целлюлозный мат ериал , естественно , целесообразнее перерабатывать способом экологической биотехнологии в биомассу вместе с дроблеными отходами древесины и с гниющими пищевыми от х одами . Чем же можно объяснить низкую технически неприемлемую реакционную способность целлюлозного материала ? Прежде всего наличием большого количества примесей , лигнина и других приро дных поли - и олигомерных химических спутников . Точно также и отходы древ е си ны , содержащие большое количество лигнина и других природных продуктов не позволят пол учить даже низкокачественные продукты - Na-КМЦ , М КЦ , оксиэтилцеллюлозу , оксипропил-целлюлозу , метилцеллю лозу , а также многие другие производные це ллюлозы в зависимости от реальных конкретных условий и от условий рынка . Из опыта работы зарубежных фирм извес тно , что для того , чтобы удержаться на плаву в условиях резко меняющейся рыночной экономики , необходимо выпускать очень широкий ассортимент ценных товарных продуктов и работать так , чтобы можно было без существенных материальных затрат переключаться с одного вида выпускаемого продукта на другой в тех же условиях и зачастую на том же оборудовании . Естественно , необход имо иметь возможность приобретать без убытков сырье , и иметь скажем основной вид сырья - целлюлозный материал стабильно . Итак , рассмотрим в деталях экологическую биотехнологию переработки значительной части ТБО (порядка по данным С . Алексеева ( 1 ) для средних городов РФ ~67% от общей массы поступающих за год ) и части ТПО ряда промышленных предприятий . 5.1. Перерабо тка пищевых отходов , целлюлозно-бумажных , к артонных и древесных отходов способом экологи ческой биотехнологии В состав данной фракции ТБО входят все природные материалы , представляющие собой следующие вещества : 1. Высокомолекулярные полисахариды (целл юлоза (клетчатка ), главная составная часть высших растений Planta, содержащаяся в целлюлозно-бум ажных , картонных и древесных отходах и ее спутники : амилоза и амилопектин , содержащиеся во многих пищевых отходах растительного происхождения ). 2. Олигомерные моном ер ные природные вещества растительного происхожден ия . 3. Лигнин - сложное органич еское вещество ароматического ряда , содержащееся в древесине и в тканях других высших растений , в целлюлозно-бумажных и картонных отходах , не растворимое в воде , щелочах , кис лотах , органических растворителях . 4. Некоторое небольшое кол ичество белков , содержащихся в костях и в других отходах животного происхождения тоже высокомолекулярных соединений , построенных из аминокислот (белок - важнейшее вещество живой клетки , выполняю щее многообразные функции ). Итак , в сос тав сырья для получения экологически чистого природного органического удобрения , которое во всем мире используется для любых видов почвы входят все вышеназванные компоненты , которые можно изобразить в следующем виде : 1. Полисахарид целлюлоза по К.С . Минскеру и др . ( 2 ) 2. Белок по А.А . Петрову и др . ( 3 ) является слож ным высокомолекулярным органическим природным со единением , построенным из остатков аминокислот , соединенных амидными связями , содержит отдельн ые пептидные звенья , отличающиеся боковыми группами ( R ): 3. Спутники целлюлозы , пентозаны , пектиновые вещества и другие полисахариды ( 5 ). 4. Различные омегомерные с ахариды , содержащиеся в растительных материалах , а также моносахариды (монозы ): пентозы C 5 H 10 O 5 и гексозы C 6 H 12 O 6 . 5. Лигнин , представляющий с обой аморфный , светло-желто -коричневую массу , термопластичную в воде и нерастворимую в концентрированной серной кислоте . Он для хв ойной древесины принадлежит к группе природны х [C 6 C 3 ] - соединений . В противополож ность клетчатки молекула лигнина построена из различных С 9 - элементов ( 4 ). Все эти г руппы химических соединений : поли -, олиго -, моносахариды , белки , лигнин относятся к природным продуктам , т.е . являются продуктами биосинтеза , происходящего в природе под воз действием солнечной радиации . Следует подчеркнуть , что к данному виду сырья не относитс я ни один продукт синтетической химии . В се эти продукты биологической хи мии - биохимии . Итак , разберем подробно способы получения органического при родного биохимического экологически чистого удоб рения биомассы-компоста . Экологическая био технология - это специфическое применение биотехно логии д ля решения проблемы защиты окр ужающей природной среды , включая такие как переработка отходов , борьба с загрязнениями и соединение биотехнологических способов с небиологическими технологиями ( 6 ). Европейская б иотехнологическая федерация определяет биотехнологию как совместное использование биохимии , микро биологии и химической технологии для те хнологического применения полезных качеств микро организмов и культур тканей ( 7 ). Каковы же биохимические аспекты экологиче ской биотехнологии ? Процесс биологического и биохимического разложения всех вышеупомянутых пр иродных компонентов это сложнейший процесс би оразложения и биодестру кции ( 6 ). Основные параметры биотехнологии 1. Главным пара метром биотехноло гии является соотношение важных химических эл ементов углерода С к азоту N в массовых частях . Это соотношение С /N в субстрате ( т.е . в общем комплексе природных , органических соединений ), подвергающемуся биоразложению должно составлять от 2 5 /1 до 30/1. Если это соотношение не существует , то его необход имо обязательно достигнуть введением того или иного компонента . Например , доказано и эк спериментально подтверждено , что при соотношении ( 6 ) С /N 55/1 дос тижение этой величины лимитируется процессом аэробного разложения . В течение этой стадии повышение температуры до +80°С и присутствие антимикробных препаратов абиотического происхож дения приводит к гибели или инактивации п атоге нных микроорганизмов таких как Salmonella spp. и вируса , личинок насекомых и семян растени й . Т.е . температура биодеградации является инди катором работы системы . 2. Строго регламентируется размер частиц субстрата , подвергаемого биодегра дации . Размер частиц составляет по макси мальной величине 12,5 мм для систем с перемеш иванием и принудительной аэрации и 50 мм дл я компостных рядов в случае естественной аэрации . 3. Строго регламентируется влажность массы при биодеградации для аэро бного компостирования (т.е . при доступе в оздуха ) она составляет 50-60%. 4. Регламентируется свободный объем биомассы . Он должен составлять окол о 30%. 5. Размеры для компостного ряда (для нас более приемлемого ) должны составлять следующие величины : а ) высо та - 1,5 м, б ) ширина - 2, 5 м для биомассы и компостных рядов, в ) длина любая и завис ит от площади полигона ТБО или ТП и БО . 6. Порог температуры биоразложения ( компостирования ) массы является температура +60 - +70°С . Превышение температуры +60 - +70°С , скажем на +10 °С , является н едопустимым , т.к . происходит гибель значительной части микрофлоры , микроф ауны , макрофлоры и макрофауны , и происходит денатурация микробных и грибных ферментов . С одной стороны - при максимальных температура х гибнет опасная патогенная флора , т.е . про исходи т в значительной степени стер илизация биомассы , но одновременно происходит и гибель полезных представителей микрофлоры , микрофауны , макрофлоры и макрофауны и , кроме того , частично разрушаются ферменты , что в общем нежелательно . Кроме того , при высок их темп е ратурах погибают многие п аразитические формы фауны в том числе наи более распространенная гельминтофауна , опасная дл я человека и многих теплокровных животных . Другая крайность - низкие температуры тормозят процессы биохимического разложения . Поэтому для вы б ора оптимального температурног о режима биотехнологического способа переработки выше названных природных компонентов необход имо в каждом конкретном случае исходить и з реальных условий . Если возможно попадание в перерабатываемую массу патогенной флоры и пар а зитической гельминтофауны , то максимум температуры биодеградации нужно держа ть на верхнем пределе . Если такой возможно сти нет (второй вариант менее вероятен ), то максимум температуры следует держать на нижнем пределе . Оптимум максимальной температуры биод е градации природных материалов считается +55 - +60°С ( 6 ). 7. Доступ кислорода воздух а способствует процессу биодеградации , т.е . дол жна существовать определенная естественная или искусственная аэрация . При этом аэрация дол жна быть в пределах 0,6 - 1,8 м 3 воздуха в сутки на 1 кг лет учей части от твердых веществ . В эти х условиях должна происходить аэробная биодег радация , т.е . деградация (распад , разрушение ) за счет развития аэробных бактерий и других биологических и биохимических факторов . Одна ко , существует довольно распространенное утвержде ние , основанное на научн ы х фактах , что на первой стадии биодеградации целес ообразно преимущественное развитие анаэробных ба ктерий или анаэробная биодеградация . Следует заметить , что "чистой " аэробной или "чистой " анаэробной биодеградации практически не существу ет . Модно говорить л ишь об относ ительном преимущественном развитии тех или др угих видов бактерий (т.е . бактерий , развивающихс я при доступе воздуха - аэробных бактерий и развивающихся без доступа воздуха - анаэробн ых ). Почему в последние годы анаэробная би одеградация природны х материалов на первой стадии биодеградации является более предпочтительней . Во-первых , при повышенной влаж ности (более 50-60%) происходит в наибольшей степен и набухание всех целлюлозосодержащих и лигнин осодержащих компонентов . А когда достигается повышенн о е набухание , то уже после этого возможно целесообразно перейти к а эробной биодеградации . Кроме того , в водной среде на первых порах осуществляется лучши й транспорт многих биохимических компонентов в том числе грибных и бактериальных ферме нтов ко всем вида м субстрата (ве ществ биомассы ). Следует учесть , что при закладке биомассы на биологическ ое разложение количество ее в конце проце сса снижается на 35-40% от первоначального количес тва и выделяется ряд органических веществ на промежуточной стадии (в том числ е так называемый биогаз , главной составной частью которого является метан CH 4 ). При этом на этой с тадии его можно использовать как биотопливо . Однако это потребует дополнительное оборудо вание и следовательно большие материальные за траты . Без больших затрат можно проводит ь биодеградацию до получения биомассы (компос та ) пригодной в качестве сравнительно недорог ого ( по сравнению с навозом ) природного эк ологически чистого органического удобрения , польз ующегося повышенным спросом у обывателей , осо бенно у садов о дов и огородников всех разновидностей . Однозначно сделат ь правильный выбор режима ферментации (аэробн ой или анаэробной ) не всегда представляется возможным . Так Линч показал , что продукты анаэробной ферментации соломы ингибируют рост корней ячменя , в то же время , ка к при аэробной биодеградации образуются проду кты , стимулирующие рост корней ячменя ( 6 ). В аэробных условиях солома разрушается быстрее и с меньшим накоплением водо-растворимых органических соединений . При анаэробных условиях накаплив ается много органических соединений в том числе много уксусной кислоты , образующейс я через ацетальдегид , что является нежелатель ным . Поэтому , эти данные и результаты , полу ченные нами (аналогичные данным Линча ) подтвер ждают ранее изложенные концепции , заключающиеся в следующем : 1. На первой стадии , по-видимому , более целесоо бразно сделать так сказать затр авку и проводить сначала анаэробное разложени е с целью интенсификации транспорта биореаген тов (ферментов различного происхождения ) и для набухания целлюлозосодержащих и лигниносодержащ их субстратов . Практически это означает о чень обильное орошение компостного ряда водой в течение 2-3 недель . 2. На второй стадии пр оцесс биодеградации необходимо перевести из а наэробного режима в аэробный для того , что бы в меньшей степени накапливались органическ ие компоненты , в первую очередь у ксусн ая кислота , и по возможности доводить разл ожение до конечного стабильного продукта биом ассы (с потерей 35-40% от первоначальной массы ) и выделения диоксида углерода и воды . Пока зателем стабильности продукта и завершенности процесса биодеградации , как уже указ ывалось , есть стабильность температуры биомассы , близкой к температуре окружающей среды . Итак , исходным сырьем для получения биомассы являются п олисахариды ; олигосахариды и моносахариды , а т акже лигнин ; содержащиеся в пищевых отходах , целлюлозно-б умажных и картонных , а такж е в древесных отходах . Все это компоненты , дающие углерод - С . Остатки животных отход ов : мелкие и крупные кости , рыбные кости - это в основном компоненты дающие азот - N. Все эти животные отходы в значительной мере имеют белкову ю природу . Соотнош ение углерода - С к азоту - N в общей масс е исходного сырья субстрата , по данным взя тым нами из книги М.И . Мягкова и др . ( 2 ), составляет от 15 до 18. Это означает , что в исходную мас су можно добавлять , после соответствующего по дсчета , некоторое количество компонентов дающих углерод . Например , нек оторое строго опре деленное согласно расчета количество дробленых древесных отходов или целлюлозно-бумажных или картонных отходов . Т.е . необходимо в любом случае для правильного ведения процесса довести соотношение C/N до величины 25/1 - 30/1 - главное соо т ношение для нормального протекани я процесса биодеградации , согласно режима эко логической биотехнологии . Если не хватает азо та , то следует добавить также после соотве тствующего пересчета определенное количество бел кового субстрата или носителя мочевины (и с ледовательно азота N) навоза (который является одновременно носителем бактериальных ферментов , микрофауны и микрофлоры , что и было показано одним из авторов данной книги несколько раз экспериментально ). Таким образом , процесс разложения полисахаридов и од ног о из важнейших из них целлюлозы как б иополимера - продукта биохимии (природного полимера ) по Имшенецкому происходит за счет биодег радации с образованием гидролитических фрагменто в ( 8 ) и моносахарид ов . Этот процесс происходит за счет фермен та целлюлазы , который продуцируется аэробными и анаэробными бактериями . П очвенные бакте рии и грибы - основные агенты , обеспечивающие гидролиз полисахаридов и в частности целлю лозы и ее спутников и их производных . Этот процесс идет через образование гумуса . Образование гумуса , по Имшенецкому в почве связано в первую очередь с р а зрушением целлюлозы . А гумус , сложнейший органический компонент почвы - основа ее пло дородия . Целлюлозные бактерии играют большую роль в создании прочной структуры почвы , с толь необходимой для ее плодородия . Основой структуры почвы , по В.Р . Вильямсу ( 9 ), является ее структура и в первую очередь комковатость почвы . Почва по В.Р . Вильямсу - произв одное жизни . В 60-х годах текущего столетия появились так называемые структурообразующие удобрения - вещества , вызывающие агрегирование п очвенных частиц тяжелых глинистых , суглинистых , песчаных , супесчаных и других видов п о чв . В качестве структурообразующих удобрений используются гуминовые соединения и различные производные целлюлозы ( 10 ). Однако , высока я цена этих удобрений ограничивает зачастую возможность их применения . Производные целлю лозы (имеется в виду обычные промышленные АЦ , АБЦ , Na-КМЦ и т.п ., не содержащие тяжел ых мет аллов ), по данным Института Хими и АН Таджикской ССР , являются структурообразо вателями почвы и не выделяют при их п опадании и разложении в почву токсических веществ ( 11 ). Как раньше , так и сейчас особенно необходимо усиленно вносить природные органические удобрения , чт обы всеми возможными силами препятствовать ра зрушению (эрозии ) почв , которая наблюдается почти повсеместно . Это наш с Вами , дор огой читатель , прямой гражданский и общечелов еческий долг перед детьми и внуками . Для правильного , осмысленного понимания д анного этапа излагаемой работы нам следует рассмот реть вкратце состав почвы (в общих чертах ). Итак , по Б.А . Ягодину почве нный слой почвы состоит из трех основных компонентов ( 12 ): 1. Твердая фаза почвы , представляющая со бой многокомпонентный комплекс конденсированной фазы почвы . Главными компонентами комплекса я вляются : минеральная часть почвы и органическ ая ч асть . 2. Водный раствор Na + ; K + : Ca ++ ; Mg ++ ; NH 4 + ; NO 3 - ; SO 4 2- ; H 2 PO 4 - . 3. Газ (выделение СО 2 , поглощение О 2 ). Схематично это следует изобразить в следующем виде : Таким образом выглядит биохимическая и физико-химическая схема составных частей почвы , этот сравнительно тонкий слой поверхности суши , переработанный многогранной деятельностью живых существ . Почве нный слой - это трехфаз ный слой как уже показано на схеме . Твердые частицы почвенного слоя пронизаны порами и полостями , заполненными частично водными растворами вы ше упомянутых веществ , частично воздухом , соде ржащим СО 2 , О 2 (и азот N 2 ). Поэтому почву населя ют как мелкие водные, так и воздухо-д ышащие организмы . Объем мелких полостей почвы между комочками - важнейшая ее характеристика (комковатость ) о чем , в свое время нас таивал В.Р . Вильямс . Эти полости в рыхлых почвах могут составлять многие проценты . В плотных несформированных почвах их меньше . В этих порах и на поверхности комочков почвенного слоя обитает огромное множество микроскопических организмов : бактерий м ногих видов , различных грибов , простейших , круп ных червей Annelida, членистоногих . Животные покрупнее прокладывают в почвенном слое ходы сами . Одновременно весь почвенный слой пр онизан корнями высших растений (Planta). Глубина поч вы определяется глубиной проникновения корней высших растений и деятельностью роющих жив отных . Обычно глубина почвенного слоя составл яет на об р абатываемых сельскохозяйств енных землях до 1,5 м . Но зачастую этот с лой может быть значительно меньше . В почвенных полостях всегда содержится воздух , насыщенный водяным паром , состав воз духа обогащен диоксидом углерода СО 2 и сравнительно обеднен кислородо м О 2 . Соотношение воздуха с СО 2 и воды в виде водн ого раствора многих компонентов постоянно мен яется и зависит от времени года и пог одных условий . При этом колебания температуры почвенного слоя очень значительны у пове рхности , но постепенно сглаживаются по м ере углубления в почву . Основная особенность почвенного слоя - это постоянный динамизм , движение , поступление органических веществ за счет негумифицированных органических высокомолекул ярных веществ растительного и животного проис хождения , за счет отмира ю щих корне й растений , опадающей листвы (все это исто чники углерода - С ) и разлагающихся отмерших животных (источники азота - N). Почвенный слой - это ценнейший источник энергии для всех животных и растений , д ля бактерий , грибов всех видов , многих жив отных. Почвенный слой - это самая насыщен ная жизнью среда . Поэтому , качество почвенного слоя , плодородие почвы зависит от общей культуры земледелия , от длительности возделы вания земли , от правильного рационального , нау чно-обоснованного землепользования . Качеств о почвы зависит от продолжительности воз делывания земли и общей культуры землепользов ания . Пользуясь тем или иным земельным уго дьем , человек берет из земли все необходим ое для его жизни . А именно , зерно , корн еплоды , много других овощей , ягоды , фрукты и т.д. . Т.е . человек берет из земли , из почвы многие органические и неорганически е вещества . Поэтому , чтобы не было истощен ия почвенного слоя земли необходимо регулярно и постоянно вносить в почву примерно то же самое количество органических и неорганических ве щ еств в виде удо брений . Только высокая культура земледелия и высокая культура общего землепользования , за ключающаяся в постоянном и регулярном внесени и всех необходимых удобрений , в правильно научно-обоснованном соблюдении последовательности воз делывания к у льтур , т.е . в правильно организованном севообороте , только весь этот комплекс мер может повышать плодородие п очвы . В тоже время варварское , потребительское отношение к земле приводит к обеднению почвенного слоя , деградации почвы и в к онечном итоге , в резу л ьтате бездум ного обращения к земле , может привести к эрозии почвы даже очень плодородной и богатой вначале землепользования . Под эрозией почвы понимается процесс разрушения и вы носа плодородного слоя водой или ветром и соответственно эрозия называется вод н ой или ветровой эрозией . Необходимо , ч тобы процесс разрушения почвенного плодородия шел медленнее процесса восстановления плодород ия , а для этого необходимо именно научно-о боснованное землепользование . Поэтому , в течение многих лет , начиная с 1976г . с нек оторыми перерывами нам и проводились исследования по возможности исп ользования следующих органических материалов при родного происхождения для внесения в почву . Нами была исследована возможность внесения следующих компонентов : 1. Твердых целлюлозно-бумажных отходов (ТЦБО ) и твердых отходов производства сложных эфиров целлюлозы (ТОПСЭЦ ). 2. Твердых производственных отходов древесины (ксилемы ) в виде опилок , стружки и дробленой древесной коры , т.е . твердых древесных отходов (ТДО ). 3. Волокнистых отходов про и зводства хлопковой целлюлозы , применяемой для производства сложных эфиров целлюлозы для пластмасс . 4. Части твердых бытовых отходов (ТБО ), состоящих из отходов бумаги , картона , древесины и пищевых отходов . Было исследова но влияние введения этих материало в н а изменение внешнего вида , на изменение ст руктурного вида почвенного слоя , на появление и усиление комковатости исходных бесструктур ных глинистых почв . Разумеется ниже описываем ые эксперименты не являются этапом проведения экологической биотехнологии , а являют ся предварительным исследованием . Экспериментально нами было установлено и подтверждены данные других исследователей , что кусочки различных препаратов целлюлозы , а также измельченные до 2-4 см листы бумаги и картона , пищевые отходы , в т.ч . мелкие к ости рыбы и птицы измельченные до размера 2-5 см , за ложенные в бесструктурную пластовую глинистую почву осенью (сентябрь-октябрь ) при влажной погоде , пролежав осень и зиму к весне перегнивают . На месте закладки отходов весной всегда наблюдались колонии ди к их дождевых червей Annelida и всегда (обычно в конце апреля ) образовывались на месте грубой некультивированной , бесструктурной почвы , не содержащей комочков очаги комковатости и одно временно изменялся цвет пластовой глины из коричневого становился более т е мны й . В самом начале первых испытаний вместе с целлюлозными волокнами из бумаги , карто на , хлопкового линта закладывались кусочки сл ожных эфиров древесной и хлопковой целлюлозы (СЭД и ХЦ ) с массовой долью связанной уксусной кислоты 50-57%, ацетобутираты це л люлозы для алюнита и пластмасс , ацетоф талаты целлюлозы . При этом СЭД и ХЦ им ели слабую кислотность (рН 4-5). Размеры СЭД и ХЦ были до 4-5 см по максимум у . В течение трех лет подряд были подт верждены данные Имшенецкого о том , что про цесс разложения СЭД и ХЦ идет сравнительн о медленно . При этом при наличии в поч венном слое смеси целлюлозы (в виде бумаги , хлопка или картона ), а так ж е при наличии в том же месте СЭД и ХЦ всегда наблюдается так называемый диа кустический рост . Т.е . всегда идет в первую очередь разрушение немодифицированного химическ и целлюлозного волокна в виде хлопка , кусо чков бумаги и картона и уже после пол ного исчер п ания целлюлозного волокна начинают медленно разрушаться в течение двух иногда трех лет СЭД и ХЦ . Т.е . разрушение СЭД и ХЦ длится очень медленно в течение 2-3 лет , что и подтверждает да нные Имшенецкого . Это наблюдается и при ра здельном введении целлюлозног о волокна и СЭД и ХЦ . Всегда разрушение СЭД и ХЦ длится 2-3 года . Это можно объяснить различными причинами : 1. СЭД и ХЦ имеют более плотную макро - и микроструктуру . 2. СЭД и ХЦ отличаются от нативной (природной ) целлюлозы химическим составом . Иначе говоря , введение кислотн ого остатка ацила в макромолекулу целлюлозы препятствует биохимическому разложению природно го полимера . Процесс разложения СЭД и ХЦ зависит от проникновения биохимических агент ов внутрь образцов ( 8 ). Биодеградация (компостирование ) - это экзотермический процесс био логического и биохимического ра зложения в ысокомолекулярных и олигомерных природных вещест в и одновременно процесс синтеза ряда низ комолекулярных веществ в том числе ацетальдег ида (СН 3 СНО ) и далее уксусной кислоты (СН 3 СООН ), и далее вплоть до образ ования диоксида углерода СО 2 и воды Н 2 О. Все это нами было подтвер ждено экспериментально , в т.ч . хроматографически с участием З.А . Беловой . В этом процессе смешанный , точнее комбинированный субстрат п одвергается биодеградации и биохимическому , а также биологическому разложению и одновременно пр о исходит синтез под воздействием смешанной популяции микро - и макрофлоры ; микро - и макрофауны в условиях повышенной температуры и влажности . В процессе биодеград ации комбинированный субстрат претерпевает физич еские и химические превращения и в конечн ом ито г е происходит потеря в весе на 35-40%% и образуется относительно стабильны й гумифицированный конечный продукт компост ( точнее биомасса ). Этот продукт представляет ос обую ценность как средство улучшающее структу ру почвы , точнее придающее почве комковатость. Каковы же микр о - и макробиологические аспекты формирования биомассы : 1. Микрофлора : бактерии ; актиномиценты , после дние интенсивно растут при повышенных темпера турах ; грибы ; дрожжи ; водоросли ; вирусы . 2. Микрофауна - простейшие . 3. Микрофлора - высшие г рибы . Последнее высшие грибы , в т.ч . и шампиньоны мы наблюдали на гниющих кип ах хлопка в 1990-1992г.г ., когда проводили предвар ительные испытания на территории очистных соо ружений ВХЗ . 4. Макрофауна - черви , клещи , двуногие , многоножки . При проведении пр оцесса биодеградации смеси природных материалов принимают участие многие бактерии , более 2 000 и не менее 50 видов грибов ( 6 ). Порогом темпе ратуры биодеградации служит температура +60 - +70°С (иногда до +75°С в жаркий летний период ). Сначала на пер вом этапе исследования и подтверждения параме тров экологической б иотехнологии работа п роводилась без искусственного введения ферментов (энзимов ) в исходное сырье . Затем на в тором этапе работы вводились различные , специ альным образом подобранные и рекомендованные нам лабораторией углеводов Института биохимии им . А.Н . Ба х а (М.Л . Рабинович ), к омбинации целлюлолитических ферментов . Итак , перех одя уже к следующему основному этапу разр аботки способа экологической биотехнологии перер аботки ТБО наша фракция ТБО , состоящая из пищевых отходов , целлюлозного волокна , отходо в дробле н ой древесины , картона выг ружалась на одну из площадок приготовления биомассы (на одну карту ). При этом здесь можно исходить из различных исходных пре дпосылок , а именно . Главное , как уже отмеча лось ранее , для приготовления биомассы необхо димо соблюдение сл е дующего количестве нного элементарного состава углерода С к азоту N: С /N = 25/1-30/1. Исходя из этой главнейшей пр едпосылки необходимо знать , хотя бы на пер вых порах ориентировочно , это соотношение , а именно , если у нас приготовление биомассы осуществляетс я из основных фракций ТБО , т.е . из гниющих пищевых отходов (при родных материалов ), целлюлозного волокна и дре весины , то здесь нужно рассчитать содержание всех компонентов так , чтобы это важнейшее соотношение С /N = 25/1-30/1 всегда строго соблюдалось . В кач е стве носителя азота , до нора азота здесь выступают пищевые отходы животного природного происхождения : раздробленные кости рыбы , птицы и животных . Например , по данным , приведенным М.И . Мягковым и д р . ( 13 ), сделан ориент ировочный расчет соотношения С /N. Эти данные приведены в Главе 4 . Это соотношен ие , как уже упоминалось в этой главе , п о данным этих авторов 15-18/1. Это означает , что для стро го правильного приготовления биомассы нужно ввести дополнительно в исхо дную смесь С-содержащий компонент - определенное заранее рассчитанное количество отходов растит ельного происхождения или целлюлозосодержащий ко мпонент . То есть субстрат не содержащий а з от N. Если соотношение С /N > 30/1, скажем составляет 40/1, то это значит , что необходим о ввести N-содержащий компонент . В качестве такого N-содержащего компонента могут быть п ищевые отходы животного происхождения кости р ыбы , птицы или других животных , но т олько дробленые до размера по максиму му 5 см . Если биомасса приготавливается только из промышленных отходов , содержащих только С-ком понент , ну скажем отходы древесины , бумаги и картона , то здесь обязательно необходимо введение N-содержащего компонента , N- содержащего субстрата . В качестве такого субстрата мо жет использоваться любой навоз , содержащий N-ко мпоненты (в том числе мочевину природного происхождения ). Однако , поступающий N-содержащий суб страт в виде животного навоза или даже мочи ни в коем случае н е должен привносить в биомассу патогенную микро флору или паразитическую микрофауну (в том числе наиболее широко распространенную гельмин тофауну ). Это также обязательное и строго выполняемое условие для правильного регламентиро ванного приготовления биомасс ы . При этом , внесение N-содержащего субстрата из живот ного организма кроме азота всегда привносит в исходную биомассу широкую гамму фермен тов так необходимых для нормального протекани я процессов экологической биотехнологии . При внесении мочи из животного о р гани зма в исходную массу вместе с N-компоненто м привносятся ферменты такие как амилаза ( диастаза ) и уропепсин ( 14 ). Оба эти ф ермента необходимы для ускорения протекания п роцессов разложения растительных отходов в то м числе и в приусадебных хозяйствах . При этом компоненты навоза , в том числе и растворенный аммиак , оказывают на целлю лозосодержащие материалы как реагенты способству ющие их набуханию и в итоге N-содержащий компонент совместно с гаммой ферментов ока зывают на С-содержащие агенты (природные матер иалы ) в общей сложности синергическое воздейс твие , способс т вующее ускорению процес сов биодеградации и формированию гумифицированно й биомассы . Экспериментально установлено ускорение проце сса анаэробного разложения природных дробленых растительных остатков в 2,5-3 раза по времени при введении ферментов амилазы и ур опепсина из животного организма по ср авнению с процессом анаэробного разложения эт их же природных материалов без внесения ф ерментов . Итак , далее на другую площадку (на другую карту ) для приготовления биомассы из промышленных отходов , содержащих только С-к омпонент (в основном ) выгружается N-содержащ ий субстрат . В качестве такого субстрата м ожет использоваться любой навоз . Перед пригот овлением биомассы производится дробление исходны х компонентов до размеров указанных ранее . Далее после проверки всех расчето в и при полном соблюдении соотношения С /N = 25/1-30/1 производится интенсивное перемешивание в сех С - и N-содержащих компонентов , находящихся на первой и второй площадках (картах ) 1 . Перемешивание производится бульдозером . Участки , которые нель зя перемешать техническими средствами перемешива ются вручную . Смешение компон ентов произв одится до полной гомогенизации (однородности ). Начало перемешивания и приготовление биомассы лучше всего производить или осенью в к онце сентября , в октябре (при плюсовой пог оде ) или в середине апреля (тоже при пл юсовой температуре ). Как показа ли исследования ряда ав торов и наши исследования процесс биодеградац ии протекает по времени весьма различно и в значительной мере зависит от свойств N-субстрата . Нами рассматривались системы с использованием в качестве N-субстрата конского , свиного навоза, навоза кроликов и нав оза птицы (кур ). Нами были поставлены специ альные эксперименты по проверке выше упомянут ых основных параметров экологической биотехнолог ии , указанных в работе ( 6 ). Изучено было также влияние вида азотсодержащего компонент а (навоза различных домашних животных ) на процесс биодеградации и влияни е изменения соотношения С /N на ход процесса . Исследова лось влияние размеров кучи с биомассой (дл ина , высота , ширина ). Длина изменялась от 2 д о 100 метров ; высота от 1 до 4 м ; ширина от 2 до 10 м . Экспериментально были подтверждены следующие параметры проц е сса : 1. Длина ряда биомассы практически не влияет на процесс биодеградации . 2. При низкой высоте (м еньше 1,5 м ) кучи биомассы происходит нарушение процесса аэрации (т.е . воздушного вентилирован ия ). При низкой высоте (ниже 1,5 м ) ряд био массы быстро подсы хает . Происходит наруше ние процесса биодеградации . Процесс затягивается по времени . Увеличивается , так называемый , кажущийся индукционный период ферментативного ра зложения субстратов . Такое изменение высоты к учи для восстановления нормального хода проце сс о в требует дополнительного водного орошения , особенно в засушливый период и увлажнения массы . Обычный температурный режи м биодеградации нарушается ( 15 ). Температура биоде градации в низком компостном ряду не прев ышает , как правило +50°С . А это может выз вать неполную естественную стерилизацию патогенн ой микрофлоры (паразитических клеток Salmonella spp., Brucе lla abortas, Ascaris suum) и паразитической микрофауны , например , гельминтофауны . Это нами также было подтвержд ено экспериментально ( 15 ). 3. При большой высоте компостного ряда до 4 м происходит нарушение естественной аэрации и процесс разложения также затягивает ся, увеличивается содержание промежуточных н изкомолекулярных веществ в биомассе , что такж е является недопустимым . 4. Были подтверждены парам етры по ширине ряда . В итоге бы ли еще раз проверены основные параметры б иодеградации биомассы по способу экологическо й биотехнологии . Кроме того было прове дено влияние соотношения С /N, влияние аэрации и размера частиц на протекание всех пр оцессов и на свойства готовой биомассы , на завершенность процессов биодеградации . Почему мы несколько раз обращаем внимание на соотно ш ение C/N? Потому , что это глав нейший показатель для всего процесса перерабо тки данной категории природных отходов способ ом экологической биотехнологии в биомассу . Эт о соотношение C/N = 25/1-30/1 определяет , во-первых , нормальный ход протекания процесса би о дегра дации и , во-вторых , предопределяет нормальные п оказатели получаемой биомассы . Установлены следу ющие сроки биодеградации для различных видов N-субстратов (так называемые сроки ферментации , они колеблются весьма существенно ). Под с роками ферментации по нимается время (срок ) от момента смешения С - и N-компонентов 2 д о вре мени внесения готовой биомассы в почву . Дл я следующих видов навоза сроки ферментации таковы : а ) для свиного навоза - 12 месяцев ; б ) для конского навоза - 5-6 месяцев ; в ) для кроличьего навоза - 5-6 мес яцев ; г ) для птичьего навоза - 18-20 месяцев ; д ) для овечьего и козьего навоза - 6-7 месяцев . Следует обрати ть внимание , что во всех изложенных вариан тах приготовления биомассы нами не вводились искусственно , дополнительно ферменты . Биодеградац ия органического материала , как описывалось р анее , всегд а сопровождается потерей веса до 40% от общей массы . Нами эксперимента льно было показано , что добавление биомассы в любую почву в любых разумных количес твах практически безвредно , но если только в ней отсутствуют тяжелые металлы (Cd, Pb, Hg, Sn, Ag, Au, C r, Zn, Cu, Ni). Тяжелые металлы , по данным Говорино й и Виноградовой , обладают канцерогенными сво йствами (т.е . вызывают злокачественные новообразова ния ) и мутагенным действием (т.е . вызывающим вырождение и мутацию живого организма ) ( 16 ). По данным Черных , чем более растворимы тяжелые металл ы , тем сильнее их нега тивное воздейств ие на биологическую активность почвенного сло я ( 17 ). По данным этих авторов , тяжелые металлы снижают ферме нтативную активность почвы . Эти тяжелые метал лы , как выяснилось , образуют очень стабильные комплексные химические соединения , конкурируют с микроэлементами почвы за естественные хе латообразо ватели . Косвенное влияние тяжелых металлов выражается в нарушении процессов с участием ферментов , приводящих в конечном итоге к их инактивации ( 17 ). Особенно опас ен Cd, за содержанием и поведением которого нужно осуществлять постоянный контроль в сист еме фонового экологического мониторинга . Увеличен ие содержани я Zn в почве снижает поступ ление Cd в растения . С целью иммобилизации Cd в почвах и предотвращения его поступления в высшие растения рекомендуется проводить операцию известкования почвы , лучше всего осе нью во влажную почву до наступления замор озков так , ч т обы Ca ++ максимально мог проникнуть в почвенный слой . Итак , о втором этапе работы по раз работке способа экологической биотехнологии приг отовления биомассы излагаются исследования , прове денные по искусственному дополнительному введени ю ферментов в субстрат , содержащий целлю лозное волокно (для всех видов отходов ) СЭ Д и ХЦ и соответствующее количество N-соде ржащего компонента в различных комбинациях . В качестве комбинаций ферментов опробовались о бразцы , предложенные лабораторией углеводов Инсти тута биохимии и м . А.Н . Баха (А.Н . Клесов , М.Л . Рабинович ), о чем упоминалось ранее . Исходя из технико-экономических соображе ний был выбран комбинированный препарат отече ственного производства - целловиридин (содержащий э кзоглюкозидазу , эндоглюканазу , целлобиогидролазу , п ектиназу ). Целловиридин - препарат без наполнителя с активностью по ФБ а пр еделах 500-2 000 ед /ч . Было установлено оптимальное количество вводимого фермента - 0,001% от веса ис ходной биомассы . Известно , что ферменты (энзимы ) являются специфическими биокат ализаторами , присутствующ ими во всех живых клетках . Все ферменты подразделяются на две бо льшие группы : 1. Однокомпонентные , состоящие исключительно из белка . 2. Двухкомпонентные , состоящие из белка и небелковой части , называемой активной группой . Класс ифика ция ферментов дается в работе ( 18 ) и излагается ниж е . 1 класс - Оксидоредуктазы - катализируют окислительно-вос становительные процессы ; 2 класс - Трансферазы - катализируют перенос различных функциональных групп , например , метильной (-СН 3 ), карбонильной (-СООН ); 3 класс - Гидролазы - катализируют гидрол итические реакции (гидр олизирующие сложно-эфирные , гликозидные и т.д . с вязи ); 4 класс - Лиазы - вы зывают негидролитическое расщепление связей -С-С -; -С-О -; -С -N- (декарбоксилазы ); 5 класс - Изомеразы - катализируют процессы изомеризации ; 6 класс - Лигаз ы (синтетазы ) - катализируют процессы соедин ения двух субстратов . Скорость ферментативной реакции зависит о т активности фермента , которая выражается в различных единицах . Старой общепринятой единице й активности фермента является стандартная ед иница Е . Е - это количество фермента , которое катализирует превращение 1 мкМ субстрат а [S] в 1 мин . при оптимальных условиях для данного фермента (t°С ; рН , [S]). По последнему международному соглашению 1 единица n-фермента ес ть такое количество фермента , которое в оп р еделенных условиях катализирует прев ращение субстрата [S] со скоростью 1 мол /с . Эт а единица называется катал (1 кат =6· 10 7 стандартных единиц ). Удельная активность , есть число единиц активн ости фермента , приходящихся на 1 мг белка в ферментативном препарате (Е /мг ). Удельну ю активность фермента рекомендуется выражать в кат /кг . Порядок реакции при ферментативном катали зе изменяется . При небольших концентрациях су бстрата [S] протекает реакция первого порядка (v - скорость процесса ; v пропорциональна [S], т.е . ско рость процесса пропорциональна концентрации субс трата ). При насыщенной концентрации субстрата [S] скорость v не зависит от этой концентрации . Такая реакция характерна для реакции нулев ого порядка . При промежуточных концентрациях субстрата [S] мы наблюд а ем реакцию с мешанного порядка ( 20 ). Перед дальнейшем рас смотрении нами ферментативно-каталитических процессов остановимся для правильного понимания на свойствах ферме нтов , как биокатализаторов . Для ферментов , как и для других чи сто химических катализаторов характерен ряд о бщих свойств : 1. Ферменты не входят в состав конечных продуктов реакции и выходят из реакции в первоначальном виде . Они не р асходуются в процессе катализа . 2. Ферменты не могут в озбудить реакций противоречащих законам термодин амики . Они ускоряют только те процессы , ко торые могут протекать бе з них . 3. Ферменты не смещают положение равновесия , а лишь ускоряют его достижение . В то же время для ферментов характерны специфические свойства , отличающие их от чисто химических катализаторов , а именно : 1. Все ферменты яв ляются белками по химическому строению ; 2. По сравнению с хими ческими катализаторами эффективность биокатализаторо в-ферментов выше (скорость протекания процесса при участии фермента на несколько порядков выше , чем при участии химических катализа торов ); 3. Ферменты обладают в отличие от химических катализаторов узко й специфичностью и избирательностью действия на субстраты . Имеется в виду действие на те вещества , превращение которых они ката лизируют ; 4. Свойства биокатализаторов-ф ерментов регулируются ; 5. При ферментативных проц ессах в отличие от неферментативных наб людаются очень незначительные побочные процессы . То есть для ферментативных процессов хар актерен почти 100% выход основного вещества - прод укта реакции . Это последнее специфическое отл ичие очень значимо . Практически вс е х имико-технологические процессы протекающие под непосредственным руководством человека и под его контролем всегда дают побочные процессы . Все эти процессы ускоряются химич ескими катализаторами . Одним из ранее незамеч енным побочным процессом и был синтез га л оидсодержащих диоксинов (ДО ) и ди оксиноподобных веществ (ДПВ ), которые как оказа лось в дальнейшем являются химическим СПИДом нашего времени . Таким образом , невольно п риходится констатировать , что все созданное ч еловеком и его уровень знаний окружающего ми р а далек от познания абсолют ной истины , далек от совершенства . Человек , вторгаясь в природное равновесие может по своему незнанию этих законов природы нарушать гар монию закономерностей , которые существуют в п рироде и тем самым вредить всему живому на земле и в первую очередь себе , не замечая об этом особенно в начале . Итак , для ферментативно-каталитического процес са справедливо уравнение Михаэлиса ( 19 ), а именно скорость процесса : где К - констан та Михаэлиса-Ментена : V=V max /2 Теперь , после некоторого ознакомления с основными началами закономерностей ферментативных процессов вернемся конкретно к нашим сис темам . Знание этих закономерностей просто нео бходимо для дальнейшего изложения . Итак , процесс разложения полисахаридных отходов происх одит под воздействием различных факторов , в т.ч . под влиянием фермента целлюлазы , которы й образуется анаэробными и аэробными бактерия ми . Общая схема ферментативно-каталитиче с кого разложения целлюлозно-бумажных и кар тонных отходов по Клесову - Рабиновичу приводи тся ниже ( 21 ), где G n - исходный субстрат полисахарид-целлюлоза ; G n/x - нерастворимые продук ты неупорядоченного гидролиза со значением ст епени полимеризации меньше , чем у исходн ой целлюлозы ; G 2 - целлобиоза ; G - глюкоза. Оптимум активност и большинства грибных целлюлоз находится в слабокислой области , а именно рН =4,0-5,5. При этом некоторые ферменты сохраняют активность в более широком интерв але рН . Ферменты из А .niger стабильны при 25°С в интервале рН =1-9 ( 21 ). Температурный оптимум активности целлюлолитических ферментов , продуцируемых мезофильными микроорганизмами наход ится в области +45-+55°С , термофильными +55-+70°С . Бо льшинство грибных целлюлоз инактивируются при более высокой температуре и тер яют всю каталитическую активность при +75-+80°С за несколько минут . Следует отметить , что для целлюлозно-бумажных и картонных отходов возд ействие микроорганизмов проявляется , очевидно , в клеточной иммобилизации (а именно по методу внедрения (см . рис .8 )) в субстрат . Рис . 8. Вид клеточной иммобилизаци и (внедрен ие ). Результаты биостарения твердых отходов пр оизводства целлюлозосодержащих материалов являются типичными для всех отходов содержащих целл юлозное волокно ( 18 ). Разберем попо дробнее процессы биостарения таких материалов : 1. При введении целловиридина , как комби нированного целлюлолитического комплекса в ЦБО при биостарении образуется ряд органическ их продуктов в частности уксусный альдегид (ацетильдегид ), который постепенно окисляется до уксусной кислоты АсОН . Оба вещества были нами обнаружены хроматографически благодаря Н.А . Беловой , которой мы выраж а ем сердечную благодарность ( 18 ). Одновременно происходит снижение рН от нейтрального значения до слабокислой реакции рН =4,5-4,0. В сл учае большого содержания влаги в субстрате это влияние уксусной кислоты весьма ощутим о . Влага , снижая доступ воздуха к субстрат у и в частности кислорода , тем самым с нижает возмож н ость роста и развит ия аэробных бактерий и увеличивается возможно сть развития анаэробных , которые и вызывают существенное уже ощутимое и определяемое х роматографически появление уксусной кислоты в системе и ее влияние на рН субстрата . 2. Анализ полученных данных , приводимых в таблице 5.1 говорит о том , чт о процесс биологического разло жения ЦБО является не только ферментативно-ка талитическим , но и ферментативно-автокаталитическим , последовательным , сложным процессом с определе нным периодом индукции , различным для различн ых субстратов и для различных концен т раций фермента (см . таблицу 5.1 ). Таблиц а 5.1 Вид субстрата Индукционный период биодеградации (кажущий-ся ), дни , месяцы 1. Небеленые рыхлые ватообразные ЦБО без добавок фермента Несколько месяцев , в зависимости от температуры , влажности , возможно сти проникновения микрофлоры , микрофауны , макроф лоры , макрофауны 2. Небеленые рыхлые вато-ЦБО + фермент (целловириди н ) Два-три дня 3. Небеленые рыхлые ватообразные ЦБО +0,25% фермента (от опыта 2) фермент-целловиридин Пять-шесть дней 4. СЭЦ + фермент (целловиридин ) Семь-восемь д ней 5. СЭЦ без добав ок фермента 2-2,5 года , в зависимости от температуры влажности , возможности проникновения микрофлоры , микрофа-уны , макрофлоры , макрофауны На сложность и многостадийность каталитических процессов указы вается в теоретической работе Е.М . Попова , И.П . Кашпаро ва , М.Е . Попова , посвященной разбору общей теории биологического катализа (Е.М . Попов , И.П . Кашпаров , М.Е . Попов , Ж . "Ус пехи биологической химии ", т .XXXIV, 1994, Пущино , РАН , с .40-83). Авторы данной работы рассматривают фер ментативный катализ как один из с ложнейших физико-химических явлений живой природы , связанных с проявлением конформационных и электронных аспектов . Согласно представлен ию данных авторов общая теория биологического катализа исходит из следующих положений : 1. В основе биокатализа лежат пре дставления о структурной организации белк овых молекул и принцип согласованности внутри молекулярных взаимодействий валентно-несвязанных атом ов . 2. Ферментативные реакции следует рассматривать как специфические реакции , характерные для нелинейных неравновес ны х процессов . 3. При рассмотрении фермен тативного каталитического акта надо исходить из предположения о возможности независимого р ассмотрения конформационных и электронных стадий . Нами экспериме нтально было установлено , что при биодеградац ии сложных эфи ров целлюлозы (точнее сл ожных эфиров хлопковой и древесной целлюлозы - СЭХ и ДЦ ) рН (логарифм концентрации в одородных ионов ) постепенно растет . Это указан о на рис . 9 . Это наблюдает ся до определенного предела . Исходное значени е рН СЭД и ХЦ "5,2, Рис . 9. Изменение рН и температуры биомассы в процессе б иодеградации . т.е . исходный образец , как отход произв одства (на промежуточной стадии до окончатель ной промывки , фугования и сушки полимера ) был слабокислым . Затем по мере разложения через 80-90 дней рН СЭД и ХЦ становится сл абощелочным и равным "8-8,5. То есть , в пр оцессе ферментативного биоразложения рН СЭД и ХЦ из слабокислой области переходит в слабощелочную область и появляется характерный запах мочи от разлагающегося полимера . Да лее в процессе биоразложения рН СЭД и ХЦ примерно через 5 месяцев (150-1 5 5 су ток ) начинает медленно снижаться и это сни жение происходит до значения рН близкого к нейтральной среде . Эти специальные исследов ания , проведенные с дублированием показали , чт о при биодеградации СЭД и ХЦ ( 15 ) происходят сл едующие процессы : 1. Происходит медленное снижение степени полимеризации исходного пол имера (СЭД и ХЦ ) (См . работу ( 15 )). 2. Не происходит от щепления ацетильной группы -СН 3СО в отличие от термостарения (Сравни работы ( 15 ) и ( 22 ) в конце г лавы в списке лит ературы ). Как показали исследования с применением вискозиметрии при биодеградации СЭД и ХЦ происходит снижен ие молекулярной массы полимера под воздействи ем комплексного ферментативного целлюлолитического препарата целловиридина . Специальные микро биологич еские исследования , проведенные с помощью биологического стереоскопического микроскопа МБС -9 ( 23 ) показали , что биомасса , приготовленная из ТБО и ЦБО с добавлением фермента целловиридина и без добавок всегда поражена аэробными целлюлозны ми миксобактериями (Семейство Promyxobacteriaceae, клетки Cytophaga) (по оп ределению Имшенецкого ( 8 )). Эти виды представляют из себя гигантские клетки , различающиеся между собой по длине от 4-6m до 10-12m (см . рис . 10а и б ). Рис . 10 (а и б ) Аэробные целлюлозные миксобак терии на фоне биомассы . Семейство Promyxobacteriaceae, клетки Cytophaga (Стереоскопический микроскоп МБС -9): а - биом асса с искусственным введением ферментативно го препарата ; б - биомасса без введени я препарата фермента . Эти клетки в неокрашенном виде очень отчетливо видны в поле зрения микроскопа благодаря своим движениям . Клетки Cytophaga очень подвижны в обычных условиях комнатной темп ературы . В них нет заметн ой зернистост и , блестящих или светящихся включений . В п оле зрения микроскопа эти клетки делают к ачательные , сгибательные и колебательные движения . Одни одновременно с этим движением ползу т по всей массе смотрового стекла . В п роцессе движения эти клетки об р аз уют дугу или приобретают форму незамкнутого круга . Было многократно отмечено , что в смеси волокнистых ЦБО без введения N-содержа щего компонента и в частности навоза (с добавками и без добавок целловиридина ) веге тативные клетки Cytophaga в препаратах суб с трата ЦБО при свободном доступе возду ха не были обнаружены . Следовательно , в ЦБ О эти клетки могли быть занесены только из азотсодержащего компонента или возможно из почвы . Пробы биомассы были взяты во всех испытаниях с промышленной площадки . При этом было обнаружено и многокр атно подтверждено , что в биомассе с добавк ой фермента количество миксобактерий Cytophaga всегда в 1,5-2 раза больше по сравнению с биомассо й без добавки фермента (См . рис . 10а и б ). Следовате льно , фермент (точнее комплексный целлюлолитически й ферментативный препарат ) способствует увеличени ю к оличества миксобактерий Cytophaga. Чем это объясняется ? Можно полагать , что это связано с тем , что в биомассе с добавкой фермента содержится больше продуктов разложения клетчатки . Поэтому эти клетки Cytophaga при нали чии такой более доступной и более нежн о й пищи , по-видимому , быстрее размн ожаются . В дальнейшем это было подтверждено экспериментально при длительных наблюдениях за развитием этих видов миксобактерий в наш их промышленных образцах , которые отбирались с действующей промышленной площадки . Следует о тметить , что при наличии в би омассе различных целлюлозосодержащих субстратов ( ЦБО ) в первую очередь (при наличии фермент ов ) разрушаются более доступные субстраты (бол ее мелкие , более пористые , с большим содер жанием природной клетчатки ). В тоже время СЭД и ХЦ какое-то время консервиру ются до тех пор , пока не будут использ ованы другие легко доступные и с большим содержанием целлюлозы субстраты из ЦБО . Т о есть мы имеем характерный типичный диак устический рост ( 15 ). Ферменты , необ ходимые для утилизации второго субстрата СЭД и ХЦ пребывают некоторое время в реп рессив ном состоянии до тех пор , пока первый субстрат , как более легкодоступный (волокнистые препараты ЦБО ) не будут полност ью исчерпаны . Чем это можно объяснить ? Это можно в основном двумя факторами : 1. Препараты СЭД и ХЦ хотя и дро бленые , тем не менее они имею т бол ее плотную микро - и макроструктуру по срав нению с различными целлюлозными волокнами (ЦБ О и т.д .). 2. Препараты СЭД и ХЦ отличаются от различных целлюлозных волокон и химическим составом , поскольку в процес се синтеза этих производных целлюлозы происхо дят одновременно два процесса : макромолек улярная реакция , а именно деструкция макромол екул клетчатки и реакция полимераналогичных п ревращений - превращение целлюлозы в сложный э фир целлюлозы . В связи с наблюдением диакустического роста при биодег радации с меси , содержащей целлюлозное вол окно и СЭД и ХЦ с введением комплекса ферментов , интересно вспомнить работы М.М . Кононовой , опубликованные в 1949г ., которая специ ально культивируя миксобактерии на различных растительных остатках (остатков высших растений ) , твердо убедилась в том , что при разрушении клетчатки этими бактериями-сапрофитами образуется органическое вещество по составу весьма близкое к гуминовым веществам . Усл овия экспериментов Кононовой дали возможность судить об участии миксобактерий (к которы м принадлежат обнаруженные нами вег етативные клетки Cytophaga) в разложении клетчатки . Сл едует отметить , что образцы биомассы взяты нами с открытой промышленной площадки по приготовлению биомассы , о чем уже упоминало сь , и никаких искусственных дополнительн ы х компонентов туда не вносилось . М.М . Кононова , н а основании этих исследований , пришла к вы воду , что миксобактерии при разложении клетча тки синтезируют вещество , весьма близкое к почвенному гумусу . Образование слизи , имеющей характер геля , интересен и с д ругой точки зрения . Бесспорно , что накопление в почве бактериальной слизи оказывает большое влияние на физические свойства почвы . Гум усовые соединения склеивают механические элемент ы почвенного слоя и создают агрегаты-комочки , которые и придают окультурен н ому почвенному слою комковатость , о которой т ак убедительно писал В.Р . Вильямс ( 9 ). Эта комковато сть и служит показателем формирования гумуса в плодородной почве . Продукты жизнедеятельно сти бактерий играют значительную роль в в озникновении и совершенствовании прочной почвенн ой структуры . В этом смысле бактерии игр ают , по-видимому , большее значение , чем грибы . С.В . Виноградский (1952г .), наблюдая образован ие слизистой массы при разрушении клетчатки , по существу рассматривал этот "органический гель " как вещество , близкое к почвенному гумусу в силу его физических , фи з ико-химических и биологических свойств . И в частности С.В . Виноградский отмечал , что этот "органический гель " неохотно разрушается другими микроорганизмами и таким образом он весьма стабилен . М.М . Кононова составила схему , показывающую взаимосвязь между с о держанием гумуса в почвенном сло е и наличием в нем сапрофитных бактерий (т.е . бактерий , способствующих разложению растите льных и животных остатков ). Чем больше сап рофитных бактерий в почве , тем больше в ней гумуса . Это наблюдалось нами эксперимен тально мн о гократно . Д.С . Орлова и И.Н . Лозановская (1983г .) дают гипотетическую вер оятную структуру "ядерной части " гумуса . Как видно , это хотя и гипотетическая вероятная модель "ядерной части " гумуса , все же следует обратить внимание , что она включает цепь сопряженной связи , т.е . чередование одинарной "-" и двойной "=" химической связи . Это чередование прослеживается весьма четко и , по-видимому , такое хотя и пре дполагаемое строение обус л авливает те мно-бурую почти черную окраску гумусовых веще ств и характеризует сложность , наличие ряда многих функциональных групп . Проверенные нами многократно приемы эколо гической биотехнологии , затем были испытаны в опытных , опытно-промышленных условиях . Затем внедрены в производство на территории оч истных сооружений и действовали в течение трех лет , вплоть до закрытия производства на ВХЗ до 1994г . Далее значительная часть приемов экологической биотехнологии проверялась и уточнялась на территории коллекти в ного сада "Нижнее Сельцо 2". Итак , в р езультате большой многолетней работы , начатой в 1976 году (с некоторыми перерывами ) можно сд елать следующие выводы и дать практические рекомендации . 1. Экологическая биотехнология переработки фракции ТБО (пищевые отхо ды , отходы др евесины , целлюлозное волокно в виде бумаги и картона ), а также часть ТПО , состоящая из древесных отходов , целлюлозно-бумажных и картонных отходов заключается в строжайшем соблюдении всех нижеприводимых параметров биот ехнологии . Она заключаетс я в тщатель ном и равномерном смешении С-содержащего прир одного органического компонента , представляющего из себя ТЦБО , ТОСЭД и ХЦ , ТДО , ТБО , содержащие в качестве важнейших компонентов с ерию полисахаридов (в том числе главный пр едставитель этого класса - ц е ллюлоза , омегосахариды и моносахариды ) с N-содержащими органическими природными соединениями (в том числе белками и продуктами их разложения , представляющими для фракции ТБО кости , оста тки тканей животных и рыб (белки - носители азота -N)). В случае испол ь зования в качестве только С-содержащей фракции (напр имер , ТПО из древесины , бумаги и картона ) для правильного приготовления биомассы необход имо внесение N-содержащего компонента в качест ве которого служат как уже упоминалось ра нее любые формы животного на в оза и в том числе мочевина природного пр оисхождения . Здесь , как уже упоминалось ранее , не допускается внесение N-содержащего компоне нта (навоза ) с опасной патогенной микрофлорой и с микрофауной (например , с гельминтофау ной ). Внесение N-содержащего компоне н та , кроме азота , всегда сопровождается внесением ряда ферментов так необходимых для проте кания нормального процесса экологической биотехн ологии . Для ускорения протекания процесса в зависимости от технико-экономических соображений и исходя из рыночной потр е бнос ти рекомендуется введение комплекса ферментативн ых целлюлолитических препаратов в биомассу в начале приготовления при условии тщательного перемешивания их в исходной биомассе . 2. Соотношение С-содержащего природного компонента с N-содержащим природным компонентом для всех видов исходного сырья всегда должно строго проверяться и составлять С /N=30/1-25/1. Это главнейшее исходное со отношение для правильного протекания всех про цессов биотехнологии . 3. Все компоненты биомассы перед смешением должны подверг аться дроблению до размеров не более 1,4 см (по максимуму ) для систем с перемешиванием и принудительной аэрацией ; и до 5 см (по ма ксимуму ) для пищевых отходов , для целлюлозно-бу мажных и картонных отходов ; до 1-2 см для мелких костей при естественной аэрац и и . 4. Сроки биодеградации для различных N-содержащих компонентов (так называ емое время ферментации ) (срок от начала см ешения компонентов до возможного срока внесен ия в почву ) следующие : a. для свиного н авоза - 12 месяцев , b. для конского навоза - 5-6 ме сяцев , c. для кроличьего навоза - 5-6 месяцев , d. для птичьего навоза - 18-20 месяцев , e. для овечьего и козь его навоза - 6-7 месяцев f. для пищевой фракции ТБО , хранящейся при соблюдении параметров э кологической биотехнологии - 12-13 месяцев . Для все х видов целлюлозосодержащих биологических масс (компостов ) при строгом соблюдении элем ентарного соотношения С /N нами рекомендуется д обавлять , как уже упоминалось , при перемешиван ии комбинированный целлюлолитический ферментативный препарат - целловиридин ( с одержащий экзоглюкозидазу , эндоглюканазу , целлобиогидролазу , пек тиназу ) ГЗх по ТУ -64-13-11-87 производства Приволжског о биохимического завода , рекомендованный Институт ом биохимии А.Н . Баха РАН (лаборатория угле водов , А.А . Клесов , М.Л . Рабинович ) и испытан н ый нами и внедренный в произ водство в 1991 году . Количество вводимого препара та от 0,001 до 0,01% от общего веса биомассы . П ри добавке ферментативного препарата сроки би одеградации массы значительно сокращаются . Если препарат введен строго гомогенно при и н тенсивном перемешивании и выдерживан ии всех параметров экологической биотехнологии , при начальной влажности исходной массы >60% в течение 2-3 недель для лучшего транспорта ф ерментативного препарата и для большего набух ания всех целлюлозосодержащих компоне н тов , то сроки ферментации сокращаются значительно . 5. Свободный объем в компостном ряду составляет 35-40%. Рекомендуется производить периодическое перелопачивание компостн ого ряда , но при строгом соблюдении параме тров по ширине и высоте ряда , упомянутых р анее . Аэрация воздуха в сутки до лжна составлять 0,6-1,8 м 3 на 1 кг массы . При смешивании всех компонентов возможно проведение искусственной аэрации по всей длине ряда . 6. При переработке определ енных фракций ТПО и ТБО нельзя допускать попадание тяжелых ме таллов Cd, Pb. Hg, Cr, Sn, Cu, Ag, Au в больших количествах . Особенно опасен Cd, о чем уже упоминалось . Кроме того , нельзя допус кать , чтобы в биомассу попадали даже мелки е куски полимерной пленки , полученной из г алоидсодержащих полиолефинов (и в частности недопустимо попадание пленки из п оливинилхлорида ). Эти компоненты (носители хлора ) могут нести следы ДО и ДПВ . Кроме т ого , и это особенно важно , ни в коем случае нельзя приготавливать биомассу из ф ракций ТБО или ТПО , содержащих даже в очень небольших коли ч ествах отработан ные химические источники тока от портативных магнитофонов , радиоприемников , дозиметрических пр иборов и т.п .. Все эти химические источники тока являются потенциальными генераторами об разования хлора и соответственно галоидированных ДО и ДПВ - химического СПИДа 20-го века . Поэтому при малейших признаках наличия вышеупомянутых включений в ТБО и ТПО эти поступления могут быть переработан ы только в аппаратах системы "Пурвокс " или в электротермическом генераторе при температ уре +1200-1400°С в теч е ние не менее 4-7 часов для разрушения ДО и ДПВ . Если температура переработки этих включений ниже , то будет происходить не разрушение галои дированных ДО и ДПВ , а при +800-+900°С их синтез . Так бромсодержащие ДО и ДПВ син тезируются именно при этих температу р ах . Вот почему важно соблюдение темпер атурных и временных параметров процесса разло жения (особенно отработанных химических источнико в тока ) таких отходов . Кроме того носителе м галоидированных ДО и ДПВ могут являться целлюлозосодержащие компоненты и особен н о те , которые в процессе технологическ их обработок подвергались химической отбелке хлором и его соединениями . Однако сейчас в виду значительного сокращения , а в некото рых развитых странах и полного исключения хлора из химических технологий получения ц еллю л озосодержащих продуктов вероятность попадания хлора из бумаги и других Ц БО практически сведена к минимуму (2). Это мы подробно рассмотрим в следующих главах . 7. Нельзя допускать , чтобы в биомассу попадали вместе с бытовыми отходами мертвые ткани и отдельн ые трупы животных , повязки из больничных учрежде ний , отходы хирургии , стоматологии и т.п . Не льзя допускать попадания биологических отходов из научно-исследовательских организаций . Нельзя допускать попадания в ТБО радиоактивных отхо дов всех видов даже в сл е дах . Список литературы : 1. С.А . Алексеев , Что такое ЦТЗ // Эколо гический бюллетень "Чистая земля ", Спец . выпуск , № 1, 1997, с .1-5. 2. В.И . Манушин , К.С . Никольский , К.С . Минскер , С.В . Колесов , Целлю лоза , сложные эфиры целлюлозы и пла сти ческие массы на их основе , Владимир , ЦНТИ , 1996, с .18,64,228. 3. А.А . Петров , Х.В . Бальян , А.Т . Трощенко , Органическая химия , Под ред . чл . корр . АН СССР А.А . Петрова , Изд . 4-е доп ., М ., ВШ , 1981, с .508,522-523. 4. П . Каррер , Курс орган ической химии , Под ред . М.Н . К олосова , ТХИ , Л-д , 1960, с .548. 5. З.А . Роговин , Ос новы химии и технологии химических волокон , М ., Химия , 1974, с .166-192. 6. Экологическая биот ехнология , Под ред . К.Ф . Форстера и А.А . Д ж.Вейза , Л-д , Химия , Л ен . отд ., 1990. 7. В.М . Минеев , Хим изация земледелия и природная среда , М ., Аг ропромиздат , 1990, с .5. 8. А.А . Имшенецкий , Микробиология целлюлозы , М ., Ин-т микробиологии АН СССР , 1953. 9. В.Р . Вильямс , По чвоведение . Земледелие с основами почвоведен ия , М ., 1949. 10. Краткая химическа я энциклопедия , т .5, М ., Изд . С.Э ., 1967, с .331-334. 11. К.М . Махкамов , Х.Ш . Арипов и др . Сб . НИР "Химия , технолог ия и применение целлюлозы и ее производны х ", Черкассы , Отд . НИИТЭХ ИМа , 1990, с .162. 12. Б.А . Ягодин , Аг рохимия , 2-е изд ., Агропромиздат , М ., 1989. 13. М.И . Мягков , Г.М . Алексеев , В.А . Ольшанецкий , Твердые бытовые отходы города , Л-д , Стройиздат , 1978, с .51,69. 14. Малая медицинская энцикло педия , Под ред . В.И . Покровского , т .3, М ., "БФЭ ", 1992, с .489. 15. К.С . Никольский , Е.Б . Захарова и др ., Приготовление компостной смеси и исследование процессов , происходящих в ней , Ж .//"Химия в сельском хозяйстве ", № 2, 1994, с .25. 16. В.В . Говорина , С.Б . Виноградов , Влияние тяжелых металлов на ферментативную активность почв , Ж .//"Химизация сельского хозяйства ", № 3, 1990, с .87-90. 17. Н.А . Черных , Не гативное воздействие тяжелых металлов на почв ы , Ж .//"Химизация сельского хоз яйства ", № 1, 1991, с .40-42. 18. К.С . Никольский , Е.Б . Захарова , В.В . Соколов и др ., Экологич еская биотехнология переработки отходов производ ства целлюлозы и ее сложных эфиров для нужд сельского хозяйства , Сб . НИИТЭХИМ-НИИПМ //"Производство и пере работка пластмасс и синтетических смол ", № 5, 1991, с .25-38. 19. Н.М . Эмануль , Д. Г . Кнорре , Курс химической кинетики , Изд . 4-е , М ., ВШ , 1984. 20. Основы биохимии , Под ред . А.А . Анисимова , М ., ВШ , 1986, с .133-177. 21. А.А . Кл есов , А.П . Синицын , М.Л . Рабинович , А.Б . Гусаков , А.М . Морозов , Биотехнология ферментативного прев ращения целлюлозы , Изд . АН СССР , М ., 1988. 22. К.С . Никольский , Л.П . Юзбекова-Рощинская , О некоторых закономернос тях старения и стабилизации АУ для пластмасс , Сб . НИИТЭХИМ-НИИПМ //"Производство и п ереработка пластмасс и синтетических смол ", № 3, 1989, с .15-19. 23. К.С . Никольский , В.В . Соколов , Биомасса из отходов производст ва , Ж .//"Химия в сельском хозяйстве ", № 3-4, 1993, с .20-21. 24. М.Т . Примкулов , К.С . Никольский , В.В . Буш , А.С . Худанян , Р.М . Мнацакинян , Технология производства ацетатных нитей и жгута , Ин-т развития профобразования , М ., 1992, с .64-68, с .6-7. 25. В.Я . Бытенский , Е.П . Кузнецова , Производство эфиров це ллюл озы , Под ред . Н.И . Кленковой , Л-д , Химия , Л ен . отд ., 1974, с .173-175, с .92-95, с .160-174. 26. З.А . Роговин , Х имия целлюлозы , М ., Химия , 1972, с .171. 27. Дхариял Ч.Д ., Ж игач К.Ф ., Тимохин И.М . и др ., ЖПХ , т .39, № 7, 1966, с .1959. 28. Тимохин И.М ., Д алабаев У.Д ., Узб . хим . журнал , № 5, 1971, с .99. 29. Дхариял Ч.Д ., Ж игач К.Ф ., Тимохин И.М . и др ., ЖПХ , т .37, 1964, с .1099. Сноски 1. Площадки (карты ) для С - и N-компонен та , поэтому располагаются вблизи друг друга . 2. В нашей книге мы зачастую отождествляем понятие С - или N-компонент с понятием С - или N-субстрат , в кладывая в эти поня тия сугубо приклад ное значение . В биохимии и биологии под определением субстрат означает питательная сре да (преимущественно для микроорганизмов ).
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
- У вас в холодильнике мышь повесилась.
- Всё намного хуже. Она умерла с голоду, а мы сымитировали самоубийство.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru