Учебнометодическое пособие по дисциплинам Основы биотехнологии, Введение в биотехнологию
 Скачать 0.73 Mb.
|
|
8.3.1 Методы очистки сточных вод Применение того или иного метода (механического, химиче- ского, физико-химического и биологического) в каждом конкрет- ном случае определяется характером и степенью вредности при- месей. 8.3.1.1 Механические методы Сущность этих методов состоит в том, что из сточных вод пу- тем отстаивания и фильтрации удаляют механические примеси. Гру- бодисперсные частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками, ситами, песколовками, навозоуловителями, нефтело- вушками и т.д. Механическая очистка позволяет выделять из быто- 72 вых сточных вод до 60…75 % нерастворимых примесей, а из промыш- ленных – до 95 %, многие из которых как ценные примеси исполь- зуются в производстве. 8.3.1.2 Химические методы В сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химическая очистка уменьшает количество нерастворимых примесей до 95 %, а растворимых – до 25 %. 8.3.1.3 Физико-химические методы Эти методы используют для удаления тонкодисперсных и рас- творенных неорганических примесей, а также для разрушения ор- ганических и плохо окисляемых веществ. В арсенал этих методов входят электролиз, окисление, сорбция, экстракция, ионообменная хроматография, ультразвук, высокое давление и др. 8.3.1.4 Биологический метод Этот методоснован на использовании закономерностей био- химического и физиологического самоочищения рек и других водо- емов. Для очистки сточных вод используют биофильтры, биологиче- ские пруды и аэротенки. В биофильтрах сточные воды пропускают через слой крупно- зернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой, благодаря которой интенсивно протекают процессы биологического окисления. В биологических прудах в очистке сточных вод прини- мают участие все организмы, населяющие водоем. Аэротенки – огромные резервуары из железобетона, в которых очистка происходит с помощью активного ила из бактерий и микро- скопических животных, которые бурно развиваются в этих сооруже- ниях, чему способствуют органические вещества сточных вод и из- быток кислорода, поступающего с потоком подаваемого воздуха. Бактерии, склеивающиеся в хлопья, выделяют в среду ферменты, разрушающие органические загрязнения. Ил с хлопьями оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, ко- ловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии, не слипшиеся в хлопья, тем самым омолаживают бактериальную массу ила. Сточные воды сначала подвергают механической, а после хими- ческой очистке для удаления болезнетворных бактерий путем хло- рирования жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции 73 используют также ультразвук, озонирование, электролиз и другие методы. Биологический метод дает существенные результаты при очистке коммунально-бытовых стоков, а также отходов предприятий нефтепере- рабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности и производ- ства искусственного волокна. 8.3.2 Отстой сточных вод и его использование Взависимости от степени обработки отстой городских сточных вод обычно делят: на первичный (необработанный), состоящий из твердых веществ; вторичный – твердые вещества, выделяющиеся по- сле вторичного отстоя, или отстой с биофильтров очистных сооруже- ний; третичный – результат третичного отстоя сточных вод (известь и глина); отстой, перегнивший в анаэробных условиях. До осушки отстой содержит большое количество влаги (до 95 %). После некоторой стабилизации отстоя, которая достигается путем его сбраживания, содержание твердых веществ составляет 30 %. Доля содержания органической части в городских сточных водах колеблется от 50 % в перегнившем отстое до 70 % в необработанном отстое. Энергосодержание необработанного отстоя составляет около 16284 кДж/год. Однако практическое использование отстоя в каче- стве топлива связано с рядом трудностей: высокое содержание влаги не позволяет использовать отстой без высушивания, на которое рас- ходуется фактически вся выделяемая в процессе его горения энер- гия. При очистке сточных вод применяют и метановое брожение, которое осуществляется в реакторах (метантенках) двух типов: в ре- акторах без фиксации биомассы и в реакторах с прикрепленной (фиксированной) биомассой. В качестве подложки, к которой при- крепляется биомасса, используют мелкий песок, окись алюминия и другие носители. В последнее время анаэробное метановое брожение применяют и для детоксикации стоков. Анаэробные бактерии поми- мо деградации углеводов, липидов, белков, нуклеиновых кислот способны разрушать и многие отходы нефтехимической промыш- ленности, например, бензойную кислоту. Адаптированные ассоциации анаэробов деградируют ацеталь- дегид, ацетон, бутанол, этилацетат, этилакрилат, глицерол, нитро- бензол, фенол, пропанол, пропиленгликоль, кротоновую, фумаро- вую и валериановую кислоты, винилацетат, парафины, синтетиче- ские полимеры и многие другие вещества. 74 9 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Что такое биотехнология? 2. С какими науками связана биотехнология? 3. Чем обусловлена потребность в биотехнологии? 4. Назовите основные направления биотехнологии в различных отраслях народного хозяйства. 5. Приведите историю развития биотехнологических процес- сов. 6. Какие требования предъявляются к промышленным штам- мам микроорганизмов? 7. Назовите представителей четырех групп микроорганизмов, широко применяемых в биотехнологических процессах. 8. Какие вещества в настоящее время синтезируются с помо- щью микроорганизмов? 9. Обоснуйте целесообразность использования микроорганиз- мов для производства белка. 10. Какие медико-биологические исследования проводятся пе- ред применением белка, произведенного микробиологическим спосо- бом? 11. Назовите преимущества дрожжей, бактерий, мицелиальных грибов и водорослей как продуцентов белка. 12. Расскажите об использовании дрожжей с целью производст- ва белка. 13. Какие бактерии используются для синтеза белка, и на каких средах их выращивают? 14 Расскажите об использовании мицелиальных грибов с целью производства белка. 15. Какие водоросли используются для синтеза белка, и на ка- ких средах их выращивают? 16. Что такое ретроингибирование? 17. Что такое индукция и репрессия биосинтеза ферментов? 18. Что такое катаболитная репрессия? 19. Что такое фермент? 20. На какие группы можно разделить ферменты, содержащиеся в микроорганизмах? 21. Каким образом можно обеспечить сверхсинтез целевого продукта? 22. Что такое индуцированный мутагенез? 23. Что такое клон? 24. Что такое ауксотрофный мутант? 75 25. Что такое плазмиды? 26. Какие виды плазмид вы знаете? 27. Что такое фаг? 28. Какие виды фагов вы знаете? 29. Что такое трансдукция? 30. Что такое полиплоидность? 31. Что такое протопласт? 32. Что такое сферопласт? 33. Какие методы получения протопластов вы знаете? 34. Какие методы слияния протопластов вы знаете? 35. Каким образом культивируют гибридные клетки? 36. С какой целью применяют фузию клеток? 37. Что такое первичные метаболиты? 38. Что такое вторичные метаболиты? 39. Приведите общую схему биотехнологического производства продуктов микробного синтеза 40. Какие требования предъявляются к питательным средам? 41. Каким образом получают инокулят? 42. Что такое ферментация? 43. Какие способы производства аминокислот вы знаете? 44. Какие аминокислоты получают микробным синтезом? 45. Где применяются аминокислоты? 46. Что такое витамины? 47. Какие витамины получают микробиологическим синтезом? 48. Какие способы производства органических кислот вы знае- те? 49. Получение уксусной кислоты. 50. Получение лимонной кислоты. 51. Получение молочной кислоты. 52. Что такое антибиотики? 53. В какой фазе роста микроорганизмов начинают синтезиро- ваться антибиотики? 54. В чем проявляется специфичность действия антибиотиков? 55. Что такое мутасинтез? 56. Какие продуценты антибиотиков вы знаете? 57. Что такое биотрансформация? 58. Какими способами можно получить стероиды? 59. Можно ли получить стероиды с помощью культур клеток растений? 60. Что такое ДНК? 61. Что такое генетическая инженерия? 76 62. Что такое рекомбинантные ДНК? 63. Что такое рестрикцирующие нуклеазы? 64. Что такое секвенирование? 65. Что такое лигирование? 66. Каким образом проводят лигирование фрагментов ДНК? 67. Что такое вектор? 68. Что можно использовать в качестве векторов? 69. Какими свойствами должен обладать вектор? 70. Чем обусловлена популярность плазмидных векторов? 71. Что происходит в результате трансформации? 72. Каким образом проводят идентификацию клеток, содержа- щих реципиентные гены? 73. Какие методы, повышающие эффективность экспрессии чу- жеродных генов, чаще всего используются? 74. Клонирование в бактериях. 75. Что такое челночный вектор? 76. Клонирование в дрожжах. 77. Клонирование в клетках животных. 78. Расскажите о технологии микроинъекции ДНК. 79. Что такое трансгенный организм? 80. Что такое мозаики в трансгенных линиях? Чем обусловлено это явление? 81. С какой целью получают трансгенных животных? 82. С какой целью получают трансгенные растения? 83. Что такое клеточная инженерия? 84. Что такое тотипотентность? 85. С какой целью используется клеточная инженерия? 86. Что такое ауксины и цитокинины? 87. Что такое каллус? 88. Какие основные требования предъявляются к выращиванию изолированных клеток и тканей на питательных средах? 89. Что такое экспланты? 90. Что такое дедифференцировка? 91. Какие типы культур клеток и тканей вам известны? 92. Какие свойства исходного растения сохраняют каллусные ткани? 93. Какие характерные для каллусных клеток свойства вы знае- те? 94. Что такое «привыкшие» клетки? 95. Каким образом может идти развитие каллусной ткани? 96. Что такое морфогенез? 77 97. Что такое органогенез? 98. Что такое соматический эмбриогенез? 99. Что такое клонарное микроразмножение растений? 100. Что такое меристематические ткани? 101. Назовите преимущества использования ферментов в качест- ве катализаторов. 102. Какие ферментные препараты пользуются повышенным спросом? 103. Обоснуйте целесообразность использования микроорганиз- мов в качестве продуцентов ферментов. 104. Каким образом проводят отбор и селекцию штаммов- продуцентов ферментов? 105. Технология культивирования микроорганизмов-продуцентов ферментов. 106. Что такое иммобилизованные ферменты? 107. Какие преимущества имеют иммобилизованные ферменты? 108. Какие способы иммобилизации ферментов вы знаете? 109. Перечислите направления использования иммобилизован- ных клеток. 110. Какие промышленные процессы с использованием иммоби- лизованных ферментов и клеток вы знаете? 111. Какие задачи решает экобиотехнология? 112. Что такое ксенобиотики? 113 Что такое биогаз? 114. Какие микроорганизмы ведут биометаногенез и на каких средах их выращивают? 115. Расскажите о работе метантенков. 116. Расскажите о трех стадиях биометаногенеза. 117. Для чего используется биоэтанол? 118. Какие субстраты используются для получения биоэтанола? 119. Каким образом можно достичь снижения себестоимости биоэтанола? 120. Какие виды загрязнения поверхностных и подземных вод вы знаете? 121. Какие методы очистки сточных вод вы знаете? 122. Что такое аэротенк, как он функционирует? 123. Что такое отстой сточных вод, на какие виды он подразделя- ется. 124. Использование отстоя сточных вод. 78 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Микробиология с основами биотехнологии (теория и прак- тика): учебное пособие / Г.П. Шуваева, Т.В. Свиридова, О.С. Корнеева и др.; науч. ред. В.Н. Калаев; Министерство образования и науки РФ, Воронежский государственный университет инженерных технологий. – Воронеж: Воронежский государственный университет инженерных технологий, 2017. – 317 с. 2. Егорова, Т.А. Основы биотехнологии: учеб. пособие для высш. пед. учеб. заведений / Т.А. Егорова, С.М. Клунова, Е.А. Живу- хина. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 208 с. 3. Кошелев, Ю.А. Биотехнология: введение в специальность / Ю.А. Кошелев, В.В. Россихин, Г.С. Башура, В.П. Севодин, М.Э. Лам- берова. – Бийск: Типография ЗАО «Алтайвитамины», 2004. – 239 с. 4. Алешина, Е.С. Культивирование микроорганизмов как осно- ва биотехнологического процесса: учебное пособие / Е.С. Алешина, Е.А. Дроздова, Н.А. Романенко; Министерство образования и науки Российской Федерации, Оренбургский Государственный Университет. – Оренбург: ООО ИПК «Университет», 2017. – 192 с. 5. Наквасина, М.А. Бионанотехнологии: достижения, пробле- мы, перспективы развития: учебное пособие / М.А. Наквасина, В.Г. Артюхов; Министерство образования и науки РФ, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный уни- верситет». – Воронеж: Издательский дом ВГУ, 2015. – 152 с. 6. Введение в направление. Биотехнология [Электронный ре- сурс]: учебное пособие / Л.С. Дышлюк [и др.]. – Электрон. дан. – Ке- мерово: КемГУ, 2014. – 157 с. – Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/60191. 7. Акимова, С.А. Биотехнология [Электронный ресурс]: учеб- ное пособие / С.А. Акимова, Г.М. Фирсов. – Электрон. дан. – Волго- град: Волгоградский ГАУ, 2018. – 144 с. – Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/112369. 8. Пак, И.В. Введение в биотехнологию [Электронный ресурс]: учебное пособие / И.В. Пак, О.В. Трофимов, О.А. Величко. – Электрон. дан. – Тюмень, 2018. – 160 с. – Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/117848. 9. Шмид, Р. Наглядная биотехнология и генетическая инжене- ри [Электронный ресурс]: справочное пособие / Р. Шмид. – Электрон. дан. – Москва: Издательство «Лаборатория знаний», 2015. – 327 с. – Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/66240. Учебное издание Кошелев Юрий Антонович Скиба Екатерина Анатольевна Аверьянова Елена Витальевна ВВЕДЕНИЕ В БИОТЕХНОЛОГИЮ Учебно-методическое пособие по дисциплинам «Основы биотехнологии», «Введение в биотехнологию», «Промышленная биотехнология», «Экологическая биотехнология», «Биотехнологические основы переработки растительного сырья», «Утилизация отходов пищевых производств», «Организация безотходных производств» для студентов направлений подготовки 19.03.01 Биотехнология и 19.03.02 Продукты питания из растительного сырья Подписано в печать 27.03.18. Формат 60 84 1/16. Усл. п. л. 4,53. Тираж 50 экз. Заказ 2018-161. Печать – ризография, множительно-копировальный аппарат «RISO EZ300». Издательство Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова 656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46. Оригинал-макет подготовлен на кафедре Биотехнологии БТИ АлтГТУ. Отпечатано в ОИТ БТИ АлтГТУ 659305, г. Бийск, ул. имени Героя Советского Союза Трофимова, 27. |