Принципы биологической обработки отходов

Проблема загрязнения природных экосистем и возможности самоочищения

Для обеспечения сбалансированного круговорота веществ необходимо, чтобы эти соединения как синтезировались, так и разлагались. Человек в своей деятельности не только заставил живые организмы образовывать нужные ему вещества в сверхколичествах, но и синтезировал химическим путем огромное количество ксенобиотиков, которые, обладая значительной стабильностью, накапливаются в окружающей среде. Такие ксенобиотики имеют уникальную биологическую активность, как правило, негативную (канцерогенную, мутагенную, тератогенную или аллергенную) и, быстро распространяясь по пищевым цепям и в пространстве, оказывают токсическое действие уже на уровне микропримесей. К ксенобиотикам могут быть отнесены также и вещества природного происхождения, но полученные в сверхколичествах и перемещенные в несвойственные им места (например, нефть). Так как человечество не может отказаться от использования таких веществ, то первоочередной задачей становится очистка окружающей среды от антропогенных загрязнителей.

Микроорганизмы, обладающие огромным разнообразием ферментных систем и большой лабильностью метаболизма, являются звеном, которое ответственно за самоочищение природных экосистем и может осуществлять биодеградацию ксенобиотиков, возвращая основные питательные элементы в глобальный цикл.

Применение живых организмов для очистки воды, почвы и воздуха от различных загрязнений основано на их способности к биодеградации. Это широкое понятие включает три более узких процесса:

- трансформацию, или незначительные изменения молекулы;

- фрагментацию, или разложение сложной молекулы на более простые соединения;

- минерализацию, или превращение сложного вещества в самые простые (H₂O, CO₂, H₂, NH₃, CH₄ и т.д.).

В настоящее время в процессах очистки применяют в основном естественно складывающиеся микробные сообщества. Разнообразие метаболических путей в микробных сообществах позволяет надеяться, что в перспективе возможно создать ассоциации, способные разрушать весь набор синтезированных человеком соединений, тем самым возвращая в глобальные циклы элементов активные формы углерода, азота и т.д.

Обработка отходов подразумевает биологическое разложение органических соединений. Использование биологической активности для удаления загрязняющих веществ из окружающей среды называют биоремедиацией. Необходимо сначала найти такую активность, а затем создать оптимальные условия для ее проявления. При этом есть две возможности: 1) стимулировать развитие активных микроорганизмов, уже имеющихся в окружающей среде; 2) интродуцировать в загрязненную область микроорганизмы с уже известными биодеградабельными способностями. Метаболические возможности микроорганизмов позволяют воздействовать даже на ксенобиотики, и при этом давать полезные продукты (газы, металлы, и т.д.).