«Экобиотехнология»

1.

Курс «Экобиотехнология»
Тема: Введение
План лекции
Рекомендуемая литература.
Определение экобиотехнологии.
Преимущества и недостатки биологических методов.
Основные отличия экобиотехнологических методов от
биотехнологических.
Основные отличия в подготовке биотехнологов и экобиотехнологов.
Основные направления использования экобиотехнологических
исследований и разработок.
Связь со специальными и общетехническими дисциплинами и
курсовым и дипломным проектированием.
Краткие сведения о возможных биотехнологических способах
переработки отходов, ремедиации и очистки техногенных и природных
сред от приоритетных загрязнений.
РХТУ АЕК

2.

Литература
Основная
1. Кузнецов А.Е., Градова Н.Б. Научные основы экобиотехнологии. – М.: Мир, 2006.
– 504 с.
2. Кузнецов А.Е., Градова Н.Б., Лушников С.В. и др. Прикладная экобиотехнология
(в 2-х томах). – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2010. – Т.1 - 829 c., Т.2 - 485 с.
(книга переиздана в 2012 г. с исправлениями). Электронная версия – издана в
2015 г.
3. Экологическая биотехнология./ Под ред. К.Ф.Форстера, Д.А.Дж. Вейза. – Л.: Химия,
1990. – 384 с.
Дополнительная
1. Пааль. Л.Л., Кару Я.Я., Мельдер. Х.А., Репин Б.Н. Справочник по очистке природных и сточных
вод. – М.: Высш. шк., 1994 – 336 с.
2. Хенце М. и др. Очистка сточных вод. Биологические и химические процессы. – М.: Мир, 2004. –
432 с.
3. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях
с аэротенками. – М.: Акварос, 2003. – 512с.
РХТУ АЕК

3.

Контрольные точки
1
2
3
Доп.
Экзамен
ИТОГО
опрос
Задание 1,
Задание 2,
Реферат
15 бал
15 бал
макс. 30 бал
10 бал
Без реферата
макс. 60 бал
Макс.
100 бал
С рефератом
Макс.
макс. 40 бал
100 бал
РХТУ АЕК

4.

РХТУ АЕК

5.

Распределение предприятий и организаций РФ по
профилям биотехнологии (согласно международной
цветовой классификации)
РХТУ АЕК

6.

Экологическая биотехнология – это
специфическое применение биотехнологии
для решения проблем охраны окружающей
среды, важнейшими из которых являются
борьба с загрязнениями и переработка
отходов.
РХТУ АЕК

7.

Преимущества биологических методов при их использовании
для решения задач охраны окружающей среды
- более экологически дружественные способы, щадящее воздействие на
природные среды
- малоотходные; биологический материал легко включается в пищевые
трофические цепи и круговороты веществ
- часто более высокая селективность
- универсальные
- более дешевые
Сравнительные затраты на обезвреживание почвы различными методами:
- экстракция растворителями
35-100%
- замена почвы
10-60%
- промывка почвы
10-35%
- термическая десорбция
5-20%
- биоремедиация
4-15%
РХТУ АЕК

8.

В экобиотехнологии биологический агент
используют в природной среде, в отличие от
биотехнологического процесса, протекающего в
искусственных комфортных условиях.
Достоинство – более простые технологические
требования к культивированию и использованию
микроорганизмов, к квалификации
обслуживающего персонала
Недостаток - условия для целенаправленной
работы организма не оптимальны.
РХТУ АЕК

9.

Различия в подготовке экобиотехнолога и биотехнолога
РХТУ АЕК

10.

Связь со специальными и общетехническими дисциплинами
и курсовым проектированием
Курсы лекций
- Экология
- Процессы и аппараты химической технологии
- Общая биология и микробиология
- Теоретические основы биотехнологии
- Основы проектирования и оборудование предприятий
биотехнологической промышленности
Курсовой проект
НИР
РХТУ АЕК

11.

Из лекций на 2-ом курсе: Экология
Посмотреть разделы
Экосистемы, биоценозы, биотопы.
Описание биоценозов.
Трофическая структура биоценозов.
Экологическая ниша.
Перенос энергии и вещества по пищевым цепям.
Продуктивность экосистем.
Экологическая сукцессия.
Стабильность и устойчивость экосистем. Зона
устойчивости.
Лимитирующие факторы.
Биогеохимические циклы (круговороты углерода,
азота, фосфора, серы, тяжелых металлов)
Книга 1, стр. 13-69, 418-454; Книга 2, т. 1., стр. 69-71
РХТУ АЕК

12.

Основные направления использования
экобиотехнологических исследований и разработок
1. Очистка сточных вод, газовоздушных выбросов,
загрязненных почв и водоемов.
2. Переработка, утилизация твердых, жидких, газообразных
отходов.
3. Биоконверсия возобновляемого сырья.
4. Биоповреждения и биокоррозия.
5. Биомодификация.
6. Мониторинг выбросов биотехнологических производств.
Биомониторинг, биоиндикация и биотестирование
воздействий различных техногенных источников.
РХТУ АЕК

13.

Сфера деятельности экобиотехнологии
РХТУ АЕК

14.

Сфера деятельности экобиотехнологии
Загрязнения
Биотехнологические способы переработки или обезвреживания
и отходы
Минеральные взвеси, илистые наносы,
Агротехнические приемы, планировка ландшафтов, озеленение, биологическая рекультивация,
растворимые органические и неорганические
заградительные биобарьеры, биоплато, ботанические и гидроботанические площадки, биоматы,
загрязнения, поступающие с поверхностными
фитостабилизация, ризофильтрация, внесение биокомпостов в почву, фитомелиорация,
смывами и ливневыми стоками
биофлокуляция
CO2, SOX, H2S
Биодесульфуризация угля и нефти
CH4
Биологический контроль метанообразования на свалках и утилизация образовавшегося метана,
применение аммонизированных кормов
Дурнопахнущие и другие примеси в
Биодезодорация газов, биофильтры для очистки газов
газовоздушных выбросах
NOX, NO2–, NO3–, NH3
Нитрификация-денитрификация сточных вод, снижение потерь удобрений путем ингибирования
аммонификации и нитрификации, биологическое удаление соединений азота из нефти
O3
Подбор озоноустойчивых растений
Твердые бытовые отходы
Компостирование, вермикомпостирование, метаногенерация
Навоз и птичий помет
Компостирование, вермикомпостирование, сбраживание, метаногенерация, получение органоминеральных удобрений
Растительные отходы
Компостирование, вермикомпостирование, силосование, метаногенерация, генерация тепла,
биомодификация, обработка в биореакторах, получение белка одноклеточных организмов
Резинотехнические изделия
Биологическая девулканизация, активирование вулканизации, биомодификация
Минеральные и древесные строительные
Биомодификация, ингибиторы биокоррозии
материалы, пластики
Пластики
Биодеструкция и биодеградация, получение биопластиков и биоразлагаемых полимерных
материалов
Активный ил очистных сооружений
Анаэробное
сбраживание
в
метантенках
и
септитенках,
компостирование,
вермикомпостирование, переработка на иловых площадках, получение органо-минеральных
удобрений
РХТУ АЕК

15.

Донные осадки
Биоремедиация,
биовыщелачивание,
биорекультивация,
фиторемедиация,
фитоэкстракция,
фитостабилизация, обработка в биореакторах
Сточные воды, богатые растворенной органикой
Получение
(углеводами, жирами, белками)
метаногенерация
кормового
белка
одноклеточных
организмов,
анаэробное
сбраживание,
Органические ксенобиотики в
Биодеструкция и биодеградация, биорекультивация, биологическая очистка в аэротенках,
сточной воде и природных
биотенках, на биофильтрах, в анаэробных реакторах, в биопрудах, на гидроботанических
водоемах
площадках, биоплато, лагунах, на полях орошения и фильтрации, биоконцентрирование,
биоаккумуляция, биотрансформация, использование биопрепаратов, биоматы, ризофильтрация,
фитодеградация, фитотрансформация, обработка в биореакторах
Органические ксенобиотики в почве
Биоремедиация (пассивная и активная биоремедиация, природное истощение, биостимуляция,
биоаугментация,
биовентилирование,
сурфактант-усиленная
биобарботирование,
биоремедиация,
биохлюпанье),
биовосстановление,
биомобилизация,
биотрансформация,
биоконцентрирование, биоаккумуляция, реакционно-активные барьеры и биоэкраны, образование
связанных остатков, компостирование и вермикомпостирование, биорыхление, фитодеградация,
фитотрансформация, фитомелиорация, обработка в кучах, буртах, насыпях, биореакторах
Тяжелые металлы
Фиторемедиация,
биоиммобилизация,
биовыщелачивание,
фитоэкстракция,
фитостабилизация,
биоадсорбция,
биоконцентрирование,
биовосстановление,
фитоиспарение,
ризофильтрация,
биоаккумуляция,
биомобилизация,
реакционно-активные
барьеры
и
биоэкраны,
искусственные биогеохимические барьеры, биофлокуляция
Радионуклиды
Фиторемедиация,
фитоэкстракция,
фитостабилизация,
фитодезактивация,
ризофильтрация,
биодезактивация, биоиммобилизация, биоадсорбция, биоконцентрирование, биоаккумуляция,
биомобилизация,
биовыщелачивание,
биовосстановление,
реакционно-активные
барьеры
и
биоэкраны, искусственные биогеохимические барьеры, биофлокуляция
Соединения азота и фосфора, эвтрофикация
Контроль эвтрофикации, удаление азота и фосфора в аэротенках и биопрудах, биоудобрения в
сельском хозяйстве
Биологические агенты
Контроль биокоррозии, биоциды, биопрепараты, биологические средства защиты растений,
биорегуляторы
Засоление почв
Селекция или конструирование и посадка солеустойчивых растений, фитомелиорация
РХТУ АЕК

16.

Пересечение с другими разделами биотехнологии
Медицинская биотехнология:
- вопросы токсикологии (ксенобиотики), санитарной гигиены
(микробное заражение), биобезопасности; влияние загрязнений
на здоровье человека (иммунитет, онкологические заболевания и
т.п.) и окружающего живого мира, какие разумные меры надо
предпринимать для снижения экологических рисков;
- получение специализированных биопрепаратов для улучшения
состояния внутренней среды человека (пробиотики,
нормофлора для коррекции кишечной микрофлоры человека,
пребиотики (препараты с молочной кислотой), получение
лечебно-профилактических продуктов с использованием
биотехнологий.
РХТУ АЕК

17.

Сельскохозяйственная биотехнология:
- очистка пахотных земель, восстановление плодородия почв
(биоремедиация, биорекультивация),
- использование микроорганизмов для повышения плодородия
почв и борьбы с заболеваниями растений, повышения
устойчивости их к стрессам (биопрепараты для сельского
хозяйства: биоудобрения, биологические средства защиты
растений, биорегуляторы),
- кормовые добавки, БОО (белок одноклеточных организмов) из
различных органических отходов,
- вопросы использования генетически-модифицированных
культур, трансгенных растений, биологических средств защиты
растений.
РХТУ АЕК

18.

Промышленная биотехнология:
- культивирование микроорганизмов в открытых экосистемах:
вопросы автоселекции в промышленных аппаратах, при
непрерывном культивировании, инфицирования чистых
культур и взаимодействия с посторонней микрофлорой,
- получение специализированных биопрепаратов (для
биоремедиации, биоудобрений, биопестицидов и др.),
- биоконверсия возобновляемого сырья, биотопливо,
«зеленая» химия,
- биодеградируемые пластики,
- переработка отходов биотехнологических производств,
отходов других производств,
- очистка промышленных сточных вод, газо-воздушных
выбросов.
РХТУ АЕК

19.

Биогеотехнология:
- биогеохимические закономерности трансформации
различных веществ, природные круговороты веществ,
миграция и трансформация химических элементов; роль
микроорганизмов в этих процессах,
- повышение отдачи нефтяных пластов, удаление метана
из шахт, обессеривание угля,
- биоизвлечение и биовыщелачивание металлов,
биосорбция металлов,
- очистка природных сред от радионуклидов и тяжелых
металлов.
РХТУ АЕК

20.

Пищевая биотехнология:
- загрязнение окружающей среды и качество пищевых
продуктов, токсикологические исследования на
загрязненность продуктов,
- закономерности культивирования микроорганизмов при
получении различных продуктов пищевого назначения,
- хранение продуктов.
Биокатализ:
Биоиндикация и биомониторинг, биотест-системы;
использование ферментов и других биокаталитических
систем (рибозимов, каталитических антител) для решения
задач охраны окружающей среды.
РХТУ АЕК