Промышленные и бытовые отходы → ВведениеПромышленные и бытовые отходы → ВведениеПромышленные и бытовые отходы → ВведениеМикроорганизмы населяют и преобразовывают самые неожиданные сферы, с которыми соприкасаются. В литосфере и океане, рудных и нефтяных месторождениях, озерах и вулканах, воздухе и живых организмах — везде обнаруживаются присутствие и преобразовательная деятельность мельчайших существ, невидимых простым глазом. Масштабы этой деятельности настолько грандиозны и многообразны, что человек ищет возможности и пути рационального использования ее в своей хозяйственной деятельности.
Довольно долго человек пребывал в неведении относительно роли, которую играют микробы в его жизни. Лишь 10% органического вещества земного шара располагается на суше, а 90% — в гидросфере планеты (в 1 км3 воды биомасса микробного населения морей и океанов составляет 500 т). Широкое распространение, быстрое размножение, интенсивный обмен веществ, обусловливающий разложение огромной массы органических материалов, характеризуют важность роли микробов в природе и в жизни человека. Например, значение микробов в природе столь велико, что жизнь на земле без их участия была бы невозможна. Микроорганизмы являются важнейшим, ничем не заменимым звеном в круговороте углерода и азота в природе.
Углекислый газ атмосферы, аммонийные и азотнокислые соли почвы пополняются главным образом благодаря гигантской работе микроорганизмов, разлагающих белковые вещества (включая клетчатку и пектиновые вещества) до СО2, воды и некоторых других простейших неорганических веществ. Аммиак почвенными бактериями окисляется до азотной кислоты или химическим путем превращается в аммонийные соли.
Таким образом, микроорганизмы очищают земную поверхность от многочисленных растительных остатков, трупов животных и одновременно обеспечивают растения необходимыми им питательными веществами. Растения синтезируют из СО2, воды, азотнокислых или аммонийных солей сложные органические вещества (белки, углеводы, жиры), которые служат пищей для животных и человека. Биомасса живых микроорганизмов намного превышает биомассу всех сельскохозяйственных культур и животных, вместе взятых. Дрожжи, бактерии, водоросли — это неиссякаемый источник белка для живых организмов, в том числе и человека.
В организме взрослого человека нормальная бактерийная биомасса составляет 5—8 кг. Умение управлять жизнедеятельностью микроорганизмов, сохранять плоды многомиллиардной армии микроскопических тружеников позволяет без дополнительных затрат поддерживать жизнеспособность многих экологических систем. В условиях все возрастающего экологического неблагополучия, широкого воздействия химических, физических и биологических факторов в организме человека наблюдаются существенные микроэкологические нарушения, имеющие серьезные последствия как для отдельных индивидуумов, так и для общества в целом. Иными словами, неблагоприятные условия и состояние окружающей среды оказывают губительное воздействие на нормальную микрофлору, т.е. на дружественных микробов, защищающих от патогенных (болезнетворных) бактерий.
Любой дисбаланс нормальной микрофлоры делает организм человека беззащитным от проникновения извне нежелательных микробов. В современном мире существенно изменились условия обитания человека: загрязнены биосфера, вода, почва и продукты питания. Это увеличивает риск для здоровья людей, влияет на биологические и социальные процессы в обществе.
Например, большинство бактерий в сточной воде адсорбируются на поверхности или внутри суспензий, богатых органическими веществами. Здесь имеются условия, достаточные для выживания микроорганизмов.
Многочисленными исследованиями доказано, что доминирующими типами микроорганизмов, выделенных из бытовых сточных вод, являются бактерии группы кишечной палочки, сальмонеллы, стафилококки, стрептококки, энтерококки, клостридии, энтеровирусы. Из колиформных бактерий от 1/2 до 1/20 их числа составляют энтерококки, находящиеся в фекалиях человека. Большинство энтеробактерий, выделенных из сточных вод, образуют водород, который является основным предшественником метана.
В сточных водах обнаружено 664 штамма микроорганизмов рода Yersinia, количество которых достигает 900 КОЕ/мл. В 85% проб сточной воды обнаруживаются сальмонеллы. Их количество может достигать 2400 м.т. в 100 мл сточной воды. В необработанной сточной воде сальмонеллы находятся в виде скоплений и хорошо адаптируются к условиям окружающей среды. В процессе дезинфекции эти скопления разрушаются, но сальмонеллы часто выживают и обнаруживаются в необработанной сточной воде. В анаэробном иле сточных вод сальмонеллы могут выживать в течение 2—3 недель.
Помимо возбудителей бактериальных кишечных инфекций и энтеровирусов, в сточных водах можно обнаружить до нескольких сотен в 1 л жизнеспособных яиц гельминтов, а также мицелий и споры различных грибов.
Бытовая сточная вода является благоприятной средой для сохранения и размножения микроорганизмов. Оптимальная температура для их развития колеблется в пределах от 25 до 37°С, а рН — от 6,0 до 8,0. Стимулирующее действие на микроорганизмы оказывают поверхностно-активные вещества, находящиеся в сточной воде.
Благодаря жизнедеятельности микроорганизмов происходит разрушение органических загрязнений сточной воды до более простых компонентов. Этот процесс протекает как в аэробных (в присутствии кислорода), так и в анаэробных (в отсутствие, кислорода) условиях. В аэробных условиях наблюдается гидролиз белковых органических соединений с образованием углекислого аммония. В дальнейшем азот аммиачных солей окисляется до азотисто- и азотнокислых солей (нитратов).
Одновременно с окислительными в сточной воде протекают и восстановительные процессы денитрификации, во время которых микробы потребляют кислород образовавшихся азотных соединений.
Однако таким образом гидролизуется лишь до 25% органических веществ сточной воды. Основная масса органических веществ выпадает в виде осадка, слеживается и процессы их разложения идут уже в анаэробных условиях. Микробиологические процессы анаэробного разложения твердой фазы весьма сложны. Органические вещества, содержащие углерод, разлагаются с образованием жирных кислот, метана, углекислоты, водорода, спиртов, окиси углерода и воды. Серосодержащие вещества разлагаются с образованием сероводорода.
Таким образом, в процессе биологической очистки сточных вод в атмосферу выделяется большое количество газов, которые неблагоприятно воздействуют на здоровье и работоспособность людей, находящихся в условиях замкнутого пространства. Более того, количество микроорганизмов в сточной воде при этом не уменьшается, а даже увеличивается.
В связи с этим возникает необходимость обеззараживания сточных вод и консервации их для предупреждения размножения микроорганизмов и стабилизации физико-химических процессов в условиях длительного (не менее 30 сут) хранения.;
При оценке состояния окружающей среды учитывают:
Современная окружающая природная среда, созданная не без участия человека, часто резко отличается от многовековой естественной ОС данного региона. Качество среды до активного вмешательства человека обеспечивалось самой природой путем саморегулирования и самоочищения от загрязнений не техногенного характера. В основе такого процесса самоочищения и саморегулирования лежит принцип безотходности процессов, происходящих в природных циклах, т.е. конечный продукт одного служит сырьем для последующего природного цикла. Например, гниение органических остатков (растений и животных) в почве, минерализация твердых веществ или растворение минералов обеспечивают ее плодородие. В следующем цикле при наличии влаги и определенном газовом содержании атмосферы создаются условия для роста и развития растений, что обеспечивает протекание очередного цикла (питание животных) и т.д. Идет воспроизводство всего живого на земле (от бактерий и грибков до высших форм жизни). В качестве регуляторов уровня воспроизводства выступают климатические и другие условия ОС.
Вмешательство человека в природные циклы приводит к тому, что его же организм не успевает приспособиться к таким быстро происходящим изменениям (новым условиям жизни). Наличие «мягких» связей человека с окружающей средой обеспечивает организму большое количество степеней свободы. Но воздействие вредных и опасных факторов ОС приводит к резкому снижению количества степеней свободы, делает организм не в полной мере адаптируемым, что ведет к развитию его патологии.
В настоящее время все очевиднее становится необходимость разработки экологически безопасных технологий и оборудования для обезвреживания и переработки промышленных отходов, а также технологических линий по их сортировке с целью использования компонентов в качестве вторичного сырья.