ЕКОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ СУЧАСНОЇ БІОТЕХНОЛОГІЇ

О.В. Мосін

Сучасна біотехнологія далеко пішла від тієї науки про живу матерію, яка зародилася в середині минулого століття. Успіхи молекулярної біології, генетики, цитології, а також хімії, біохімії, біофізики, електроніки дозволили отримати нові відомості про процеси життєдіяльності мікроорганіз мов. Швидке зростання чисельності населення нашої планети і збільшення споживання природних ресурсів при постійному зменшенні площ агросфери - головного джерела харчування, корми та сировини для переробної промисловості - вже більше не дозволяють розвивати вітчизняну економіку старими радянськими методами. При цьому суттєва роль у цьому процесі повинна приділятися екології. Але вже сьогодні очевидно, що необхідно збільшувати продуктивність як агросфери, так і техносфери.
І хоча сьогодні ми спостерігаємо невиправдані захоплення в зв'язку з настанням науково-технічної революції і ностальгію по минаючої епохи з її екстенсивними методами виробництва. Безсумнівно те, що науковий прогрес в сукупності з екологічним мисленням є основою розвитку людського суспільства.

ПЕРЕДМОВА

Серед учених немає єдиного точного визначення поняття «біотехнологія». Можна сказати, що біотехнологія вивчає методи отримання корисних для людини речовин і продуктів у керованих умовах, використовуючи мікроорганізми, клітини тварин і рослин або ізольовані з клітин біологічні структури. Біотехнологія дозволила управляти клітинним біосинтезом мікроорганізмів, але біотехнологія - поняття більш широке, ніж мікробний синтез, оскільки використовуються не тільки мікроорганізми, а й культури рослинних і тваринних тканин, протопласти, клітинні ферменти і будь-які біологічні системи, здатні до біосинтезу або біоконверсії.
У біотехнології широко використовуються генетична та клітинна інженерія, культивування тканин багатоклітинних організмів, імунокорекція, маніпуляція зі статевими клітинами та ін Тісно пов'язана з біотехнологією біоінженерія. Її завдання - створення біореакторів, аеруючими пристроїв, обладнання для стерилізації живильних середовищ і повітря, розробка контрольної та вимірювальної апаратури, а також масштабування та моделювання біотехнологічних процесів. Біотехнологія також пов'язана з такими науками, як фізіологія мікроорганізмів, рослин і тварин, цитологія, біохімія, генетика, біофізика, молекулярна біологія.
Сьогодні численні біотехнологічні процеси широко використовуються у вітчизняній харчової промисловості. З їх допомогою вдається збільшити продуктивність сільського господарства. З розвитком біотехнології піднялася на новий рівень фармацевтична промисловість, зростає роль біотехнології в захисті навколишнього середовища. Біотехнологія вторгається в металургію і гірничодобувну промисловість, видобуток нафти, розвивається нова галузь - Биогеотехнология.
Сама біотехнологія виникла в процесі розвитку технічної мікробіології. Люди користувалися одноклітинними мікроорганізмами давно, навіть не підозрюючи про їх існування, хоча таємничі процеси бродіння і незрозуміла ферментативна активність природних субстратів привертали увагу хіміків ще в XVIII столітті.
Наприклад, здатність дріжджів утворювати спирт у сахарсодержащіх розчинах знали шумери і вавілонці за 6 тис. років до н. е.. Єгиптяни почали застосовувати дріжджі для випічки хліба в четвертому тисячолітті до н. е..
Знайомство людей з мікросвітом, а також усвідомлення незамінності мікроорганізмів у саморегулюючих механізмах біосфери стали можливі завдяки відкриттям Л. Пастера. У процесі вивчення мікроорганізмів змінилися наші уявлення про сутність живих організмів, про виникнення і еволюції життя на Землі, про кругообіг речовин у біосфері і про причини виникнення інфекційних захворювань. Після відкриттів Л. Пастера пішли нові видатні відкриття, на основі яких мікроорганізми стали свідомо застосовувати для виробництва ряду важливих продуктів. Були створені методи профілактики і лікування живих організмів.
На Третьому з'їзді Європейської асоціації біотехнологів (Мюнхен, 1984 р.) голландський вчений Є. Хаувінк розділив історію біотехнології на п'ять періодів, або ер.
Допастеровская ера                 Використання спиртового і молочнокислого блукаю-
(До 1865 р.) ня при отриманні пива, вина, хлібопекарських і пів-
дріжджів, сиру. Отримання ферментованих продуктів та оцту
Послепастеровская ера           Виробництво етанолу, бутанолу, ацетону, гліцерил-
(1866-1940 рр.). Ла, органічних кислот і вакцин. Аеробна очищення
каналізаційних вод. Виробництво кормових дріжджів з вуглеводів
Ера антибіотиків Виробництво пеніциліну та інших антибіотиків
{1941 - 1960 рр..) Шляхом глибинної ферментації. Культивування рас-
рослинного клітин та отримання вірусних вакцин. Мікробіологічна трансформація стероїдів
Ера керованого Біосіни - Виробництво амінокислот за допомогою мікробних
теза (1961 - 1975 рр..) мутантів. Отримання чистих ферментів. Промисло-
ленне використання іммобілізованих ферментів і клітин. Анаеробна очищення каналізаційних вод та отримання біогазу. Виробництво бактеріальних полісахаридів
Ера нової біотехнології Використання генної та клітинної інженерії в це-
(Після 1975 р.) лях отримання агентів біосинтезу. Отримання гинув-
рідов, моноклональних антитіл, гібридів з протопластів та меристемних культур. Трансплантація ембріонів
У XX столітті вченим вдалося розшифрувати багато таємниць природи, встановити біохімічну та фізико-хімічну сутність життєвих процесів. Освоєння нових біологічних методів визначає розвиток інших наук. У біотехнології поряд з мікробіологами, біохіміками працюють вірусологи, генетики, цитологи, біофізики, електронщики, автоматники, кібернетики.
Нова біотехнологія почалася після відкриття Дж. Уотсоном і Ф. Криком будови генетичного матеріалу - ДНК-Головним об'єктом досліджень досі залишається жива клітина, але центральне місце в біотехнологічних експериментах займають, мабуть, маніпуляції з ДНК. Користуючись методами генетичної інженерії, створюють штучні, заздалегідь запрограмовані генетичні структури у вигляді рекомбінантних молекул ДНК, здійснюють трансплантацію генів між різними видами мікробних клітин, а також між клітинами одноклітинних і багатоклітинних організмів. Пильна увага сучасних дослідників привертають біологічні мембрани. Створена теорія хемоосмотіческой циркуляції протонів в біологічних мембранах.
Вельми різноманітні біотехнологічні маніпуляції з клітинними структурами і протопластами. Наприклад, в результаті штучного злиття лімфоцитів і меланомних клітин (різновид пухлини) отримані гібридоми, які синтезують моноклональні антитіла, що мають важливе значення в імунологічних реакціях. Вчення про моноклональних антитіл - важливий розділ сучасної біотехнології.
У 1972 р. Дж. Едельманом, Р. Портером встановлено хімічний склад антитіл - важливого чинника імунологічної системи людини і тварин. У 1975 р. шляхом гібридизації соматичних клітин отримані гібридоми, секретирующие моноклональні антитіла.
До числа останніх досягнень біотехнології можна віднести розроблені А. С. Спіріним основи безклітинного синтезу білка в протоці, створення нових генно-інженерних сортів рослин і тварин, клонування тварин.
Подальший прогрес людства пов'язують з широким застосуванням у всіх сферах життя біотехнології. У промислово розвинених країнах обсяг випуску хімічних речовин, отриманий мікробним синтезом, становить 8-10% всієї хімічної продукції.
Продукти біотехнологічної промисловості можна умовно розділити на великотоннажні (етанол, дріжджі, органічні кислоти, фруктозного сиропи) і медикаменти, амінокислоти, гормони та інші продукти тонкого мікробного синтезу.
Біотехнологічні методи широко застосовують у медицині і сільському господарстві. Вже зараз у виробничих умовах вирощують клітинну масу женьшеню, біотехнологічні методи застосовують при створенні нових сортів культурних і декоративних рослин, при оздоровленні картоплі та інших рослин.
Генетичні маніпуляції, які проводять в даний час з статевими клітинами і ембріонами тварин, дозволяють прискорити розмноження високопродуктивних тварин для їх подальшого клонування.
СВІТОВА ЕКОЛОГІЧНА СИТУАЦІЯ І РОЛЬ БІОТЕХНОЛОГІЇ У ЇЇ ПОЛІПШЕННЯ.
Інтенсифікація сільського господарства, технічний прогрес у промисловості, на транспорті призвели до утворення диспропорцій у навколишньому середовищі, до деформації сталих рівноваг екосистем, до погіршення екологічної ситуації у всіх сферах діяльності людини. Промислові підприємства забруднюють атмосферу газоподібними і твердими викидами, водойми - стоками, які містять велику кількість шкідливих, а іноді і сильно отруйних речовин, від яких страждають фауна і флора. Ці речовини через рослини і тварин надходять у їжу людини. Хімізація сільськогосподарського виробництва також призводить до забруднення грунту, водойм, повітря, харчових продуктів. У деяких регіонах і містах планети створилася напружена екологічна ситуація.
Друга половина минулого століття характеризувалася бурхливим розвитком техніки, індустріалізацією народного господарства, інтенсифікацією виробництва харчових продуктів для забезпечення харчуванням безперервно збільшується населення планети. У 2000 році населення земної кулі становило 7 млрд проти 5 млрд в 1986 р. Відзначається тенденція до зростання міського населення. Така демографічна ситуація негативно впливає на екологію.
Зростання населення Землі вимагає збільшення ресурсів продовольства. У період так званої «зеленої революції» (1956 - 1970 рр..) У світі було досягнуто середньорічне збільшення продуктів харчування на 2,2% у результаті селекції високоврожайних сортів сільськогосподарських рослин, широкого застосування мінеральних добрив, гербіцидів, пестицидів, іригації земель, механізації.
Прагнення збільшити ресурси харчування призводить до швидкого погіршення екологічної ситуації в сфері сільськогосподарського виробництва. Відбуваються виснаження грунту (зменшення гумусу), її ущільнення і засмічення мінеральними речовинами, отрутохімікатами, забруднення водойм, продуктів харчування. У результаті недоліку в грунті органічних добрив останнім часом спостерігалося істотне зниження гумусу.
Втрати гумусу в процесах мінералізації при культивуванні різних культур наведені нижче.

Овочеві культури і картопля
Зернові
Трави
однорічні
багаторічні

Втрати гумусу, кг / га на рік
1300-1800 700-900
500-700 700-900

Деякі фермерські господарства, здавна широко застосовують в якості органічного добрива гній. У середньому 1 т гною дає 40-50 кг гумусу. Щорічно на 1 га землі вносять 10-20 т гною, що дозволяє відновити запаси гумусу.
Необхідно відзначити, що на тлі нестачі гумусу в грунтах знижується ефективність застосування мінеральних добрив. У 1948 р. в Чехословаччині 1 кг мінеральних добрив забезпечував отримання 100 кг пшениці або 162 кг зерна кукурудзи. Двадцять років по тому (1968 р.) та ж кількість мінеральних добрив дали лише 26 кг пшениці або 34 кг кукурудзи (Мальок, 1978).
Ефективність використання 1 т гною видно з наведених нижче даних.

Пшениця озима
яра Жито
Багаторічні трави для сіна Зелена маса для силосування
Цукрові буряки
Картопля

Надбавка врожаю, кг
27
17
24
36 153 182 101

Виробництво мінеральних добрив пов'язано з великим споживанням енергії. Зниження ефективності мінеральних добрив спостерігається, зокрема, у західних країнах. Про це свідчать середні дані за 1940 і 1985 рр.. (Табл. 1). У 1940 р. грунту містили достатньо гумусу. Як видно з таблиці, збільшення кількості внесених у грунт мінеральних добрив в 11,5 рази дало зростання врожаю зернових всього на 13,5%. Одночасно застосування мінеральних добрив на фоні низького вмісту в грунті органічних речовин викликає великий винесення мінеральних речовин з водою, що погіршує екологічну ситуацію в регіоні.
Створення великих тваринницьких комплексів також призвело до забруднення атмосфери речовинами з неприємним запахом і патогенними мікроорганізмами, грунту - бур'янами, водойм - патогенними мікроорганізмами і гельмінтами. Останнім часом багато пишеться про забруднення отрутохімікатами грунту, водойм та сільськогосподарської продукції. Російське овочівництво і садівництво мають у цьому сенсі дуже гіркий досвід. Але це стосується не тільки Росії. Розвинені сільськогосподарські країни світу допускають збільшення вмісту нітратів в овочах до 900 мг / кг при нормі 300 мг / кг, а у фруктах, до 1000 мг / кг і вище. Самі по собі нітрати малотоксичні, але в організмі вони перетворюються в нітрити, які можуть брати участь в утворенні отруйних речовин - нітрозамінів. Присутність в середовищі нітритів сильно уповільнює зростання хлібопекарських дріжджів, тому регулярно визначають присутність нітритів. Гірше справа йде з контролем харчових продуктів, зокрема плодів і овочів. Необхідно відзначити, що при великих навантаженнях мінерального азоту в процесах денітрифікації можливе утворення не тільки азоту, але і його оксиду (N ₂ O), який подібно фреону може негативно впливати на озоновий шар, що оточує планету. Таким чином, надмірне використання мінеральних добрив у землеробстві може викликати глобальні негативні наслідки.
Інтенсифікація сільськогосподарського виробництва пов'язана і з ирригацией. До початку XXI століття в світі очікується збільшення витрат води на 200-300%, головним чином для потреб іригації. Це зажадає додаткові джерела прісної води, а також збільшить загрозу забруднення водойм.
Індустріалізація народного господарства пов'язана зі збільшенням споживання енергії, перетворенням сільськогосподарських угідь в дороги, будівельні майданчики, створенням великих заводів, що викидають в атмосферу і водойми шкідливі речовини. Тривогу викликає також посилення вирубки лісу. Зменшення лісових масивів негативно впливає на водний режим, призводить до зміни ландшафту, знищення багатьох видів фауни і флори, особливо в субтропічних зонах, погіршує газообмін в атмосфері і очищення повітря. Забруднення атмосфери діоксидом сірки призводить до «кислотних дощів», атомна енергія небезпечна радіоактивним зараженням середовища у разі аварій. Будівництво гідроелектростанцій пов'язано із затопленням сільськогосподарських угідь, зменшенням рибних ресурсів, погіршенням самоочищення води і рядом інших наслідків.
Російським вченим добре відомо, що найбільші річки Волга, Дніпро, Об, Іртиш та озера Байкал, Севан, Ладозьке та інші страждають від скидання стічних вод промислових підприємств та агропромислового комплексу.
Серйозна екологічна ситуація складається і на біохімічних заводах, що виробляють кормові дріжджі на основі парафінів нафти. Здоров'ю людини загрожують не тільки стоки, але і атмосферне повітря, в якому збільшено вміст дріжджів з роду Candida. Дейтельності таких заводів зараз в основному, припинена.
У великих містах велику екологічну проблему представляють тверді і рідкі відходи. Щодня кожен міський житель в середньому викидає 2-3 кг різних відходів, половина яких - папір та пакувальні матеріали. Тільки в Москві на звалище щорічно вивозять 8-10 млн т відходів, у тому числі 5 млн т комунальних. Для розміщення цієї маси відходів у Підмосков'ї є сотні звалищ; їх площа щорічно збільшується на 40 га, тому що навколо звалища створюють санітарну зону шириною 500 м. Загальна площа, зайнята звалищами, в Підмосков'ї щорічно збільшується на 1000 га. На вулицях Нью-Йорка щороку збирають 8 млн т відходів, Токіо - 4,5 млн т, Лондона - 3 млн т. У багатьох приморських містах комунальні відходи завантажують у контейнери і скидають у море.
Велику небезпеку, ніж тверді відходи, для екології представляють рідкі стоки. Якщо на початку століття кожен городянин для індивідуальних потреб споживав на добу 15-20 л води, то сьогодні в індустріально розвинених країнах ця цифра зросла до 350-400 л. Якщо врахувати ще індустріальний витрата води, то на одну людину добовий витрата води складає близько 4 м ^3. У ФРН щорічно витрачають близько 30 км ³ води, з них 7 км ³ - для індивідуальних потреб і 24 км ³ - для промисловості. Всього ж населення планети щорічно витрачає близько 6000 км ³ води. Ця вода у вигляді стоків надійде назад в біосферу. Підраховано, що за останні 100 років промисловість викинула в навколишнє середовище більше 1,5 млн т арсену, 1,0 млн т нікелю, 900 тис. т кобальту, 600 тис. т цинку, 125 тис. т ртуті і мільйони тонн інших речовин.

Останнім часом у зв'язку з хімізацією сільського господарства у водойми та річки потрапляють у великих кількостях пестициди, гербіциди, дефоліанти, антибіотики, дезінфікуючі засоби, азотисті і фосфорні сполуки. Домогосподарки та підприємства після миття, прання та хімічної обробки одягу зі стоками скидають багато поверхнево-активних речовин. Енергетика і транспорт забруднюють середовище нафтопродуктами. Все це самим серйозним чином загрожує людині.
Екологічну ситуацію, що склалася в світі, можна характеризувати так.

Наслідки

Сільське господарство Ерозія грунту, її ущільнення, засмічення хімікату-
ми, бур'янами, зменшення гумусу
Водойми Засмічення хімікатами, зменшення рибних запасів,
зміна водної фауни і флори
Біосфера Зникнення до 2000 р. 15-20% видів тварин і
                                                    рослин головним чином у результаті вирубки
                                                  тропічних лісів і попадання хімікатів у водойми
Людина Хвороби, генетичні зрушення, труднощі у господарській  
діяльності           
Атмосфера, клімат Засмічення атмосфери газами, SO _2, NaO, CO _2, CO;
запилення; кислотні дощі (рН 4,5-5,7); руйнування шару озону від дії фреону, N ₂ O, підвищена шенная радіація УФ-променів
Підсумовуючи сказане і інші негативні наслідки антропогенної дії людини, екологи обгрунтовано попереджають громадськість і уряду про необхідність прийняття невідкладних заходів по захисту навколишнього середовища.
Характеристика стоків переробної промисловості
Склад промислових стічних вод сильно розрізняється і залежить від характеру виробництва (табл. 2-4).
Наприклад, при первинній обробці на молочних заводах з 1 т молока утворюється близько 40 кг стоків. Вміст сухої речовини в цих стоках зазвичай не перевищує 1%, рН 4,8-6,8, ГПК 1240-7800 мг / л. При подальшій переробці молока з 1 кг молока утворюється від 0,1 до 6 кг стічних вод в залежності від виду одержуваного продукту. Як видно з табл. 2, ступінь забруднення стоків при виробництві одного і того ж продукту сильно варіює, що свідчить про нестандартність технологічного процесу.
На м'ясокомбінатах утворюються стоки, сильно забруднені кров'ю, жиром, екскрементами, частками м'яса, вовною, різними солями. При отриманні 1 т м'яса утворюється близько 30 кг крові, яку необхідно максимально використовувати, тому що кров має ГПК понад 200000 мг / л. При вологій гарячої обробки м'яса утворюється стічна рідина з ВПК близько 30 000 мг / л.
Таблиця .2. Стічні води, що утворюються при виробництві молочної продукції

Продукт	Кількість стоків, кг / кг	ВПК, мг / л
Молоко згущене сухе Морозиво Сир Масло	0,1-5,4 1,0-3,3 1 ,5-5, 9 0,8-5,6 1,6-5,7 0,8	200-7800 200-13000 20-4600 1900 -20400 1000-3500 850

Таблиця 3. Характеристика стоків м'ясокомбінатів

Показник	Бійня великої рогатої худоби	Виробництво яловичини	Переробка птиці
Споживання води на 1 т готово-	3-27	10-16	15-100
го продукту, м 3 / т
ВПК, мг / л	200-6000	200-1200	100-2400
Зміст, мг / л
нерозчинних СВ	750-5000	100-1500	75-1500
жирів	800-2200	10-550	100-400
загального азоту	30-300	До 10	50-100

Таблиця 4. Характеристика стоків рибних заводів (Loehr, 1984)

Процес

ВПК, мг / л

Зміст СВ, мг / л

Маса СВ в 1 т риби, кг

Обробка риби
волога
суха
Приготування лососини Обробка крабів Приготування оселедця Приготування рибних маринадів Виробництво рибного борошна

600-1200
100-1100
173-3900
320-1000
3200-5800
6900-14000
46 000-490 000

150-960
30-230
88-7400
135-660
1150-5300
1500-4600
7600-21 500

1
19
21 85

З таблиці. 3 видно, що показники стоків м'ясокомбінатів сильно варіюють. При переробці на м'ясо птиці до 30% початкової маси переходить у відходи. Сухі відходи - пір'я - утилізують, в тому числі їх використовують для одержання кормових добавок.
Стічні води на підприємствах, які переробляють рибу, сильно розрізняються за вмістом сухої речовини і ВПК. У середньому при переробці 1 т риби витрачається близько 5 т води, а ВПК стоків становить зазвичай від 10 ³ до 10 ⁴ мг / л. Однак при виробництві рибного борошна ВПК стоків досягає 300000 мг / л.
Перш ніж піддати стоки після обробки риби біологічному очищенню, необхідно знайти максимальні можливості отримання з них корисних продуктів.
Сильно забрудненими є також стоки крохмалепатокових, цукрових заводів і бродильних виробництв. Ці стоки піддають, як правило, біотехнологічної обробці з метою знешкодження.
Зовсім інша ситуація з відходами сільського і лісового господарства. При виробництві зерна в середньому на 1 т припадає 1 т соломи. Солома використовується як корм, підстилковий матеріал, сировина для компостів, паливо, а також як сировину для одержання паперу, кормових дріжджів тощо Відходи сільського і лісового господарства необхідно розглядати як перспективний відновлювальна сировина для біотехнологічної промисловості.
Роль біотехнології в захисті та оздоровлення
біосфери
Біотехнологія повинна допомогти сільському господарству отримати продукти харчування з мінімальним застосуванням засобів хімізації. На основі генетичної і клітинної інженерії необхідно створити високоврожайні, болезнестойкіе сорти культурних рослин, що дозволить виключити отрутохімікати. Важливе місце тут відводиться клітинної інженерії та меристемних технології. На основі досягнень сучасної генетики та біотехнології представляється можливим змінити споживчі властивості сільськогосподарських продуктів з тим, щоб відпала необхідність застосовувати для корму тварин і птиці різні добавки хімічного чи мікробного синтезу (кормові дріжджі, лізин, вітаміни та ін), виробництво яких пов'язане з певною екологічної небезпекою. Як приклад можна навести створення високолізінового сорти ячменю в Данії (Мунских, 1995). Цей ячмінь містить 6 г / кг лізину (проти 3,8 г / кг у звичайному ячмені).
Слід розширити виробництво бактеріальних добрив (особливо нітрагін), біологічних засобів боротьби з хворобами рослин та їх шкідниками, біологічних консервантів кормів.
Для підвищення родючості грунту необхідно застосовувати органічні добрива, компости та знешкоджені шляхом метанового бродіння рідкі відходи тваринницьких ферм.
Біотехнологія повинна створити раціональні та нешкідливі для людини і середовища процеси конверсії продуктів сільського господарства в більш цінні товарні форми. Те ж стосується хімічної сировини, яке можна перетворювати на біологічно нешкідливі форми.
Біотехнологія покликана зіграти значну роль при створенні безвідходних технологій і, звичайно, при розробці різних схем очищення виробничих стоків і твердих відходів.
Однак не можна забувати, що біотехнологічні виробництва самі по собі можуть бути небезпечними як для обслуговуючого персоналу, так і для споживачів продукції. Таких прикладів можна навести багато.
Досягнення сучасної біології дають нові ефективні засоби індикації біологічного забруднення навколишнього середовища. Необхідно відзначити методи, засновані на використанні моноклінальних антитіл, або імуноферментні, а також електроди з іммобілізованими ферментами. Посередниками для індикації певних сполук у воді або грунті можуть бути різні біологічні об'єкти, які акумулюють ці речовини. Наприклад, в печінці риби накопичуються пестициди, важкі метали, що скидаються у водоймище, де мешкає такий посередник.
Підприємства мікробіологічної промисловості за діючими в Росії правилами повинні забезпечити таку обробку стоків, щоб вони відповідали наступним вимогам.

Зміст, мг / л зважених часток азоту хлоридів, мг / л

До 0,25 2,0
300,0
6

Назвемо основні біотехнологічні методи, які можуть бути застосовані для оздоровлення та захисту навколишнього середовища, у тому числі для забезпечення екологічно чистого виробництва на самих біотехнологічних підприємствах (табл. 5).
Таблиця 5. Біотехнологічні методи захисту навколишнього середовища

Метод

Сфера застосування або субстрат

Суть методу

Створення безвідходних технологічних процесів
Створення препаратів для боротьби із збудниками хвороб людини і тварин
Створення рослин, стійких до хвороб і шкідників
Біологічні методи Сільське і лісове хо-боротьби з хворобами і шкідниками рослин зяйства
Бактеріальні добрива та стимулятори росту рослин
Створення культурних рослин, здатних фіксувати атмосферний азот без участі мікроорганізмів

Отримання з відходів корисних продуктів або знешкодження їх
Засоби для діагностики, імуностимулятори, вакцини, антибіотики і ін
Отримання методами генетичної і клітинної інженерії культурних рослин, при обробітку яких відпадає необхідність використання отрутохімікатів як засобів боротьби проти шкідників і хвороб Спеціальні мікробіологічні або інші біологічні препарати селективно знищують шкідливих комах, гризунів або збудників хвороб Посилення біологічної фіксації атмосферного азоту, мобілізації фосфору; прискорення росту органів рослин; зниження потреби в мінеральних добривах
Перенесення методами генетичної інженерії в геном рослин генів від мікроорганізмів, що визначають фіксацію

У аеротенках спонтанна мікрофлора в присутності кисню утилізує органічні речовини стоків і накопичується біомаса - активний мул. Зміст СВ знижується на 50% У метантенках анаеробна мікрофлора утилізує органічні речовини, у тому числі активного мулу, отриманого після аеробної обробки з утворенням біогазу (95% від переробленої органічної речовини)
Спеціально адаптовані культури мікроорганізмів зазвичай в іммобілізованим вигляді утилізують визначені шкідливі речовини (фенол, кислоти та ін) При аерації твердих відходів прискорено відбувається мікробна деструкція частини компонентів субстрату з утворенням компосту промиванням грунту та мікробіологічної обробкою промивних вод досягається утилізація шкідливих сполук, які накопичуються в грунті при хімізації сільськогосподарського виробництва
У спеціальних біофільтрах мікроорганізми селективно сорбують із стічних вод певні метали, в тому числі радіоактивні За допомогою моноклональ-них антитіл або іммунофер-цементних аналізу визначають присутність вірусів і бактерій. За допомогою ферментів контролюють присутність в середовищі певних речовин
Екологічна біотехнологія бурхливо розвивається, з'являються
системи для утилізації органічних і неорганічних речовин, що забруднюють середовище і потрапляють в неї з рідкими і газовими
викидами. В аеробних і анаеробних умовах звичайно за допомогою іммобілізованих культур мікроорганізмів у рідких стоках руйнують велику кількість органічних сполук. Прикладом може бути окислення сульфідів до сульфатів у рідких стоках аутотрофнимі бактеріями Thiobacillus denitrificans, іммобілізованими в гелі альгінату. Процес відбувається в анаеробному біофільтрі. У гель включають також СаСОе для підтримки буферності та іони Са ^{2 +} в якості структурують чинника у гранулах альгінату. Така система забезпечує утилізацію сульфідів з розчину протягом 12 діб при їх концентрації 26 проміле (К. L. Sublette, 1988).
Вченими-біотехнологами розроблена також біотехнологічна система для окислення металів у грязеобразной середовищі з вмістом сухої речовини 10-30%. Так, бактерії роду Leptespirillum окислюють ртуть, срібло, молібден, селен та ін (Є. A. Griffin et. Al., 1989). Досить широко практикують денітрифікацію стоків, біологічну утилізацію фосфору і видалення зі стоків вуглеводнів нафти.
Біологічної очистки стоків
Відомо, що в природних умовах в водоймах і в грунті відбувається біологічне самоочищення. Але як тільки концентрація шкідливих речовин перевищує критичну, розвиток живих організмів, а також процес біологічного самоочищення порушується. Під впливом чужорідних шкідливих речовин порушується встановлену рівновагу, виникають небажані зміни, що негативно впливають на здоров'я людини і його господарську діяльність.
До речовин, які забруднюють водойми і грунт відносять:
1) різні отрути і шкідливі речовини - солі важких ме них металів, миш'як, ціаніди, феноли, анілін, пестициди та ін, ін гібірующіе активність ферментних систем, що зв'язують кисень або порушують життєві процеси;
2) кислоти і луги, що змінюють реакцію середовища в природ них водоймах і призводять до порушення рівноваги в живих
системах;
3) поверхнево-активні речовини, які останнім часом з розвитком хімічної промисловості все частіше потрапляють у природні водойми, утворюючи шар піни на поверхні.
Ці речовини дуже небезпечні, тому що часто недоступні дії мікроорганізмів і не руйнуються;
4) розчинні органічні речовини, що містять вуглець
і азот, нафтопродукти, вуглеводи і т. д.
Дана група речовин використовується мікроорганізмами як субстрату і сприяє їх надмірному розмноженню у водоймах. У свою чергу, це призводить до збільшення витрати розчиненого у воді кисню та розвитку анаеробної, гнильної мікрофлори, що викликає вимирання інших форм життя. У таких умовах можуть розвиватися мікроорганізми, небезпечні для здоров'я людини, наприклад сульфатвідновлювальних бактерій, в результаті дії яких з'являється неприємний запах сірководню і т.д.;
5) нерозчинні органічні сполуки - крохмаль, целюлоза, лігнін, інші високомолекулярні речовини, які у вигляді плаваючих частинок надходять у водойми і викликають наслідки, схожі з дією речовин попередньої групи;
6) радіоактивні та інші шкідливі забруднювачі.


Водойми та грунт є біологічні системи,
здатні утилізувати відходи. У грунт крім відходів сільського господарства (гній, солома тощо) потрапляють комунальні і промислові відходи. Як відомо, гній, компости та солома є добривами для полів. Однак необхідно знати граничні кількості внесення добрив. Навколо великих тваринницьких комплексів потрібні великі земельні площі, щоб без шкоди для грунту утилізувати утворюється гній. Рідкий свинячий гній перед вивезенням на полі необхідно витримати 6-8 міс., Щоб інактивувати патогенну мікрофлору. При використанні відходів тваринницьких ферм для удобрення полів, один з критеріїв - вміст азоту, максимально допустима доза якого складає 300 кг / га. Практика показує, що кількість рідких відходів свиноферм, що вносяться методом зрошення за 1 рік на площу 1 га, не повинен перевищувати 250 м ^3. Але на великих тваринницьких комплексах щодоби утворюються сотні тонн рідких відходів, а отже, під них потрібно сотні гектарів земель. На полях можна утилізувати також відходи харчової промисловості, мул очисних споруд. Допустима кількість відходів залежить від властивостей грунту, хімічного і біологічного складу відходів.

У більшості випадків відходи перед внесенням у грунт попередньо обробляють аеробної або анаеробної ферментації, витримки, зневоднення та ін При виборі способу утилізації відходів на полях або при внесенні насамперед потрібно враховувати небезпеку зараження рослинної маси, тварин і людини шкідливими хімічними речовинами або хвороботворними мікроорганізмами. У грунті відбуваються фізичні, хімічні та біологічні зміни відходів, деякі компоненти трансформуються, інші мобілізують. Важливо зазначити, що грунт добре затримує фосфорні сполуки, які можуть використовувати рослини. У середньому на 1 га землі за рік можна повернути у вигляді рослинної маси 20-60 кг фосфору. Здатність сорбувати фосфор залежить від вмісту в грунті гумусу, алюмінію, заліза, кальцію і від рН. Утилізація азоту залежить від споживання його рослинами, інтенсивності денітрифікації та ступеня переходу азоту в аміак, а також від кількості відходів на одиницю площі землі.
Швидкість руйнування органічних компонентів у грунті різна, тому у деяких речовин період напіврозпаду триває місяцями, а в деяких тривалість напіврозпаду вимірюється годинами і хвилинами. Швидкість руйнування залежить від властивостей грунту, температури, вологості, рН та інших факторів. Так, органічні речовини в грунті трансформуються мікроорганізмами та іншими біологічними об'єктами, а неорганічні зазвичай абсорбуються частками грунту або осідають, але не руйнуються. Особливу небезпеку становлять важкі метали, тому їх кількість у грунті строго лімітується. За даними Р. Ц. лоєри (RCLoehr, 1984) в грунт можна внести (в кг / га): цинк не більше 1000, мідь і нікель не більше 500, а кадмій не більше 20. Вносити метали можна в грунти з високою катіонообмінної здатністю; в грунти з низькою катіонообмінної здатністю допустимі кількості цинку, міді, нікелю та кадмію відповідно 250, 125, 125 і 5 кг / га.
На закінчення можна сказати, що використовувати грунт для утилізації відходів можна і необхідно, але це треба робити при постійному суворому контролі за процесами засвоєння всіх компонентів.

Вибір обладнання та методу очищення стічних вод залежить від характеру самого забруднення. Тверді плаваючі предмети відокремлюють на ситах, жири і масла - фільтрацією через спеціальні фільтри. Осадження можна здійснювати в ямах з дошками, розташованими у верхньому шарі води, перпендикулярно до напрямку потоку води. Дошки повинні знаходитися над рівнем води. У таких ямах на дно осідають важкі тверді предмети. Щоб їх осідання було повним, розміри ями повинні бути підібрані відповідно до розмірів загрожених частинок і швидкістю потоку води. Для забезпечення періодичного видалення осаду необхідно влаштовувати резервні ями.
При рециркуляції води або для тимчасового уповільнення біологічних процесів стічні води іноді обробляють хлором або хлорним вапном. Хімічне очищення стічних вод здійснюється шляхом регулювання рН та осадження колоїдних речовин електролітами {найчастіше солями заліза або алюмінію), полікатіонітамі, флокулянтами. Ці методи звичайно комбінують з біологічними методами очищення: обробкою води в аеробних умовах активним мулом або анаеробної ферментацією.
Аеробні системи очищення стоків
У стоках, забруднених органічними речовинами, в присутності кисню інтенсивно розвивається аеробна мікрофлора. Виникають дуже складні асоціації, які утворюють так званий активний мул, куди входять різні бактерії та найпростіші, які перебувають у складних трофічних взаєминах. При інтенсивній аерації середовища і збалансованих співвідношеннях біогенних елементів основну масу мулу утворюють бактерії. При цьому дуже важливо забезпечити седиментаційні властивості мулу, тобто утворення флокул, які затримувалися б в аеротенку і осідали при виході з нього. Це технологічно полегшує повернення флокул в аеротенк, а також осадження у відстійниках. Флокули мулу мають розміри до 150 мкм і різну форму.
На практиці можна вважати, що із загальної маси утилізованих органічних речовин утворюється 50% мікробної біомаси, тобто половина органічних речовин перегазіруется до СО _2. Щоб перетворити в газоподібні сполуки активний мул, що утворився при аеробної очищення стоків, зазвичай в систему очисних споруд включають стадію анаеробного метанового зброджування. При цьому 95% СВ мулу перетворюється на біогаз.
Щоб забезпечити в аеротенках інтенсивне утворення мулу та утилізацію органічних речовин стоків, важливо правильно визначити швидкість споживання кисню, що прямо пов'язано зі швидкістю утилізації органічних речовин (u, _s) і швидкістю накопичення активного мулу (ц _т) відповідно до рівнянь:

DS / dt = mX = m / Y _s

де m _s - питома швидкість росту; Y _s - Вихід біомаси з субстрату (економічний коефіцієнт), г / л.
Швидкість массопередачи кисню, як відомо, характеризується рівнянням:
M = K (C ^* - C _l)
де К - об'ємний коефіцієнт массопередачи кисню, З *, З _l - рівноважна і робоча концентрації розчиненого кисню, г / л.
На практиці для очищення стоків використовують різні технічні системи. Якщо стічні води не сильно забруднені, для очищення можна використовувати окислення на крапельних або біологічних фільтрах. При цьому попередньо очищену від механічних домішок і жирів рідина пропускають через щільний шар кам'яної щебінки, коксу або грубозернистого (0,5-5 см) полімерного матеріалу (полістиролу або поліпропілену) товщиною 0,9 - 3 м. Через кілька тижнів поверхню шару покривається слизової плівкою, що складається з мікробної маси. У контакті з повітрям (у разі необхідності використовують примусову циркуляцію повітря) мікроорганізми починають ефективно окисляти органічні речовини стічних вод. БПКз їх дорівнює 500 мг / л. Пропускаючи через біологічні фільтри промислові стічні води зі швидкістю 1000 - 1200 л / м ³ на добу, домагаються зниження БПКб до 10 мг / л. Повітря можна пропускати знизу вгору і навпаки. Подача повітря повинна бути близько 0,6 м ³ / хв на 1 м ² поверхні фільтра.
При роботі з біологічним фільтром треба стежити за складом стічних вод, не допускати перевантаження фільтру і запобігати знищення мікрофлори токсичними сполуками і нерозчинним залишком. У холодну пору року такі системи очищення знижують або зовсім втрачають свою ефективність, тому що неможливо регулювати температуру води.
На сезонних підприємствах, наприклад на цукрових заводах, для аеробного очищення вод використовують біологічні ставки - систему ставків глибиною 0,6-1,2 м. Одночасно вони служать водосховищами. У ставках не можна допускати протікання анаеробних процесів гниття. У теплий сонячний час у ставках можуть розвиватися одноклітинні водорості фотосинтезуючі, дуже сприятливо впливають на очищення води. Після закінчення сезону робіт воду спускають, а мул використовують як добриво.
Способи очищення стічних вод базуються на мікрофлорі, здатної активно переробляти забруднення. Для діяльності мікроорганізмів крім органічних поживних речовин необхідний кисень і в невеликій кількості біогенні речовини у вигляді азот-і фосфоровмісних речовин.

Рис. 2. Схема системи аеробної очистки промислових стоків: / - усреднітель, 2 - відстійник, 3 - аеротенк, 4 - регенератор мулу, 5 - відстійник
мулу, 6 - ущільнювач мулу
Таблиця 6. Системи аеробної очистки стічних вод

Аеротенк

Характеристика і принцип роботи

Схема

Коридорний

Працює за принципом витіснення. Малоінтенсивного; відкриті

Стоки	-= J ^ --------------------------------------- 1
Іл, - Повітря [		^ 4 - t -)-++++ fj)
		.,, ^
		ГС
		[4 +4444444 +])

Системи «Симплекс» Турбінний аератор; відкритий. Массообмен до 2,3 кг O ₂ на 1 кВт-год
Ч
U/4J »

Пневматичний з ке-Інтенсивна аерація
раміческімі повітрі-(потрібно компресор);
розподільниками відкритий

Продовження

Аеротенк

Характеристика і принцип роботи

Схема

Колонна, баштовий Низька турбідізація се-
або ерліфтний ди (потрібно компрес-
сміття); закритий; висота 30-60 м. Малі енерговитрати (близько 0,5 кВт-год на 1 кг СМ
Інжекційні з ре-Інтенсивна аерація циркуляцією мулу і (потрібно компресор); спалюванням органічних речовин

Повітря

Повітря

У біологічних фільтрах бактерії знаходяться в нерухомому стані в слизовій плівці, що покриває грубозернисту поверхню наповнювача. Очищається вода повільно капає зверху, а в щілини між гранулами надходить повітря природним шляхом або примусово (аерація). Потужність біологічних фільтрів залежить від площі поверхні наповнювача.
У біологічних ставках колонії мікроорганізмів вільно переміщаються у воді. Кисень надходить через водну поверхню або від фотосинтезуючих водоростей і природним чином повільно розчиняється у воді. Мікроорганізми вільно переміщаються у воді. Кисень надходить через водну поверхню або від фотосинтезуючих водоростей і природним чином повільно розчиняється у воді. Концентрація мікроорганізмів і одноклітинних рослин повинна бути не занадто висока, інакше на дні ставків з'явиться додатковий шар осаду, анаеробні процеси гниття почнуть переважати над аеробними, і станеться вторинне забруднення води.
Зараз у нас і за кордоном широко поширені інтенсивні методи очищення стічних вод, коли у водний басейн вводять великі кількості повітря і безперервно перемішують воду разом з бактеріальним мулом.
Приклади інтенсивного очищення - система аерованих ставків, в які повітря подають за допомогою спеціальних механічних аераторів, і аеротенки. Останні являють собою залізобетонний або металевий резервуар, в якому безперервно відбувається перемішування стічних вод, мікробного мулу і повітря. Аеротенки працюють в комплекті з відстійниками, де осідає іл, який накопичується у великих кількостях.
На промислових підприємствах, у тому числі що відносяться до мікробіологічної промисловості, до складу очисних споруд зазвичай входять наступні вузли (рис. 2): усреднітель стоків для вирівнювання концентрацій забруднень і стабілізації потоку стічних вод; відстійник для осадження зважених речовин; аеротенк або біофільтр, в якому здійснюється власне біодеградація органічних сполук; регенератор, у якому здійснюється відновлення активності мулу; відстійник активного мулу.
Найбільш великомасштабної галуззю російської біотехнології традиційно є дріжджова промисловість, тому екологічно важливе значення має ефективне очищення стоків дріжджових заводів. У стоках гідролізно-дріжджових заводів підвищена концентрація фурфуролу (до 50 мг / л); у стоках заводів з виробництва БВК з парафінів підвищена концентрація вуглеводнів до 600 мг / л. БПК стоків мікробіологічної промисловості сягає 3000 мг / л, вміст завислих речовин-1000 мг / л; азоту - 250, фосфору (Р ₂ О _5] -50 мг / л.
Швидкість процесу біодеградації органічних речовин в аеротенках залежить від кількості активного мулу в 1 л об'єму (зазвичай від 4 до 10 г / л), а також від масообмінних і гідродинамічних характеристик апаратів. Массообмен в аеротенках залежить від системи аерації, а гідродинаміка - від структури потоків рідини і умов мікросмешіванія в різних зонах аеротенках. Аеротенки, як будь-які хімічні та біотехнологічні реактори, можна умовно розділити на апарати витіснення і повного змішування. До апаратів витіснення відносяться аеротенки коридорного типу. У них відбувається досить глибока деструкція органічних речовин. Процес можна регулювати шляхом подачі субстрату в різні точки апарата. Недолік аеротенків витіснення - чутливість системи до коливань навантаження. Аеротенки повного змішування зазвичай використовують для очищення стоків з ВПК до 3000 мг / л.
Очищення стоків бажано організувати так, щоб їх можна було використовувати на виробництві повторно в якості технічної води. Однак описана схема цього не забезпечує, і потрібно додатково влаштовувати біологічні ставки, населені водоростями і фауною. Дану проблему можна вирішити також шляхом анаеробної детоксикації окремих сполук.
Активний мул після відстійника має вологість 95-99%, тому її зневоднення на полях фільтрації малоефективно. Активний мул перед фільтрацією рекомендується обробити флокулянтами, що дозволяє помітно зменшити обсяг мулу і покращує процес фільтрації. Фінська фірма «Тампелла» рекомендує використовувати спеціальні шнекові преси «Тасстер», які ущільнюють масу мулу до 17-20% СР. Активний мул в натуральному вигляді або після обробки можна використовувати для удобрення лісів, а в обмежених кількостях-для удобрення полів. Однак більш раціонально мул переробляти в біогаз.
У поверхневих аераторах системи Кесснера постачання киснем забезпечується в обмеженому шарі рідини (менше 5 м). При цьому на 1 кВт потужності аерація становить до 1,8 кг 62. Більш ефективні аератори типу «Симплекс» - до 2,3 кг О ₂ на 1 кВт. Швидкість массопередачи кисню в цих системах 2-4 кг / ч.
У Росії до недавнього часу випускалися пневмомеханічний аератори продуктивністю по повітрю 900, 1300 і 1900 м ³ / год (по кисню відповідно 54, 130 і 190 кг / год).
Для очищення міських комунальних стоків у деяких західних країнах успішно застосовують аеротенки з керамічними аераторами. Характеристика системи очищення стоків міста з населенням близько 1 млн осіб і обсягом очищеної рідини 550000 м ³ / доб наведена в табл. 7. Для експлуатації біологічної системи очищення стоків на добу потрібно 72000 кВт-год електроенергії, головним чином для стиснення повітря. Висота стовпа рідини в таких аеротенках відкритого типу близько 4 м.
Більш ефективні аеротенки з великою висотою стовпа рідини: колонні, баштові або шахтні. Висота шахтних аеротенків 50 м і більше; в них є внутрішня система циркуляції субстрату, наприклад, по внутрішніх трубах субстрат падає зверху вниз, а по міжтрубному просторі за допомогою стиснутого повітря - піднімається вгору. Стоки, що мають ВПК 2100 мг / л, очищаються на 85%, при цьому продуктивність становить 25 м ³ / год; концентрація мулу 6,5 г / л; ефективність аерації 3-4 кг О ₂ на 1 кВт.
Таблиця 7. Система аеробної очищення міських стоків

Обладнання	Кількість	Загальний об'єм, м	Примітка
Резервуари для попередньої обробки стоків Аеротенки з керамічної повітророзподільної системою Дображівателі-відстійники	4 27 9	35000 39000 94000	Діаметр 63 м Розміри аеротенках 8Х X 45X4, 3 м; подача повітря 75 000 м 3 / год Діаметр 53 м

Нещодавно російськими та зарубіжними вченими розроблено аеротенк зі щілинними ежекторами з пластмаси, що забезпечують ефективне насичення субстрату киснем. Аеротенк виконаний у вигляді чотирьох паралельно працюють колон заввишки 30 м. У кожній колоні встановлені 72 ежектора. Продуктивність установки 90000 м ³ / доб. При необхідності, якщо відпрацьоване повітря містить шкідливу мікрофлору або речовини, а також має неприємний запах, газове середовище обробляють у печах з інфрачервоним обігрівом.
На практиці при аеробної очищення розбавлених стоків широко застосовують аеробні фільтри, або тріклери. Це вертикальні циліндри, заповнені щебенем, каменем, вугіллям розміром 5-10 см. Висота фільтрів може бути 2-3 м. Зверху на наповнювач зазвичай за допомогою обертового розбризкувача подають очищаються стоки. Рідина стікає і покриває частинки плівкою, в якій потім розвивається аеробна мікрофлора (в основному гетеротрофні бактерії). У присутності кисню відбувається окислення органічних речовин стоків, що стікає рідина надходить в осадительную басейни. Мул не рециркулює. Аеробні фільтри забезпечують продуктивність 1-3 м ³ / (м ^2-добу).
Для очищення розбавлених стоків використовують також обертові біологічні контактори. Ці аеробні очисні пристрої являють собою циліндри, в яких на горизонтальній осі по всій довжині циліндра встановлені диски з пластмаси або шиферу. На 35-45% діаметра диски занурені у рідкий субстрат. При обертанні осі з частотою 2-5 об / хв субстрат прилипає до поверхні диска і у вигляді плівки піднімається в повітряний простір, де збагачується киснем. Мікрофлора переважно фіксується (мобілізують) на поверхні дисків. Обертові контактори успішно застосовують для переробки стоків з ВПК 130-200 мг / л і забезпечують його зниження на 80-85%.

Таким чином, сучасні аеротенки фактично є ферментаторах різної потужності, в яких вирощується активний мул. Як правило, в аеротенках реалізується тільки безперервний процес, частіше за все з рециркуляцією активного мулу.
Аеробну очищення стоків можна інтенсифікувати шляхом створення псевдоожиженного шару з застосуванням в якості
носія мулу інертних частинок, наприклад піску, розміром 0,3 - O, 9 мм. Інший шлях інтенсифікації - підвищення концентрації розчиненого кисню до 12 мг / л шляхом подачі технічного кисню.
Анаеробні системи очищення стоків
Для очищення стічних вод в народному господарстві при утилізації відходів тваринницьких ферм, виробництві кормового вітаміну B ₁₂ і в інших випадках використовують метанове бродіння. Цей процес широко поширений в природі (розкладання органічних речовин в болотах, водоймищах, в грунті, у тварин в рубці і т.д.). Метанове бродіння - строго анаеробний процес, здійснюється, як правило, в особливих апаратах - метантенках.
Біодеградація органічних речовин при метанове бродіння в метантенках протікає в три послідовні фази (табл. 8).
У першій, гідролітичною фазі близько 76% органічних речовин переходить у вищі жирні кислоти, до 20% - в ацетат і 4% - у водень. Першу фазу можна розбити, у свою чергу, на фази гідролізу і ацідогенеза (кислотоутворення). У другій фазі головними є процеси утворення з вищих жирних кислот ацетату (52%) і водню (24%). У третій фазі (бродіння) метаногенних бактерії утворюють з ацетату 72% метану, і СОз - 28% метану. Співвідношення проміжних і кінцевих продуктів в процесі метанового бродіння залежить від складу середовища, умов ферментації і присутньої мікрофлори.
У першій фазі бродіння беруть участь мікроорганізми, що володіють целлюлолитической, протеолітичної, ліполітичною, Сульфат, денітрифікуючі та іншими видами активності. Склад домінуючою мікрофлори даної фази залежить від складу мікрофлори надходить в ме-тантенкі субстрату, а також від хімічної природи деградую-ваних органічних речовин. Кількість аеробних та факультативно анаеробних мікроорганізмів у першій фазі бродіння досягає 10 ⁶ кл / мл, вміст облігатних анаеробів на 2-3 порядки вище. Целлюлозоразрушающіе анаеробні бактерії в метантенках можуть накопичуватися в кількості до 10 ⁶ кл / мл. Серед бактерій, що руйнують гемицеллюлозу, виявлено штами Bacterioides ruminicola, Butyrivibrio fibriosolvens та ін
Протеолітичні бактерії, що використовуються в промисловості відносяться до роду Clostridium (28 штамів з 43 виділених), Peptococcus anaerobis (8 штамів), до пологів Bacterioides і Eubacterium (3 штами), а також до пологів, близьким до Bifidobacterium. Загальна кількість мікроорганізмів, які мають протеолітичної активністю, в метантенках досягає 10 ⁵ кл / мл. Відзначається, що до 50% виділених бактерій, що беруть участь в метанове бродіння, утворюють спори. Вплив мікробіологічного складу надійшов до ме-тантенк субстрату на мікрофлору метанового бродіння добре видно на прикладі анаеробного зброджування стоків свиноферм, в культуральній рідині яких виявлено до 50% ентеробактерій Є. coli і анаеробних стрептококів. У цьому досвіді першими розвивалися бактерії, що володіють амілолітичною активністю, а пізніше - що володіють целлюлолитической і протеолітичної активностями.
Істотна роль у процесах метанового бродіння належить ацетогеннимі і водородпродуцірующім бактеріям. Ці бактерії, наприклад Syntrophobacter wolinii, перетворюють пропіонат в ацетат, СО2, якщо в середовищі одночасно присутні водородпотребляющіе бактерії. Водень утворюється при окисленні NADH ₂ з утворенням NAD. Вміст водню в середовищі залежить не тільки від ацетогенних бактерій, але і від водородпотребляющіх метаногенів. Метаногенних система буде працювати ефективно тоді, коли парціальний тиск водню буде низьким. При цьому умови вуглецеві з'єднання конвертуються в ацетат, СО2 і будуть погано накопичуватися різні жирні кислоти. В умовах завантаження біореактора легкодеградіруемим субстратом концентрація СО2 може збільшуватися і в середовищі будуть накопичуватися пропіонова, масляна і інші органічні кислоти.
У третій фазі - метаногенів - беруть участь метанобразующие бактерії. Ця група анаеробних бактерій належить до найдавнішого царства живих істот - архібактерій. Будова і метаболізм метанобразующих бактерій сильно відрізняються від прокаріотів. Так, у метаногенів маленький геном - біля '/ з геному кишкової палички. Дослідження останніх років показали, що послідовність нуклеотидів в РНК у метаногенів і у звичайних бактерій істотно розрізняються. Енергію для зростання ці бактерії отримують при відновленні найбільш окисленого з'єднання СО ₂ до найбільш відновленого СН _4. Передбачуваний шлях автотрофної асиміляції СО2 у Methanobacterium thermoautotrophicum зображений на рис. 3.
Таблиця 8. Фази метанового бродіння

Групи бактерій, що беруть участь в процесі

Вихідні речовини

Продукти

Біогідроліз полімерів і ацідогенез

Гидролитические ацетогенние

Комплекс оргашче-Вищі жирні кис-
ських речовин лоти

Ацетогенез і дегидрогенизацию Водородпродуцірующіе бактерії Вищі жирні кис-На, СО _2, СН ₃ СООН

Метанобразующие бактерії

Метаногенеза
На, СО _2, СНзСООН

СН _4, СО ₂

Рис. 3.
Передбачувана схема автотрофної асиміляції СО ₂ у бактерій Methanobacterium thermoautotrophicum
Після створення Хангейт Р. Е. в 1985 р. спрощеної техніки культивування метанобразующих бактерій вдалося виділити 30 видів метаногенів, що належать до 14 родів та 6 родин. Деякі представники метанобразующих бактерій наведено в табл. 11.9. За формою клітин метаногени є коками або паличками різних розмірів і рухливості. Деякі представники Methanobacterium і особливо Methanothrix можуть утворювати навіть ниткоподібні клітини. Будова клітинної стінки у метаногенів відрізняється від такої у звичайних бактерій.
Як субстрат багато метаногени споживають форміат, який трансформують в метан:
4HCOOH-CH ₄ +3 CO ₂ +2 H ₂ O

Таблиця 9. Характеристика метанобразующих бактерій

Рід і вид

Характеристика культури

Субстрат

Methanobacterium
formicum
bryantii
thermoautotrophicum Methanobrevibacterium
ruminantium
smithi
orboriphilus Methanococcus
vannielii
voltae
thermoiithotrophicus
mazei
Methanomicrobium mobile
Methanobacterium cariaci marisnigri
Methanospirillum hunga-tei
Methanosarcina barken
Methanolhrix soehngenii
Methanothermus fervidus

Палички від довгих до ниткоподібної; в клітинній стінці міститься псевдомуреін
Грудки, короткі палички; в клітинній стінці міститься псевдомуреін
Рухливі нерегулярні невеликі коки; в клітинній стінці містяться поліпептидні субодиниці
Рухливі короткі палички та нерегулярні рухливі невеликі коки; в клітинній стінці містяться поліпептидні субодиниці
Рухливі невеликі нерегулярні коки; в клітинній стінці містяться поліпептидні субодиниці Рухливі палички; в клітинній стінці містяться поліпептиди
Нерегулярні коки, згруповані в пакети; в клітинній стінці містяться гетерополісахариди Палички від довгих до ниток; в клітинній стінці не міститься мурашина кислота
Нерухомі палички; в клітинній стінці міститься псевдомуреін

Водень і форміат
Водень
Те ж
Водень і форміат
Те ж
Водень
Водень і форміат Те ж
»
Водень, метанол, метиламін, ацетат Водень і форміат
Те ж
Водень і форміат
Водень, ацетат, метанол, метиламін
Ацетат
Водень

При переробці різних комунальних і промислових стоків харчових виробництв основним субстратом для метаногенів є ацетат, який також перетворюється на метан:
СН ₃ СООН-СН ₄ + СО _2.
До цієї групи відносяться метаногенів Methanosarcina barkeri Methanococcus mazei, Methanothrix soengenii. При конверсії ацетату в метан з їх допомогою дуже мало змінюється вільна енергія субстрату (AG6 = -32 кДж), тому швидкість їхнього росту низька і їх генерація триває не менше 10 діб.
Деякі метаногени, як випливає з таблиці 9, конвертують в метан також метанол і метиламін:
4 / 3 СН ₃ СООН-СН ₄ + Ѕ СО ₂ + 2 / 3 H ₂ O.
4 / 3 СН ₃ NH ₂ + 2 / 3 H ₂ O - З H ₄ + 1 / 3 CO _2.
Метан при метанове бродіння виходить також із СО ₂ і Н2, що утворюється в результаті діяльності в основному ацетогенних бактерій. Передбачувана схема відновлення СО ₂ до метану представлена ​​на рис. 11.4. Відповідно до цієї схеми переносниками С] є метаноптерін (МР) і 7,8-дігідрометанопте-рин (ДНМР), коферменти F _A і М.
Кількість газу, одержуваного з 1 моля кислоти в процесі бродіння, можна визначити за рівнянням Басвелла:

Рис. 11.4. Передбачувана схема відновлення СО2 в метан метаногенамі
де п, a, b - Число атомів вуглецю, водню і кисню у відповідній кислоті при 30 ° С і нормальному тиску.
Зі збільшенням довжини вуглецевого ланцюга кислоти збільшується кількість одержуваного газу. Так, з 1 г мурашиної кислоти виходить газу 540 мл, з 1 г оцтової - 823 мл, з 1 г масляної - 1055 мл, з 1 г капронової - 1224 мл.
Дослідження, проведені екологами, показали, що при термофільного метанового зброджування патокової барди спиртового виробництва з вмістом СВ 4,2% при добовій заміні 10% середовища з 1 обсягу ферментаційної рідини виділяється 22 обсягу газу. Загальний вміст кислот в рідкому середовищі 2,5%, у тому числі мурашиної - 0,46%, оцтової - 0,79%, пропо-нової - 0,86%, масляної - 0,39%. Експериментально встановлено, що за швидкістю зброджування органічні кислоти розподіляються в наступному наростаючому порядку: пропіонова, капронова, валеріанова, мурашина, масляна, оцтова. Найбільш інтенсивно зброджується оцтова кислота.

Метаногенеза залежить великою мірою від хімічного складу середовища та фізичних факторів. Перш за все необхідно мати на увазі, що метаногени строгі анаероби і кисень є для них отрутою. Значення окисно-відновного потенціалу (ЄП), при якому лімітується зростання метаногени-нів, так само 330 мВ; оптимум - приблизно - 400 мВ. Присутність однієї молекули О ₂ у 10 л води інгібує метаногенеза. Однак наші дослідження показали, що короткочасна аерація метантенка не призводить до загибелі метаногенів, так як супутня факультативно анаеробна мікрофлора утилізує кисень і через 2 доби метаногенеза поновлюється (рис. 5).
Мета-нобразующіе бактерії добре розвиваються і метаболізують субстрат в метан при рН 6-8. Однак різні представники по-різному реагують на з-
менение рН середовища. У метан-відтінком рН підтримують на рівні, близькому до нейтрального або лужному.
За температурним оптимуму різні метаногени сильно розрізняються. У природі зустрічаються як псіхрофіли, так і термофіли, які виживають навіть при 97 ° С. Більшість ме-тантенков працює в мезо-ною режимі при 35 - 45 ° С. Вловлювача ферментація (при 50-57 ° С) йде менш інтенсивніше, ніж мезофільних, проте процес відрізняється меншою стабільністю.
Біомаса метанобразующих бактерій складається з 54% вуглецю, 20% кисню, 10% водню, 12% азоту, 2% фосфору і 1% сірки. Крім того, у біомасі містяться калій, натрій, кальцій, магній і ряд мікроелементів, найбільш важливі з яких кобальт, молібден і нікель. Щоб забезпечити формування клітинної маси, в середовищі повинні міститися необхідні поживні речовини. Співвідношення ГПК: N: P повинно бути 700:5:1, не можна допускати надлишку азоту (C: N не менш 20:1). Рівень токсичності іонів аміаку для метанобразующих бактерій 1500-2000 мг / л; ціаніду (CN ~) -0,5-1,0 мг / л; калію, натрію і кальцію - 3000-6000 мг / л.
Інгібування метаногенеза викликають сульфіти, які при метанове бродіння Сульфат бактерії відновлюють до H ₂ S. Метаногенеза інгібується при концентрації сульфідів 100-159 мг / л. При метаногенеза на 50% скорочується вміст розчинних солей важких металів при наступних концентраціях іонів (в мг / л}: залізо-1 -10; цинк-10 ~ ^4; кадмій-10 ~ ^7; мідь -10 ~ ¹² і 10 ~ ¹ ( для двухвалентной форми).
Процес метаногенеза сповільнюється в присутності різних детергентів (при їх концентрації близько 15 мг / л), антибіотиків та інших речовин. Якщо метанове бродіння не пригнічувати, при 35 ° С вихід метану становить 0,34-0,36 м ³ з 1 кг витрачених ГПК або 0,91-0,93 м ³ з 1 кг використаного органічного вуглецю. Можна вважати, що в середньому з 1кг ГПК отримують 0,35 м ³ метану. Якщо ці показники нижчі, то можна припускати, що метаногенеза інгібується яких-небудь фактором. Про це свідчать, наприклад, зміна реакції середовища (підкислення), накопичення пропіонату. Сума летючих жирних кислот у середовищі не повинна бути вище 250 мг / л.
Для відновлення інтенсивності метанового бродіння можна знижувати швидкість подачі субстрату, подщелачивать середу хімічними речовинами, розбавляти стоки водою, видаляти токсичні сполуки шляхом попередньої обробки стоків. Інтенсифікувати метанове бродіння можна також, поділяючи процес на дві стадії: першу - попередню, в якій в окремому апараті або секції реалізується гідроліз субстратів, і другу - власне метаногенеза. Це дозволяє локалізувати специфічну для кожної стадії мікрофлору і забезпечити найбільш сприятливі умови для розвитку кожної групи мікроорганізмів: у першій - переважно гідролітичну і ацетогенную, в другій - головним чином метаногени. Встановлено, що метаногени люблять адгезованими на поверхнях, тому в другій секції можна поміщати спеціальні мобілізують кошти (щітки, гранули і т.д.).
Так як метанобразующие бактерії мають низьку швидкість росту, важливо технологічними методами забезпечити їх високу концентрацію в біореакторі. Один з таких методів - іммобілізація клітин на поверхні носіїв. Нами встановлено, що на щітках з капронових волокон уже через 2-3 тиж ферментації накопичується в 2-3 рази більше метаногенів, ніж в рідині.
Оригінальний метод підвищення концентрації біомаси розроблений в 1970 р. Леттінгом Г., Зендер А. та ін У біореакторі створюють умови, що сприяють природному утворенню гранул бактеріальної біомаси під впливом факторів середовища та гідродинамічного режиму. Наприклад, направляючи потік середовища знизу вгору, досягають виносу з реактора нефлокулірующіх мікроорганізмів. Цим створюються сприятливі умови для накопичення біомаси флокулообразующіх сарцини і нітеобразующіх форм бактерій (наприклад, з роду Methanot-hrix). Гранулообразованію сприяє вибір спеціального субстрату. Так, Methanosarcina і Methanothrix утилізують переважно ацетат, отже, в середовищі повинен бути ацетат.
Для накопичення в середовищі ацетату на початку процесу встановлюють невеликі швидкості завантаження біореактора, щоб створити умови для утилізації й трансформації усіх вищих жирних кислот. Крім того, в середовищі повинні бути іони кальцію, які сприяють флокуляції. За таких умов у нижній частині біореактора поступово накопичуються гранули величиною 0,5 - 2,5 мм з хорошими седиментаційним властивостями. У реакторі не повинно бути механічного перемішування, щоб не деформувати і не зруйнувати гранули. У верхній частині біореактора необхідно встановлювати сепараційні пристрій, в якому гранули відокремлюються від рідкої фази і повертаються в нижню частину апарата. Крім того, в сепараційної пристрої відокремлюється також газова фаза. За таким же принципом створені і ефективно працюють біореактори з верхнім введенням потоку і з товстим шаром шламу (біореактор UASB - Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor).
Схема такого біореактора наведена в табл. 10. У нижній частині біореактора в шарі висотою 1,5-2,5 м концентрація біомаси досягає 50-100 кг / м ^3; над цим шаром концентрація біомаси 5-20 кг / м ^3. В оптимальних умовах біореактор забезпечує добову завантаження ГПК до 15 кг / м ^3, повна заміна субстрату відбувається за 4 год при ступені очищення 70-90%.

Таблиця 10. Системи анаеробної очистки стічних вод

Біореактор

Принцип дії і конструкція

Схема

Анаеробні лагуни Система відстійників, в Стоні
яких стоки перебуван-I Біогаз Віозоз
ють від декількох тижнів. T_i_i_i_ __ t M _1Т, {] 'ілц? н-
7777 Z
до 2 міс. гази вільно р.. 'ниеамю
виділяються в атмосферу

Продовження

Біореактор	Принцип дії і конструкція	Схема
Двоступінчастий біореактор	Ферментаційне простір розділений на дві частини: у першій реалізується процес біодеградації субстрату і ки-/-_. слотообразованія, а по -	Віагаз
		^ _1
		Нісяояю- 7кі утворювати	qj Метано-5 генез s Hi з
			1 са

Для анаеробного бродіння стоків застосовують різні біореактори дуже великих обсягів, виготовлені з металу або залізобетону, у вигляді вертикальних і горизонтальних циліндрів або прямокутних резервуарів. У Китаї, Індії та деяких інших країнах Азії успішно використовують невеликі біореактори об'ємом до 10 м ³ дуже простої конструкції для утилізації відходів домашнього господарства. Кількість таких біореакторів становить більше 10 млн. У розвинених країнах побудовано безліч великих біогазових установок для очищення стоків промислових підприємств і відходів ферм. Метанове бродіння традиційно застосовують при очищенні міських стоків, для утилізації активного мулу після аеробної ферментації.
Останнім часом анаеробне метанове бродіння застосовують для детоксикації стоків. Встановлено, що анаеробні бактерії деградують не тільки вуглеводи, ліпіди, протеїни, нуклеїнові кислоти, але і багато з'єднань нафтохімічної промисловості, наприклад бензолову кислоту.
4 З ₆ Н ₅ СООН + 18 Н ₂ 0 - 15 СН ₄ + 13 СО _2.
Адаптовані асоціації анаеробів деградують ацетальдегід, ацетон, бутанол, етилацетат, етилакрилату, гліцерин, нітробензол, фенол, пропанол, пропіленгліколь, кретоновую, фумарової та валеріанову кислоти, вінілацетат, парафіни, синтетичні полімери і багато інших речовин і продукти.
Метанове бродіння повинне розглядатися не тільки як засіб захисту навколишнього середовища, але і як метод отримання газоподібного палива, цінних органічних добрив і навіть кормових добавок. Так, на початку 60-х років Інститутом біохімії ім. А. Н. Баха за участю Інституту мікробіології ім. А. Кірхенштейн Латвії був створений метод отримання концентрату вітаміну В ₁₂ шляхом метанового зброджування мелассного барди спиртового виробництва. Вітамін B12 міститься в біомасі бактерій метанового бродіння.
У розділі про аеробних системах очищення стоків вже говорилося, що в містах, де за 1 добу скидається 550 тис. м ³ стоків, успішно працюють комбіновані системи, що складаються з 27 аеротенків обсягів 39 000 м ³ і 6 метантенків об'ємом 6500 м ³ кожний. Метантенки працюють в мезофільному режимі, тривалість заміни субстрату 17 сут. Після метанового бродіння біомаса відокремлюється і висушується з використанням енергії біогазу. Сухий продукт, одержуваний у кількості 280 т / добу, служить добривом.
Фінською фірмою «Тампелла» запропонована раціональна система очищення стоків харчових і паперових заводів. Біореактор «Таман» сконструйований з урахуванням можливості реалізації двостадійного процесу (кисла і метаногенних стадії), причому на метаногенів стадії застосовується гранулооб-різний шлам. Інтенсифікація метаноутворення забезпечується в результаті винесення із зони метаногенеза свіжого субстрату з важливими інгібіторами, а також наявності у другій зоні великий біомаси метанобразующих бактерій. Обидві зони можуть бути розміщені в одному вертикальному циліндрі, розділеному горизонтальною перегородкою на верхню зону об'ємом 300 м ³ і нижню - 350 м. На молочному заводі, переробному за рік 63 млн л молока і виробляє 3000 т сиру, 2 тис. т вершкового масла, 1,2 млн т морозива і 17 млн ​​л товарного молока, система очищення «Таман» забезпечує хорошу очистку стоків.
Кількість переробляються стоків, м ³ / доб 500
ГПК, т / добу 1,3
БПКл, т / добу 0,6
Зважені речовини, т / добу 1,1
Температура, ° С 20
Редукція по БПКт,%> 80
Вміст метану в біогазі,% 70-74
На одному із заводів про / о «Алко» та паперової фабрики в м. Аньяле (Фінляндія) фірма «Тампелла» розробила систему очищення стоків, що складається з анаеробної і аеробної частин. Завод виробляє крохмаль, етанол і різні корми і за рік переробляє близько 140 тис. т ячменю. Стоки заводу спочатку обробляються в нейтралізаторі, потім послідовно проходять усреднітель, дві стадії метанового бродіння, аеротенк і вторинний відстійник. Загальна ємність метантенків 1350 м ^3, добова продуктивність по стоків 2000 м ^3, у яких ГПК дорівнює 10 т, БПКг - 6,7 т, кількість зважених речовин 1 т. Процес йде при мезофільному режимі (35 - 40 ° С), ступінь редукції по ВПК 95%.
Метанове зброджування відходів
Перші досліди в СРСР з метанового зброджування рідких відходів були розпочаті в Латвії в спеціально сконструйованому реакторі об'ємом по 75 м ^3. Всередині реактора є перегородки, що забезпечують лабіринтове рух субстрату і усувають випадковий прямолінійний прохід часток гною в апараті. Режим роботи термофільний (54 ° С), середня добова заміна субстрату в біореакторі 20%. Смітникову стоки завантажують в ємність для свіжого гною, далі насосом - у ємність для попереднього нагрівання, а потім перекачують в біореактор.
Біогаз збирався у верхній частині біореактора і в газгольдері, а звідти по трубопроводу направляється в котел для спалювання в інжекційних пальниках низького тиску. Підігріта в котлі тепла вода надходить в бойлер, звідки частина витрачається для підтримання температури в біореакторі, а частина направляється на обігрів приміщень для тварин. Зброджений субстрат витісняється з біореактора н трактором вивозиться для удобрення полів. Середній склад рідкого добрива (у%): суху речовину-1,0-5,0, органічні речовини - 0,25-4,2, фосфор - 0,05-0,7, азот -0,31 -1,14 , рН 6,5-8,3. Рідке органічне добриво після метанового бродіння підтверджено в дослідних і польових умовах. При цьому доведено його високу якість, особливо для поливання полів з багаторічними травами. У цьому випадку врожай зеленої маси подвоюється. Середні дані за 12 міс експлуатації цієї установки в радгоспі «Огре» наведено нижче (В. С. Дубровський, 1987).
Вихід біогазу з 1 м ³ робочого обсягу біореакто-2,55
ра, м ³ / доб
Вихід біогазу з 1 кг сухого органічного вешест-0,448
ва, м ³ / доб
Вміст метану в біогазі,% 64,8
Середнє завантаження органічної речовини на 1 м ³                  5,69
робочого об'єму реактора, кг / добу
Середнє виділення метану з 1 м ³ робочого обсягу 1,65
біореактора, м ³ / доб
Максимальне виділення метану з 1 м ^л робочого 3,93
обсягу біореактора, м ³ / доб
Чотирирічний досвід роботи цієї установки показав перспективність термофільного метанового зброджування відходів ферм, як економічно і екологічно виправданого способу знешкодження гною. До 50% енергії, отриманої з біогазом, можна використовувати в тваринницьких комплексах, решта витрачається на підтримку процесу.
На великих тваринницьких комплексах ферментована-

Використана література
А і а л а Ф., К а і р е р Дж. Сучасна генетика. У 3-х томах: переклад з англійської / під ред. Ю. П. Алтухова, Є. В. Ананьєва. - М.; Світ, 1987. Т. 1 -295 с., Т. 2 - 368 с.
Б і від е х н о л о г і я. / [Р. Г. Бутенко, М. В. Гусєв, А. Ф. Кіркін и др.] - М.: Вища школа, 1987.
Кн. 3. Клітинна інженерія. 1987. - 127 с.
Біотехнологія / під ред. І. Хіггінса, Д. Беста, Дж. Джонса / переклад з англійської / під ред. А. А. Баєва. - М.: Мир, 1988. - 479 с.
Біотехнологія мікробного синтезу / під ред. М. Є. Бекера - Рига: Зінатне, 1980. - 350 с.
Биков В. А., Винаров В. А., Шерстобитов В. В. Розрахунок процесів мікробіологічних виробництв. - Київ: Техніка, 1985. - 244 с.
Віестур У. Е., Крістапсонс М. Ж., Б у л и н к і н а О. С. Культивування мікроорганізмів. - М.: Харчова промисловість, 1980. - 232 с.
Віестур У. Е., Ш м і т е І. А., Ж і л е в і ч А. В. Біотехнологія. - Біотехнологічні агенти, технологія, апаратура. - Рига: Зінатне, 1987. - 263 с.
Воробйов Л. І. Технічна мікробіологія. - М.: Вища школа, 1987. - 94 с.
Д е б о б о в В. Г., Лівшиць В. А. Біотехнологія. - М.: Вища школа, 1988.
Кн. 2. Сучасні методи створення промислових штамів мікроорганізмів. 1988. - 208 с.
Інге-Вечтомов С. Г. Введення в молекулярну генетику. - М.: Вища школа, 1983. - 343с.
К о е н Ф. Регулювання ферментативної активності: переклад з англійської / під ред. Л. М. Гінодмана. - М.: Світ,! 986. - 144 с.
Л і е п і н ь ш Г. К-, Д у н ц е М. Е. Сировина і живильні субстрати для промислової біотехнології. - Рига: Зінатне, 1986. - 156 с.
Маниатис Т., Фрич Е., Сембрук Дж. Молекулярне клонування. Методи генетичної інженерії: переклад з англійської / під ред. А. А. Баєва, К-Г. Скрябіна. - М.: Світ, 1984. - 480 с.
Молекулярна біологія. У 5 томах / Б. Альберті, Д. Брей, Дж. Люі'с та ін: переклад з англійської під ред. Г. П. Георгієва. - М.: Мир, 1986, с. 197, 223, 231, 296, 1312.
Основи загальної біології / за ред. Е. Лібберта: переклад з німецької / під ред. В. А. Енгельгардта. - М.: Світ, 1982. - 437 с.
Переробка меляси на спирт та інші продукти за безвідходною технологією / під ред. П. І. Рудницького. - М.: Агропромиздат, 1985. - 287 с.
Пріст Ф. Позаклітинні ферменти мікроорганізмів: переклад з англійської / під ред. В. К. Плакунова. - М.: Світ, 1987. - 118 с.
Промислова мікробіологія і успіхи генетичної інженерії. Збірник: переклад з англійської під ред. Г. К-Скрябіна. - М.: Світ, 1984. - 172 с.
Рис Е., Стернберг М. Від клітини до молекул. Ілюстроване введення в молекулярну біологію: переклад з англійської / під ред. Ю. С. Ло-зуркіна, В. А. Ткачука. - М.: Мир, 1988. - 144 с.
Свенсон К., Уебстер П. Клітка: переклад з англійської / під ред. Т. Дніпровського. - М.: Світ, 1980. - 303 с.
Смирнов В. А. Харчові кислоти. - М.: Легка і харчова промисловість, 1983. - 240 с.

Трансформація продуктів фотосинтез а / під ред. М. Є. Бекера. - Рига: Зннатне, 1984. - 250 с.
Уотсон Дж., ТУЕ Дж., Кур ц Д. Рекомбінантні ДНК: переклад з англ і якогось / під ред. А. А. Баєва. - М.: Світ, 1986. - 285 с.
Шлегель Р. Загальна мікробіологія: переклад з німецької / під ред. Є. М. Кондратьєвої. - М.: Світ, 1987. - 566 с.
Basic biotechnology Ed. by John Bu'Lock and Bjern Kristiansen .- Acad. Press, London, Orlando San Diego, New York, Austin, Boston, Sydney Tokio, Toronto, 1987. - 561 p.
Hacking AJ Economic aspects of biotechnology, Cambridge university divss, 1986 .- 306 p.
Sahm H. Anaerobic wastwater treatment. Advances in Biochemical Engineering (Biotechnology), vol. 29, 1984. - 84 - 115 p.
The global 2000 report to the divsident: entering the twentyfirst century; including global future; time to act; vol. 1,2 .- Blue Angel, Inc .. 1985. - 228 p.