Экологические проблемы биотехнологий

 

Донецкий Национальный Технический  Университет

Факультет экономики и  менеджмента

Кафедра социологии и политологии 

РЕФЕРАТ

По экологии

Экологические проблемы биотехнологий

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила

Студентка группы СОЦ-12б

  Спасенных А.В

Проверила  
  Качур И.В.

 

 

Донецк 2012

 

 

План

1.Введение

2.Краткое определение  биотехнологий  и экологических проблем.

3.Биотехнология переработки отходов

4.Биотехнология,  и пути решения глобальных экологических проблем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Биотехнология как наука является важнейшим разделом современной биологии, которая, как и физика, стала в конце XX в. одним из ведущих приоритетов в мировой науке и экономике. Всплеск исследований по биотехнологии в мировой науке произошел в 80-х годах, когда новые методологические и методические подходы обеспечили переход к эффективному их использованию в науке и практике и возникла реальная возможность извлечь из этого максимальный экономический эффект. В этот период была разработана и активно осуществлялась первая общенациональная программа по биотехнологии, были созданы межведомственные биотехнологические центры, подготовлены квалифицированные кадры специалистов-биотехнологов, организованы биотехнологические лаборатории и кафедры в научно-исследовательских учреждениях и вузах. Значительные успехи достигнуты во второй половине XX в. в области биохимии, биоорганической химии, молекулярной биологии, что является мощным импульсом развития современной биотехнологии. Сейчас имеются ценные разработки по получению новых источников энергии биотехнологическим путем (технологическая биоэнергетика). Большое значение приобретает биогаз ? заменитель топлива, получаемый биотехнологическим способом. Современная биотехнология переживает в настоящее время бурное развитие, что связано с качественно новым подходом к решению биотехнологических проблем. Биотехнология соединяет в себе сферу научной и промышленной деятельности. Каждая из них стимулирует развитие друг друга, но лидерство в этом союзе принадлежит фундаментальной науке. В современном звучании «биотехнология»?это промышленное использование биологических процессов и агентов на основе получения высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток, тканей растений и животных с заданными свойствами. Современная биотехнология далеко ушла от той науки о живой материи, которая зародилась в середине прошлого века. Успехи молекулярной биологии, генетики, цитологии, а также химии, биохимии, биофизики, электроники позволили получить новые сведения о процессах жизнедеятельности микроорганизмов. При этом существенная роль в этом процессе должна уделяться экологии. Но уже сегодня очевидно, что необходимо увеличивать продуктивность как агросферы, так и техносферы. Несомненно, то, что научный прогресс в совокупности с экологическим мышлением является основой развития человеческого общества. Экологические проблемы происходят в результате  изменение природной среды в результате антропогенных воздействий, ведущее к нарушению структуры и функционирования природы. Всё взаимосвязано со всем - гласит первый экологический закон. Значит, и шага нельзя ступить, не задев, а порой и не нарушив чего-либо из окружающей среды. Каждый шаг человека по обычной лужайке - это десятки погубленных микроорганизмов, спугнутых насекомых, изменяющих миграционные пути, а может быть, и снижающих свою естественную продуктивность. До появления человека и его деятельного отношения к природе в живом мире господствовали взаимная гармоничная зависимость и связанность, можно сказать, что существовала экологическая гармония. С появлением человека начинается процесс нарушения экологической гармонии, гармонического равновесия. Этот процесс начался 40 тысяч лет назад, когда предок человека приобрел способность мыслить, начал делать орудие труда, пользоваться знаниями, рисовать и в своей деятельности производить средства для жизни. Но, осваивая природу в процессе трудовой деятельности, человек не учитывал необходимости уважения закономерностей, господствующих в биосфере и своей деятельностью нарушал уравновешенность условий и влияний в природной среде. Из-за малочисленности человеческих популяций в ранние исторические эпохи негативное отношение к природе еще не приводило к многочисленным нарушениям в природной среде. Люди покидали места, где они испортили природную среду, заселяли новые, а на старых местах происходило быстрое восстановление природы. Между тем, с развитием производственных сил, которые позволяют осваивать природу с большим размахом и увеличением числа жителей на Земле деградация природной среды достигает небывалого опасного для самого существования людей размера, так, что вполне оправдано говорится об экологическом кризисе, который может перерасти в экологическую катастрофу.

 

 

 

 

 

2 Биотехнология - это использование живых организмов (или их составных частей) в практических целях. Когда говорят о современной биотехнологии, то подобное определение дополняют словами: на базе достижений молекулярной биологии. Если не сделать подобного добавления, то под определение "биотехнология" попадут и традиционное с/х, животноводство и многие отрасли пищевой промышленности, использующие микроорганизмы. Биотехнологии помогают нам в использовании возможных живых организмов для производства или улучшения продуктов или процессов различного назначения. Биотехнологии нашли применение в пищевой промышленности, медицине, энергетике, в научных исследованиях и охране окружающей среды. Можно выделить следующие направления:

• Микробиологический синтез
• Генная инженерия
• Биогидрометаллургия

 

Экологическая проблема — это изменение природной среды в результате антропогенных воздействий, ведущее к нарушению структуры и функционирования природы. Политические проблемы, возникающие в связи с беспокойством по поводу состояния окружающей среды. Экономическая деятельность и, в частности, экономический рост порождают разнообразные экологические проблемы. Среди этих проблем можно назвать климатические изменения, вызванные чрезмерным потреблением топлива органического происхождения, уничтожением лесов, эрозией почвы, исчезновением отдельных видов животных и растений и постепенной утратой видового многообразия жизни на Земле, а также проблему ухудшения здоровья людей из-за загрязнения воздуха и воды, повышения радиационного фона и излишнего применения удобрений и пестицидов. В настоящее время существуют серьезные сомнения в том, что нынешние темпы экономического роста сохранятся и в будущем и что экономический рост приведет к мировой катастрофе.

 

 

 

 

 

 

3Биотехнология переработки отходов 
Неотъемлемой чертой любого цивилизованного общества является образование как жидких, так и твёрдых отходов. Поиск безопасных для здоровья населения и не загрязняющих окружающую среду способов их ликвидации представляет собой одну из первостепенных задач. В области переработки и ликвидации твёрдых отходов биотехнологическими методами наиболее значительное место, как по стоимостным, так и по объёмным показателям занимает утилизация ил сточных вод и твёрдых коммунальных отходов.  
Промышленные отходы можно в первом приближении разделить на две категории:

1) отходы производств,  основанных на использовании  биологических процессов (производство  пищевых продуктов, напитков, ферментация)

2) отходы химической промышленности. В первом случае отходы имеют  различный состав и обычно  перерабатываются путем биологического  окисления, как это делалось  традиционно в случае бытового  мусора. Однако такой способ экономически  невыгоден, и в настоящее время  широко обсуждается вопрос о  возможности уменьшения объема  разбавленных сточных вод либо  их непосредственного использования  - трансформации (для получения  биомассы или других ценных  продуктов), или же путем извлечения  из них ценных соединений.  
В многочисленных и разнообразных отраслях химической промышленности образуется большое количество отходов, причем многие из них с трудом поддаются разрушению и длительное время присутствуют в среде. Поэтому часто перед обычной биологической переработкой отходов бывает необходимо провести их предварительную химическую или физическую обработку. Использование специфических микроорганизмов для расщепления ксенобиотиков при переработке отходов еще не нашло широкого применения в промышленности, и тем не менее подобный подход представляется весьма перспективным. В результате широкого применения человеком продукции химической промышленности в окружающую среду попадают различные типы ксенобиотиков: пластмассы (пластификаторы), взрывоопасные вещества, добавки, полимеры, красители, поверхностно-активные вещества пестициды и органические соединения - производные нефти. Что касается бытового мусора, то для его переработки созданы широко применяемые системы, использующие активный ил и оросительные фильтры. Сточные же воды химической промышленности, как правило, не соответствуют возможностям подобных систем. Интенсивность переноса кислорода в ходе процессов, обычно протекающих в таких системах, бывает недостаточна для поддержания максимальной скорости окисления при участии микрофлоры. Эти процессы чувствительны также к колебаниям в загрузке реактора, особенно если токсичные вещества и ингибиторы поступают в систему в высоких и непостоянных концентрациях. Твердые и жидкие отходы – объективная и неотъемлемая часть жизнедеятельности общества.Биотехнологические методы используются для утилизации твердой фазы сточных вод и твердых бытовых отходов и становятся все более перспективными по сравнению с традиционными механическими м физико-химическими методами. 
Особую важность биотехнологии приобретают в тех регионах, где наступает дефицит энергоносителей (угля, нефти, газа), если учесть, что экологические характеристики АЭС далеко не бесспорны.Утилизация отходов с энергетическими целями представляет собой анаэробную деструкцию, т.е. бескислородный ферментативный микробный процесс расщепления. Процесс ведут в биореакторах при температуре 30-33, время контакта твердых отходов с микроорганизмами составляет 5-30 суток, а концентрация твердых веществ 3-5%. До 75% твердой фазы – это органические компоненты, и 50% из них превращается в биогаз. Выход биогаза составляет 1кг на 1кг биологически окисляемых веществ. Газ состоит из метана(65-70%), СО₂(25-29%), остальное - Н₂, Н₂S, NH₃. Средняя теплота сгорания газа 22-24 МДж/м3.Биогаз может быть использован в котельной очистной станции в качестве теплоносителя, а также на обогрев биореактора, на получение электроэнергии посредством газогенераторных установок, в сниженном виде – в качестве автомобильного топлива или бытового газа. Биогаз, образующийся на полигоне, извлекают при помощи вертикальных или горизонтальных перфорированных труб из полиэтилена. 

 

 

 

 

 

 

 

4 Стремительный рост потребления природных ресурсов, необратимые изменения окружающей среды вызывают тревогу у многих людей о будущем нашей планеты. Такие опасения имеют вполне реальное обоснование. На наших глазах идёт обострение противоречия между природой и обществом, связанное с быстрорастущими темпами загрязнения окружающей среды опасными для природы и человека веществами. К сожалению, природоохранные вопросы в настоящее время занимают мало места в учебном материале различных дисциплин и не в коем случае не знакомят с глобальными проблемами современности, а также с практическими путями и возможностями решения их на данном этапе развития. Поэтому, большинство людей не стремиться к подробному изучению глобальных экологических опасностей, и тем более соучастию в ликвидации опасных проблем. Многие думают, что делать что-либо в этом направлении задача слишком сложная, а может даже и   не разрешимая ( Лоуган и др.,1995). На наш взгляд такая позиция многих людей связана, прежде всего, с недостатком экологических знаний и плохой работой общественных экологических организаций. Биотехнология, или технология биопроцессов, это производственное использование биологических агентов или их систем для получения ценных продуктов и осуществления целевых превращений (Кузьмина Н.А., 2006). А так как биологическими агентами в данном случае являются микроорганизмы, растительные и животные клетки, то предмет тесно связан с экологией и её проблемами. Например, на сегодняшний день загрязнение биосферы бытовыми отходами, химическими пестицидами и другими опасными веществами приобрело глобальный характер. Ученые всего мира считают, что для того чтобы уменьшить поступление опасных веществ в биосферу, нужно изменить образ жизни и мышление человека, а всё производство сделать по возможности безотходным. Но для выполнения этих условий необходимы время и средства (Чижевский, 2004). На данном этапе биотехнология предлагает ряд путей, к осуществлению которых в широких масштабах, можно приступить в настоящее время. Сюда относится:

1.Переработка отходов  метановым брожением, в результате  которого образуется легко транспортируемое  топливо метан.

2.Замена химических пестицидов на пестициды микробного происхождения, используя вирусы, грибы, простейшие, спорообразующие бактерии. Например, изготовленные таким путём инсектициды действуют только на определенные вредные насекомые, оставляя невредимыми полезные.

3.Для индикации загрязнений  различного происхождения вместо  химических реагентов, возможно  использование биосенсоры – ферментные  электроды или иммобилизованные  клетки микроорганизмов. В настоящее  время лидерами в производстве  биодатчиков и биочипов являются  японские компании.

4.К отходам сельского  хозяйства встречающих наиболее  часто и повсеместно, относится  солома. В связи с низкой скоростью  разложения солому практически  не используют. Биотехнология предлагает  инокулирование соломы с ассоциацией  целлюлолитических грибов, азотофиксирующих  и полисахарид образующих бактерий. Такую солому можно запахивать в землю в качестве органического удобрения, а также спустя некоторое время использовать как высокобелковый витаминизированный корм.

5.Невообразимое количество  пластмасс, которые используются  в быту и на производстве, заполонило  все свалки. В биотехнологии   ведутся работы по созданию  биополимеров. Биополимеры – экологически  чистый продукт, они не токсичны, подвержены биодеградации, не  загрязняют окружающую среду.

6.Уже сегодня многие  страны испытывают нехватку чистой  пресной воды. Биотехнология, реально  предлагает 2 метода очистки воды. Первый с помощью бактерий  рода Pseudomonas, которые могут утилизировать нафталин, толуол, алканы, камфору, инсектициды, гербициды и другие ксенобиотики. В основе второго метода лежит применение в очистке воды активного ила. Активный ил на 70% состоит из живых организмов и на 30% - из твёрдых частиц неорганической природы.

7.Загрязнение почвы –  одна из серьёзных экологических  проблем, с которой столкнулся  современный человек. Биотехнология  предлагает методы очистки с  помощью бактерий и грибов. Экономически  стоимость бактериальной и грибной  очистки одинаковы, однако применение  грибов обычно сокращает сроки  деградации и поэтому существенно  удешевляет её.

       К одной  из самых сложных проблем, с  которой сталкивается современное  человечество это обеспечение  пищей население Земли. В настоящее  время голодают десятки, недоедают  сотни миллионов человек. А  с ростом населения проблема  будет только обостряться. Известно, что проблема питания людей,  в конечном счёте, заключается  в нехватке белка. Поэтому биотехнология даёт следующие конкретные пути решения этой проблемы:

1.Получение необходимого  количества  пищевого белка за  счёт микробиологического синтеза.  Применение этого метода позволит  получать искусственное мясо, молоко, сыры и другие продукты.

2.Получение белковых препаратов  даедалина и пантегрина. По содержанию  белка 1 кг этих препаратов  эквивалентен 2 кг мяса. В настоящее  время они рекомендованы в  качестве пищевых добавок.

3.Получение белка из  водорослей.

        Из  литературных источников известно, что рост  энергопотребления опасен. Активное использование энергии  увеличивает нагрев земной поверхности  и приземных слоёв атмосферы,  порождает электромагнитные поля, накапливает парниковые газы, способствует  загрязнению воздуха оксидами  азота и серы, а значит, стимулирует  появление кислотных дождей, загрязняет  нефтью океаны и земную поверхность  в результате аварий. В настоящее  время предложены ряд альтернативных  методов получения энергии. Сюда  относятся: ветрогенераторы, сила  прилива, сила волн, энергия солнца, геотермальная энергетика, энергия  отходов. Биотехнология предлагает  свои перспективные направления  получения экологически чистой  энергии: