Проблемы переработки промышленных отходов

Промышленные отходы условно можно 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).

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, однако такой подход представляется эффективным.

Рассмотрим методы биологической переработки промышленных отходов на примерах молочной, бумажной промышленности и производства красителей.

3 Отходы молочной промышленности, целлюлозно-бумажной промышленности и производства красителей.

Сыворотка – является побочным продуктом сыроварения. Ее состав зависит от типа используемого молока и вырабатываемого сыра. В высушенном или концентрированном виде сыворотка применяется в качестве корма для животных; однако ее недостатком является то, что она не сбалансирована с точки зрения содержания питательных веществ: в сыворотке слишком велика концентрация минеральных веществ и лактозы. Разработаны способы извлечения из сыворотки белков путем ультрафильтрации, осаждения или выделения с помощью ионного обмена. Из таких белков можно получать белковые гидролизаты, используя для этого ферментеры. После извлечения белков получают большие объемы фильтратов с высокими концентрациями лактозы (35-50 г/л), минеральных веществ, витаминов и молочной кислоты, и встает проблема дальнейшего их использования. Если превратить лактозу в молочную кислоту при участии молочнокислых бактерий, то получится источник углерода, который может сбраживаться дрожжами. После сбраживания не обязательно отделять микроорганизмы от среды, объем которой можно уменьшить и получить обогащенную белком сыворотку.

Из сыворотки получают не только белковые продукты, но и сырье для химической промышленности (например, этанол). Путем химического гидролиза лактозы с последующим удалением глюкозы из раствора с помощью ферментации можно получить галактозу. В результате гидролиза лактозы фильтрат становится более сладким; на опытных установках такой гидролиз осуществляется с помощью β-галактозидазы. Гидролизованный фильтрат не только находит применение в пищевой промышленности, но и может оказаться полезным при решении проблем, связанных с недостатком ферментов у некоторых животных и при непереносимости лактозы у человека. Из сыворотки получают и другие химические соединения: лактозу, лактулозу и лактобионовую кислоту.

Волокнистый материал, применяющийся при производстве бумаги и других продуктов, получают как из древесных, так и из травянистых растений после химического расщепления лигнина. Однако этот процесс сопровождается большой потерей древесины и образованием огромного количества отходов.

В настоящее время применяют два процесса получения целлюлозной массы: щелочная и сульфатная варка целлюлозы.

Основной из них – щелочная варка, в результате которой образуется темная варочная жидкость. Эти отходы содержат трудно перерабатываемые ароматические продукты расщепления лигнина и низкомолекулярные органические кислоты (молочную, уксусную и муравьиную). Варочную жидкость не удается перерабатывать биологическими способами, которые могли бы применяться в промышленном масштабе; гораздо экономичнее упаривать эту жидкость и сжигать ее, получая таким образом энергию из отходов.

Сульфатная варка целлюлозы применяется реже; она дает отходы следующего состава: лигносульфаты с ароматическими элементами (60%), сахара (36%), уксусная кислота и метанол. Эти жидкие отходы – хорошее сырье для ферментации благодаря высокому содержанию в них углеводов.

Их ферментация в широких масштабах начата в 1909г. В настоящее время традиционным методом удаления сахаров и уксусной кислоты из таких отходов служит их ферментация при участии дрожжей.

Неподдающиеся переработке соединения можно концентрировать и сжигать. Лигносульфонаты применяют в качестве связывающих веществ и вспомогательных средств при бурении; щелочным окислением при повышенном давлении их можно превращать в ванилин.

Главное в переработке отходов целлюлозно-бумажной промышленности – это понижение энергозатрат, а какой химический принцип при этом используется – менее существенно. Основная экологическая проблема, порождаемая целлюлозно-бумажной промышленностью – это очистка сточных вод, а также обработка конденсатов, образующихся в испарителях и реакторах. Сточные воды осветляют путем нейтрализации и отстаивания, окисления в одно- или двухстадийных установках с активным илом, в аэрируемых отстойниках путем сочетания биологических и химических способов окисления. Эти методы пригодны для эффективного удаления соединений, подверженных биодеградации, а также токсичных производных фенола, однако они оказываются дорогими и неэффективными в случае производных лигнина, с трудом поддающихся переработке.

Отходы от производства красителей

Текстильная промышленность и производство красителей отправляют в отходы огромное количество красителей и пигментов. Они поступают в окружающую среду со сточными водами. С количественной точки зрения эти соединения не относятся к числу основных загрязнителей воды. Кроме того, эти отходы обычно не рассматриваются как токсичные или канцерогенные для рыб или млекопитающих (за исключением бензидина и катионных красителей).

Для очистки окрашенных сточных вод применяют химические методы. Удаление красителей и пигментов с помощью микробов весьма ограничено. Устранение этих продуктов из отходов с помощью активного ила заключается в основном в адсорбции, а не в деградации. Степень их разложения микроорганизмами определяется растворимостью, ионными свойствами, а также природой заместителей и их числом. Оказалось, что микроорганизмы способны разлагать красители, но только после адаптации к значительно более высоким концентрациям, чем те, которые обычно обнаруживаются в сточных водах.