Высшее образование
Отстой сточных вод и его использование
жүктеу/скачать 5 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- БИОТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАБОЛИТОВ
| Отстой сточных вод и его использование. В зависимости от степени обработки отстой городских сточных вод обычно делят на первичный (необработанный), состоящий из твердых веществ; вторичный — твердые вещества, выделяющиеся после вторичного отстоя, или отстой с биофильтров очистных сооружений; третичный — результат третичного отстоя сточных вод (известь и глина); отстой, перегнивший в анаэробных условиях.
До осушки отстой содержит большое количество влаги (до 95 %). После некоторой стабилизации отстоя, которая достигается путем его сбраживания, содержание твердых веществ составляет 30 %.Доля содержания органической части в городских сточных водах колеблется от 50 % в перегнившем отстое до 70 % в необработанном отстое. Химический состав типичных отстоев составляет: азот __ до 2 %; фосфор (Р205) — 4%; калий — до 0,5 %. В небольших количествах обнаружены Cd, Си, Ni, Zn, Hg и Pb. Энергосодержание необработанного отстоя составляет около 16 284 кДж/год. Однако практическое использование отстоя в качестве топлива связано с рядом трудностей: высокое содержание влаги не позво- пяет использовать отстой без высушивания, на которое расходуется фактически вся выделяемая в процессе его горения энергия. При очистке сточных вод применяют и метановое брожение, которое осуществляется в реакторах (метантенках) в основном двух типов: в реакторах без фиксации биомассы и в реакторах с прикрепленной (фиксированной) биомассой. В качестве подложки, к которой прикрепляется биомасса, используют мелкий песок, окись алюминия и другие носители. В последнее время анаэробное метановое брожение применяют и для детоксикации стоков. Анаэробные бактерии помимо деградации углеводов, липидов, белков, нуклеиновых кислот способны разрушать и многие отходы нефтехимической промышленности, например бензойную кислоту: 4С6Н5СООН —- 15СН4 + 13С02 Адаптированные ассоциации анаэробов деградируют ацеталь- дегид, ацетон, бутанол, этилацетат, этилакрилат, глицерол, нитробензол, фенол, пропанол, пропиленгликоль, кротоновую, фу- маровую и валериановую кислоты, винилацетат, парафины, синтетические полимеры и многие другие вещества.Глава 3 БИОТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАБОЛИТОВ 3.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОДУКТОВ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ Спектр продуктов, образующихся методами биотехнологии необычайно широк и разнообразен. Целевыми продуктами биотехнологических производств могут быть интактные клетки. Одноклеточные организмы используют для получения биомассы^ являющейся источником кормового белка. Клетки, особенно f иммобилизованном состоянии, выступают в роли биологических катализаторов для процессов биотрансформации. Процессами биотрансформации называют реакции превращения исходных органических соединений (предшественников) в целевой продукт с помощью клеток живых организмов или ферментов, выделенных из них. В последние годы высокая специфичность процессов биотрансформации и эффективность иммобилизованных ферментов нашли широкое применение для крупномасштабного производства аминокислот, антибиотиков, стероидов и других промышленно важных продуктов. Продуктами биотехнологических производств являются природные макромолекулы — белки, ферменты, полисахариды, по- А Б Рис. 3.1. Динамика изменения биомассы и образования первичных (Л и вторичных (Б) метаболитов в процессе роста организма: / — биомасса; 2 — продукт мов — продуцентов и оказались перспективными для оценки влияния на объекты различных факторов среды — ионов тяжелых металлов, кислот, щелочей и др. В 1983 г. С.Браун и С.Оливер использовали методы селекции для отбора мутантных штаммов дрожжей, устойчивых к высоким концентрациям конечного продукта (Ю %-го этанола), при культивировании их в непрерывном режиме (650 ч). Многолетняя селекция штаммов-продуцентов пенициллина позволила увеличить удельную активность антибиотика в культуральной среде в 400 раз, а штаммов бактерий, синтезирующих кобаламин, — в 10 раз. Методами мутагенеза и селекции получены штаммы Eremothecium ashbyii, способные выделять до 1,8 мг рибофлавина в 1 мл среды, и штаммы Brevibacterium ammo- niegenes, продуцирующие до 1 г HSKoA на 1 л среды. Достижения в области молекулярной биологии и молекулярной генетики позволили биотехнологам начиная с 70-х годов прошедшего столетия перейти от слепого отбора штаммов мутантов к сознательному конструированию геномов, используя для этой цели прогрессивную технологию рекомбинантной ДНК. Каждое из множества разнообразных веществ создается в клетке в строго необходимых для роста пропорциях в результате ферментативных реакций. Координация химических превращений. обеспечивающая экономность метаболизма, осуществляется у микроорганизмов тремя основными механизмами: регуляцией активности ферментов, в том числе путем ретроингибирования; регуляцией объема синтеза ферментов (индукция и репрессия биосинтеза ферментов); катаболитной репрессией.
В процессе ретроингибирования (ингибирование по принцип1 обратной связи) активность фермента, стоящего в начале многоступенчатого превращения субстрата, тормозится конечным ме таболитом, что детально разработано при изучении регуляции биосинтеза пиримидиновых нуклеотидов и новообразования ряда ами Нокислот: Аспар-—► Карбамил—Дигидро- —Оротовая —»- Оротидин—►умФ. тат аспартат оротовая кислота монофосфат _ кислота Карбамил- трансфераза Глутамат - N-ацетил- ■ глутамат... Орнитин —- Цитруллин — Орнитин Ацетил- трансфераза Хоризмат —»-Антранилат...—»- Индолил- —►Триптофан глицерофосфат Антранилат- синтетаз аТаким способом низкомолекулярные метаболиты передают информацию об уровне своей концентрации и состоянии обмена веществ ключевым ферментам метаболизма. Ключевые ферменты — это регуляторы периодичности в процессе функционирования энзима и соответственно образования продукта. Эта ферменты представле- НЬ1 в клетке аллостерическими белками, а конечные метаболиты — тдлостерическими эффекторами (активаторами и ингибиторами) ключевых энзимов. С помощью описанного механизма конечные продукты саморегулируют свой биосинтез. Ретроингибирование — способ точного и быстрого регулирования образования продукта. На обмен веществ, аналогичный конечным метаболитам, оказывают эффект их аналоги (табл. 3.1). Указанное обстоятельство используется для селекции организмов с нарушением механизма обратной связи. Обход механизма ретроингибирования делает объект биотехнологического процесса нечувствительным к концентрации конечного продукта.
жүктеу/скачать 5 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|