Biotechnologia

Przystosowując się do życia w różnych środowiskach, organizmy wykształciły szczególnie cechy metabolizmu. Jedną z nich jest zdolność do uzyskiwania energii z rozkładu substancji organicznej bądź nieorganicznej, nawet jeśli substancja ta jest toksyczna lub niebezpieczna dla ludzi. Właściwość tę wykorzystuje się głównie przy: oczyszczaniu ścieków, oczyszczaniu powietrza, przetwarzaniu odpadów komunalnych, produkcji tworzyw biodegradowalnych. Oczyszczanie ścieków przy użyciu organizmów nazywamy oczyszczeniem biologicznym. Przeprowadza się je w oczyszczalni ścieków, w specjalnym zbiorniku. Znajduje sie w nim nieruchome złoże, zawierające kamienie, żużel, koks, kształtki z tworzyw sztucznych lub ceramicznych. Na nim osadzony jest materiał biologiczny, którym mogą być bakterie, grzyby, protisty, a nawet larwy owadów. Z tego względu złoże to nazywamy złożem biologicznym. Aby zapewnić kontakt organizmów ze ściekami, złoże jest nimi zraszane lub całkowicie w nich zanurzone. Zamiast nieruchomego złoża można wykorzystać osad czynny, czyli zawiesinę, w której znajdują się organizmy. Rozwój organizmów następuje wtedy w specjalnych komorach napowietrzających, gdzie ścieki są intensywnie natleniane. Czasami do pełnego oczyszczenia ścieków potrzeba dwóch etapów. Mogą one być przeprowadzane w różnych warunkach lub różnymi metodami. Do oczyszczenia powietrza z toksycznych substancji, emitowanych między innymi przez zakłady przemysłowe, oczyszczalnie ścieków i fermy hodowlane, stosuje się przede wszystkim biofiltry. Biofiltr składa się z warstwy materiału, porowatego, zasiedlonego przez mikroorganizmy, które mają zdolność rozkładu zanieczyszczeń do związków prostych, takich jak woda i tlenek węgla(IV). Podczas kontraktu z mikroorganizmami powietrze ulega oczyszczeniu, jednocześnie eliminowany jest problem nieprzyjemnego zapachu, którego źródłami są na przykład siarkowodór i amoniak. Składowanie stałych odpadów komunalnych powoduje emisję szkodliwych gazów do atmosfery oraz przedostawanie sie niepożądanych substancji do wód i gleb. Aby temu zapobiec, odpady komunalne poddaje się utylizacji. W tym celu stosuje się głównie procesy: kompostowania i fermentacji mlekowej. Kompostowanie jest stosowane od bardzo dawna przez rolników i ogrodników do uzyskiwania naturalnego nawozu. Polega ono na rozkładaniu resztek roślinnych, ułożonych w stos lub umieszczonych w specjalnym pojemniku, przez bakterie oraz grzyby oddychające tlenowo. Podczas kompostowania niektóre części roślin ulegają rozkładowi do tlenku węgla(IV), wody, azotów, siarczanów, fosforanów i innych związków prostych. Inne, trudniej rozkładalne szczątki roślin, są przekształcane w substancje wielkocząsteczkowe zwane kompostem, który jest stosowany jako nawóz. W procesach kompostowania stosowany na dużą skalę nietoksyczne resztki roślinne także układa sie w stosy lub umieszcza sie w specjalnych komorach. Są one jednak dużo większe niż w wypadku przydomowego kompostowania, ponadto można kontrolować panujące w warunki: natlenienie, temperaturę oraz wilgotność. Kompostowanie pozwala na zmniejszenie objętości składowanych odpadów od 30% do 50%. Fermentacja metanowa jest to proces rozkładu związków organicznych przez mikroorganizmy oddychające beztlenowo. W jej wyniku powstaje mieszanina gazów, głównie metanu i tlenku węgla(IV), zwana biogazem. Fermentacja metanowa może zachodzić spontanicznie w stosach składowanych odpadów komunalnych. Ma wtedy zazwyczaj negatywny wpływ na środowisko, gdyż uwalniany biogazem. Fermentacja metanowa może zachodzić spontanicznie w stosach składowanych odpadów komunalnych. Ma wtedy zazwyczaj negatywny wpływ na środowisko, gdyż uwalniany biogaz może przyczynić się do globalnego ocieplenia, ponadto stwarza zagrożenia wybuchem. W skali przemysłowej fermentację metanową przeprowadza się więc w zakładach utylizacji odpadów. Proces przebiega tam w zamkniętych komorach fermentacyjnych, w kontrolowanych warunkach wilgotność, pH i temperatury. Powstały w jego wyniku biogaz stanowi źródło energii. Współcześnie używa się go głównie w Indiach, Chinach, Szwajcarii, Francji, Niemczech, Szwecji i Stanach Zjednoczonych. W krajach tych wykorzystuje się biogaz jako paliwo dla generatorów prądu elektrycznego i źródło energii do ogrzewania wody, a po oczyszczaniu i sprężeniu- jako paliwo do napędu silników. W Polsce planuje się wykorzystanie biogazu między innymi do ogrzewania budynków oraz podgrzewania wody.