ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
3
I. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
Цель курса: обучение основам исследования и разработки современных
биотехнологических методов охраны окружающей среды.
Задачи курса: дать общие и специальные сведения о закономерностях
биотехнологических процессов, типовых задачах и методах решения проблем
окружающей среды, включая переработку минерального сырья.
Требования к уровню освоения содержания курса: дипломированный
специалист в области физики (биофизики) должен владеть основами
аналитического и экспериментального исследования процессов экологической
биотехнологии, разработки биотехнических систем защиты окружающей среды
от антропогенного воздействия.
II. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
Тема 1. Введение
Общие сведения о типовых процессах экологической биотехнологии
(синтез биологически активных веществ, биодеградация токсичных веществ,
биоочистка и детоксикация отходов, биоремедиация, биовыщелачивание);
использование различных физиологических групп микроорганизмов.
Тема 2. Теория микробиологических процессов синтеза и деструкции
вещества в задачах экологической биотехнологии
Принцип минимума (закон Либиха), формирование экологических ниш для
окислительных, восстановительных процессов в водоемах, осадках и почве.
Периодические, непрерывные и полупериодические процессы культивирования
микроорганизмов, гомогенные реакторы и реакторы с биопленкой.
Хемостатный принцип культивирования, управление процессами с помощью
обратной связи. Кинетика микробиологических процессов, моделирование
роста микроорганизмов и деструкции вещества.
Материальный и энергетический баланс микробиологического процесса.
Стехиометрия роста микроорганизмов. Теория экономического коэффициента.
Физико-химические основы материально-энергетического баланса клеточного
метаболизма. Экономические коэффициенты использования углерода,
кислорода; относительные физиологические коэффициенты. Методы
управления непрерывными и периодическими процессами на основе
стехиометрических коэффициентов.
Критические явления в динамике химических и микробиологических
процессов. Представление о множественности стационарных состояний для
микробиологических процессов. Биодеградация токсичных соединений в
реакторах с биопленкой.
4
Тема 3. Аэробные и анаэробные процессы деструкции вещества
Перенос кислорода в биотехнических системах. Аэробные процессы
очистки сточных вод. Критерии проектирования; гомогенные реакторы,
аппараты с закрепленными клетками. Анаэробные процессы очистки сточных
вод и твердых отходов. Биохимия и микробиология процессов анаэробного
сбраживания органических веществ. Математическое моделирование процесса
метанообразования. Практика использования метанообразования в очистке
сточных вод и сельском хозяйстве.
Тема 4. Биоочистка газовых выбросов.
Физические и биологические закономерности улавливания и деградации
токсичных соединений микроорганизмами, принципы конструирования
биофильтров.
Тема 5. Твердые отходы. Компостирование и биодеградация растительных
отходов
Биодеградация твердых отходов. Основные принципы процесса
компостирования. Микробиологические, биохимические и биофизические
аспекты. Параметры процесса компостирования Моделирование процесса на
примере замкнутой экосистемы жизнеобеспечения человека. Применение
компоста.
Тема 6. Биоремедиация
Биоремедиация водных и почвенных систем загрязненных органическими
веществами и тяжелыми металлами. Теоретические основы
биоремедиационных работ, связь переноса биогенных элементов, их рецикла с
деструкцией загрязняющих среду органических веществ.
Тема 7. Бактериальное выщелачивание минерального сырья
Микроорганизмы и химия бактериального окисления сульфидных
минералов. Выщелачивание сульфидных минералов и концентратов руд,
использование растворителей. Бактериально-химическое осаждение тяжелых
металлов.
III. ТЕМАТИКА РЕФЕРАТОВ
К темам 2, 3 и 6: Принцип минимума в задачах биоремедиации нарушенных
земель и водоемов.
К теме 2, 3 и 7: Модельные представления о переносе серы и
биовыщелачивание сульфидного минерального вещества.
К темам 2, 4 и 5: Факторы ограничивающие скорость деградации
загрязняющих веществ в почвах, грунтах и методы
интенсификации процессов биоремедиации
К темам 2, 6 и 7: Закономерности переработки твердых отходов, и
компостирование, связи с биоремедиацией нарушенных земель
