WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные материалы
 

«УДК 541.135.4 МЕТОДЫ ИЗЛОЖЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ БИОТЕХНОЛОГИИ В ШКОЛЕ Г.А. Бекова, учитель Теректинская средняя школа (Талдыкорган), Казахстан Аннотация. В настоящей работе изложены основные ...»

УДК 541.135.4

МЕТОДЫ ИЗЛОЖЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ БИОТЕХНОЛОГИИ В ШКОЛЕ

Г.А. Бекова, учитель

Теректинская средняя школа (Талдыкорган), Казахстан

Аннотация. В настоящей работе изложены основные значимые направления современной

биотехнологии и пути ее развития. При проведении урока по биологии в старших классах важно

акцентировать превалирующую роль современной биотехнологии во всех сферах жизни и деятельности

человечества. Выделены следующие основные направления биотехнологии: биоэнергетика, биоэлектроника с учетом выбора специальности выпускных классов школы.

Ключевые слова: биомасса, биогаз, биометаногенез, ацидогенез, метаногенез, энергоконверсия.

Растительный покров Земли составляет более 1800 млрд. т сухого вещества, что энергетически эквивалентно известным запасам энергии полезных ископаемых. Леса составляют около 68% биомассы суши, травяные экосистемы – примерно 16%, а возделываемые земли – только 8%. Для сухого вещества простейший способ превращения биомассы в энергию заключается в сгорании – оно обеспечивает тепло, которое в свою очередь превращается в механическую или электрическую энергию. Что же касается сырого вещества, то в этом случае древнейшим и наиболее эффективным методом превращения биомассы в энергию является получение биогаза (метана) [1].

Метановое «брожение», или биометаногенез, – давно известный процесс превращения биомассы в энергию. Он был открыт в 1776 г.



Вольтой, который установил наличие метана в болотном газе. Биогаз, получающийся в ходе этого процесса, представляет собой смесь из 65% метана, 30% углекислого газа, 1% сероводорода (Н2S) и незначительных количеств азота, кислорода, водорода и закиси углерода. Болотный газ дает пламя синего цвета и не имеет запаха. Его бездымное горение причиняет гораздо меньше неудобств людям по сравнению со сгоранием дров, навоза жвачных животных или кухонных отбросов. Энергия, заключенная в 28 м3 биогаза, эквивалентна энергии 16,8 м3 природного газа, 20,8 л нефти или 18,4 л дизельного топлива.

Метановое «брожение» происходит в водонепроницаемых цилиндрических цистернах (дайджестерах) с боковым отверстием, через которое вводится ферментируемый материал. Над дайджестером находится стальной цилиндрический контейнер, который используется для сбора газа; нависая над бродящей смесью в виде купола, контейнер препятствует проникновению внутрь воздуха, так как весь процесс должен происходить в строго анаэробных условиях. Как правило, в газовом куполе имеется трубка для отвода биогаза [2].

Дайджестеры изготовляют из глиняных кирпичей, бетона или стали. Купол для сбора газа может быть изготовлен из нейлона; в этом случае его легко прикреплять к дайджестеру, изготовленному из твердого пластического материала. Газ надувает нейлоновый мешок, который обычно соединенс компрессором для повышения давления газа.

В тех случаях, когда используются отходы домашнего хозяйства или жидкий навоз, соотношение между твердыми компонентами и водой должно составлять 1:1 (100 кг отходов на 100 кг воды), что соответствует общей концентрации твердых веществ, составляющей 8-11% по весу. Смесь сбраживаемых материалов обычно засевают ацетогенными и метаногенными бактериями или отстоем из другого дайджестера.

Низкий рН подавляет рост метаногенных бактерий и снижает выход биогаза; такой же эффект вызывает перегрузка дайджестера. Против закисления используют известь. Оптимальное «переваривание» происходит в условиях, близких к нейтральным (рН 6,0-8,0). Максимальная температура процесса зависит от мезофильности или термофильности микроорганизмов (30-40°С или 50-60°С); резкие изменения температуры нежелательны.





Обычно дайджестеры загружают в землю, чтобы использовать изоляционные свойства почвы. В странах с холодным климатом их нагревают при помощи устройств, которые применяют при компостировании сельскохозяйственных отходов.

С точки зрения питательных потребностей бактерий избыток азота (например, в случае жидкого навоза) способствует накоплению аммиака, который подавляет рост бактерий. Для оптимальной переработки соотношение C/N должно быть порядка 30:1 (по весу). Это соотношение можно изменять, смешивая субстраты, богатые азотом, с субстратами, богатыми углеродом. Так, C/N навоза можно изменить добавлением соломы или жома сахарного тростника [3].

Отходы пищевой промышленности и сельскохозяйственного производства характеризуются высоким содержанием углерода (в случае перегонки свеклы на 1 литр отходов приходится до 50 граммов углерода), поэтому они лучше всего подходят для метанового «брожения», тем более, что некоторые из них получаются при температуре, наиболее благоприятной для этого процесса.

Желательно перемешивать суспензию сбраживаемых веществ, чтобы воспрепятствовать расслаиванию, которое подавляет брожение. Твердый материал необходимо раздробить, так как наличие крупных комков препятствует образованию метана. Обычно длительность переработки навоза крупного рогатого скота составляет © Бекова Г.А. / Bekova G.A., 2014 две-четыре недели. Двухнедельной переработки при температуре 35°С достаточно, чтобы убить все патогенные энтеробактерии и энтеровирусы, а также 90% популяции Ascaris lumbricoides и Ancylostoma.

Еще в 1979 году конференция ООН по науке и технике для развивающихся стран, и эксперты "Экономической и социальной комиссии по странам Азии и Тихого океана" подчеркивали достоинства интегрированных сельскохозяйственных программ, использующих биогаз. Такие программы направлены на разработку пищевых культур, а также на производство белка культурами водорослей, создание рыбных ферм, переработку отходов и превращение различных отбросов в удобрения и энергию в виде метана [4].

В конце 1979 г. в Индии работало менее 100 000 установок. В Китае в этот же период насчитывалось 10 млн. установок. Сырьем для загрузки установок в этих странах являются отходы животноводческих ферм и птицефабрик. В Центральной Америке построены установки, работающие на отходах производства кофе. В Масатенанго была построена фабрика, выпускающая 90 м3 биогаза в сутки и 900 т органических удобрений в год из отходов кофе. Биогаз обеспечивает работу двигателя мощностью 35 л. с., являющегося частью устройства, которое лущит кофе со скоростью 3 т/ч, вырабатывает 1500 Ватт электроэнергии и обеспечивает работу компрессора. В Израиле с 1974 г. производством биогаза занимается «Ассоциация киббуци индастриз» (KIA).

Проведены фундаментальные исследования процесса метаногенеза при активном участии нескольких университетов и промышленных исследовательских институтов под эгидой министерства энергетики. Анаэробное брожение происходит при 55°С. Исследователям удалось добиться повышения выхода биогаза до 4-6,5 м3 в сутки на каждый кубометр объема цистерны дайджестера (что в десять раз превышает обычный выход).

Проведение лабораторных работ по биологии в нашей школе, сопряжено с экспериментами по физике в области электроники. Биотехнология может быть использована для создания улучшенных типов биосенсоров и новых приводящих устройств, называемых биочипы. Биотехнология делает возможным создание устройств, в которых белки являются основой молекул, действующих как полупроводники. Для индикации загрязнений различного происхождения в последнее время стали использовать не химические реагенты, а биосенсоры – ферментные электроды, а также иммобилизованные клетки микроорганизмов. Ферменты обладают высочайшей чувствительностью.

Биоселективные датчики создают также путем нанесения на поверхность ионоселективных электродов целых клеток микроорганизмов или тканей. Например, Neurospora europea – для определения NH3, Trichosporon brassiacae – для определения уксусной кислоты.

В качестве сенсоров используют также моноклональные антитела, обладающие исключительно высокой избирательностью. Лидерами в производстве биодатчиков и биочипов являются японские компании, такие как Hitachi, Sharp. Например, компания Hitachi в начале 90-х годов создает проектную групп численностью в 200 человек исключительно для работ в области биоэлектроники. Компания Sharp проводит исследования по разработке компьютеров с биокомпонентами [5].

Появляется новый тип полупроводников, проводящую функцию в которых осуществляют молекулы белков. Такие ферментные системы работают с большей скоростью, чем кремниевые полупроводники. Биочипы имеют небольшие размеры, надежны и способны к самосборке. Еще одна японская компания, Sony, запатентовала способ производства высококачественных акустических систем из целлюлозы, образуемой бактериями. Гелеобразная целлюлоза высушивается. Полученный материал имеет структуру сот и используется в качестве плоской диафрагмы акустических систем.

–  –  –

Abstract. The main significant directions of modern biotechnology and ways of its development are stated in this work. In holding biology lesson in senior classes, it is important to emphasize a dominant role of modern biotechnology in all life spheres. The following main directions of biotechnology are distinguished: bioenergetics, bioelectronics taking into account a choice of specialty of graduation classes at school.

Keywords: biomass, biogas, biomethanogenesis, acidogenesis, methanogenesis, energy conversion.



Похожие работы:

«ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2004. №3. С. 103–107. УДК [634.741:641.524.6].004.12 ОПРЕДЕЛЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В ALOCASIA MACRORRHIZA Е.А. Антипова1, С.М. Юдина1, Л.Е. Тимофеева1, Е.А.Лейтес2* Алтайский государственный медицинский университет, пр....»

«Смотрич Евгения Александровна Топография роговицы и распределение механических напряжений в ней при различных видах корнеальной хирургии. 14.01.07 – глазные болезни Диссертация на соискание ученой степени кандидата ме...»

«Вопросы вступительного экзамена по специальности для поступающих в магистратуру 6M080700Лесные ресурсы и лесоводство "Дендрология"1. Полная лесоводственная характеристика сосны обыкновенной. Биологические, экологические особенности. Формовое разнообразие. Декоративные качества. Значение пор...»

«МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ ОХРАНА ПРИРОДЫ ОБРАЩЕНИЕ С ОТХОДАМИ ТЕХНИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ ОТХОДА Состав, содержание, изложение и правила внесения изменений ГОСТ 17.9.0.2-99 Межгосударственный СОВЕТ по стандартизации, метрологии и сертифик...»

«О реализации Федерального закона от 03.07.2016 № 372-ФЗ "О внесении изменений в Градостроительный кодекс Российской Федерации и отдельные законодательные акты Российской Федерации" 01.09.2016 1 Ключевые этапы реорганизации систем...»

«Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный горный университет" УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ САМО...»

«ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2009. №3. С. 123–132. УДК 615.322:582.736.3(470.62/.67) БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА АСТРАГАЛА ЭСПАРЦЕТНОГО, ПРОИЗРАСТАЮЩЕГО В ПРЕДКАВКАЗЬЕ © Н.Н. Гужва Пятигорская государственная фармацевтическая академия, пр. Кали...»

«2 1. Аннотация Кандидатский экзамен по специальной дисциплине для аспирантов специальности 03.03.01физиология проводится кафедрой "Физиологии и этологии животных". Общая трудоемкость кандидатского экзамена составляет 1 зачетную единицу, 36 часо...»

«142 ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 2016. Т. 26, вып. 2 БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ УДК 502.3 Т.Е. Данова, М.П. Никифорова ОТКЛИК РЕКРЕАЦИОННЫХ РЕСУРСОВ КРЫМСКОГО ПОЛУОСТРОВА НА СОВРЕМЕННЫЕ КЛИМАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В раб...»

«Экология микроорганизмов Юг России: экология, развитие. №4, 2010 Ecology of microorganisms The South of Russia: ecology, development. №4, 2010 ЭКОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ УДК 579.24:579.266:579.68:579.81 БИОРАЗНООБРАЗИЕ ЦИАНОБАКТЕРИЙ В ПОЧВАХ АСТРАХАНСКОЙ ОБЛАСТИ © 2010 Ю.В. Батаева, И.С. Дзержинская...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.