Екологична биотехнология

Учебникът очертава обхвата и съдържателната същност на екологичната биотехнология, и връзката ѝ с микробиологията и функционалната екология. Представен е понятийният апарат, системите за биодеградация, процесите на биодеградация са илюстрирана с конкретни примери и механизми при различни ксенобиотици (фенолни деривати, нефтени въглеводороди, полициклични ароматни въглеводороди, полихлорирани бифенили, пестициди, детергенти и други).

Разгледани са въпросите за биотехнологичното третиране на отпадъчните води, замърсените почви, вредните газови емисии, твърдите отпадъци, а така също - неутрализирането на тежките метали, като всичко това е пречупено през принципите и изискванията на екологичния мениджмънт. Обсъдени са въпросите, свързани с алтернативната биотехнология - производство и приложение на биопестициди и на микробиални торове, и осигуряване и приложение на алтернативни енергийни източници на биотехнологична основа. Разгледан е проблемът за безопасността и за генетично манипулираните организми. Заключителните въпроси са посветени на някои методологични аспекти на съвременната екологична биотехнология. Учебникът е рецензиран от академик Атанас Атанасов, дсн. и професор Галин Петров, дхн.

Учебникът по Екологична биотехнология е предназначен за обучение на студенти (бакалаври, магистри и докторанти) от различни специалности и професионални направления на Биологически факултет на СУ Св. Климент Охридски, изучаващи под една или друга форма екобиотехнологиите. В по-широк план учебникът би бил полезна учебна и консултативна литература за специализанти, изследователи, преподаватели, специалисти, технолози, инженери, мениджъри, работещи в областта на екологичната биотехнология, чистите технологии и кръговата икономика.

"Същност на биологичното водопречистване. Обща схема на пречиствателна станция

Биотехнологичното пречистване на водите е компонент от общия водопречиствателен процес. В биотехнологичния вариант то представлява непрекъснато развиващи се технологии с разнообразни иновационни елементи. В последните години тези елементи в технологиите и контрола се отнасят към високите технологии. Независимо колко съвременна е технологията, пречистените води се вливат /заустват във водоприемниците/ във водните екосистеми. Това е причината биологичното водопречистване да се разглежда като непрекъснат процес, започващ в екобиотехнологиите, но приключващ и кореспондиращ със самопречиствателните процеси във водоприемниците.

Същност на биологичното водопречистване

Биологичното водопречистване протича в естествените водни тела и в специално конструирани водопречиствателни съоръжения и технологии. В естествените водни тела комплексните процеси на трансформация на органиката се наричат самопречиствателни процеси. Най-съществените разлики между самопречиствателните процеси във водните тела и водоприемниците, както и във водопречиствателните технологии са посочени в
Таблица 25.1.

Водопречистването в пречиствателни станции с различен мащаб и конструктивни варианти представлява пример за конкретна екологична биотехнология. В съвременните си варианти тези технологии са на принципите на едновременното и ефективно елиминиране на въглерод, азот и фосфор, включващи едновременно бърза минерализация и детоксикация. Така те осигуряват пълно пречистване на водите и възможността те да бъдат използвани повторно или да се заустват във водоприемници, които са в изключително добро екологично състояние. Една екологична биотехнология представлява четири компонентна система, в която всички елементи са съществени: 1/ Съоръжение (биореактори) - биобасейни, вторични утаители, биофилтри, триклинг биофилтри, пясъчни биофилтри и др.; 2/ Биологична система - активни утайки - флокуларни, пелетезирани, биофилми, биофилми и активни утайки, обогатени с микробиологични или ензимологични препарати и др.; 3/ Технологични параметри на процеса - дебит на отпадъчната вода, обемно натоварване на активната утайка, утаителен индекс на активната утайка, концентрация и възраст на активната утайка, ефективност на елиминиране на замърсителите, ХПК, БПК 5 , разтворен кислород, редокс потенциал, други хидрохимични показатели; 4/ Система за контрол и управление - автоматизирани и компютъризирани устройства за контрол на горепосочените параметри, оборудвани лаборатории за контрол по GLP, обучен персонал, системи за процесен контрол, цялостен мониторинг и одит.

Водопречиствателните технологии се реализират в пречиствателни станции, които са изключително разнообразни по мащаб, съвременност на технологиите, аранжировка на съоръженията и процесите, по принципите си на управление, по типа на отпадъчните води, които пречистват. В най-общия случай целта на биологичното водопречистване е да се отстранят замърсителите във водите, да се осигури на потребителя вода в достатъчно количество и с високо качество, да се отговори на изискванията на законодателството за поддържане на качеството на водите във водоприемниците и доброто екологично състояние на водните екосистеми, да се спазват екологичните норми съгласно Европейската рамкова директива, да се реализира лоялен и печеливш бизнес."
Из книгата

Въведение
Съдържателно ядро на Екологичната биотехнология

• Същност, място и роля на биотехнологичните методи при опазването на околната среда
• Функционалната екология като научна основа на екологичната биотехнология
• Основен понятен апарат в екологичната биотехнология
• Метаболизъм на екосистемите. Абиотичната биотехнология
• Биотични и комбинирани превръщания на веществата

Системи за биодеградация

• Системи за биодеградация - същност, класификация, биохимично-генетична организация и еволюция
• Ензимологична характеристика на системите за биодеградация
• Роля на нисшите трофични равнища и на екологичните хемомедиатори при функционирането на биодеградационните системи
• Роля на цитохром P-450 системите при биодеградационните системи

Биогеохимични цикли на азот, сяра и фосфор

• Цикъл на азота в екосистемите
• Цикъл на сярата в екосистемите
• Фосфорът в метаболизма на екосистемите

Механизми на биодеградационните процеси

• Механизми на аеробната биодеградация на алифатни въглеводороди
• Механизми на аеробната биодеградация на аеробни условия
• Анаеробна биодеградация на отпадъчни вещества и на ксенобиотици

Биодеградация на арил-съдържащи ксенобиотици

• Биодеградация на фенол
• Биодеградация на високомолекулни ксенобиотици
• Биодеградация на нефт

Биодеградация на други ключови групи замърсители

• Биодеградация на пестициди
• Биодеградация на синтетични детергенти
• Разграждане на биополимери
• Някои аспекти от формите и ролята на биоконверсията в екологичната биотехнология

Биотехнологично пречистване на води

• Биотехнологично третиране на води. Водни цикли. Класификация на замърсителите
• Същност на биологичното водопречистване. Обща схема на пречиствателна станция
• Сравнение на аеробни и анаеробни методи за пречистване. Анаеробни методи за пречистване на води. Комбинация аеробен / анаеробен модул във водопречистването
• Модулни схеми за съвместно отстраняване на въглерод, азот и фосфор. Съоръжения с фиксирана биомаса - биофилтри
• Структура и функции на биологичните системи, ангажирани в пречистването на водите - активни утайки и биофилми

Биотехнологично третиране на замърсени природни ресурси

• Селектирани микробиоценози и биопрепарати в пречиствателна практика. Подходи на биоаугментация на пречиствателните процеси
• Биотехнологично елиминиране на вредни газови системи
• Биоремедиация на седименти, утайки и почви
• Биотехнологична рекултивация на почви
• Биотехнологично третиране на твърди отпадъци
• Тежките метали в контекста на екологичната биотехнология

Алтернативни биопрепарати и енергоносители

• Биопестициди - видове, производство и приложение
• Микробиални торове - агроекологична обстановка и производствена схема
• Алтернативни енергоносители на биотехнологична основа
• Биология и технология на метаногенезата

Метологични подходи в Екологичната биотехнология

• Методологически аспекти при изследването и управлението на биодеградационните процеси
• Основни показатели за контрол и управление на пречиствателните процеси
• Моделиране и мащабен преход
• Биоразнообразие и стабилност на екосистемите
• Индустриалният метаболизъм и екологичната биотехнология
• Безопасност, биориск и ГМО

Заключение
Библиография
Приложение