Дополнительную спонсорскую поддержку при подготовке книги оказали фирма ЭнвироХеми (Германия), которая является одним из мировых лидеров в области реализации современных технологий анаэробно-аэробной очистки производственных сточных вод, и НТО «Приборсервис» – одна из ведущих фирм России в области очистки нефтезагрязненных природных и техногенных сред, активно использующая биотехнологические способы ремедиации на основе существующих и собственных научно-технических разработок и выпускаемого фирмой специализированного оборудования. <...> Экобиотехнология изучает, разрабатывает и применяет такие уже достаточно развитые технологии и методы, как биологическая очистка сточных вод (в аэротенках, на биофильтрах), переработка органических отходов (приготовление компостов, анаэробное сбраживание в метантенках и реакторах других конструкций, получение кормовых добавок и биоудобрений), биологическая дезодорация газов, а также сравнительно новые, применяемые для очистки загрязненных почв (биоремедиация почв), донного ила, осадков, водоемов, восстановления плодородия земель, получения и модификации «экологически дружественных» полимеров, поверхностно-активных веществ и других материалов и соединений с полезными свойствами, предотвращения коррозии, повреждений и обрастаний, в мониторинге и индикации. <...> В настоящее время в индустриально развитых странах биологические методы все более активно используются для решения проблем очистки загрязненных сред и восстановления нарушенных экосистем. <...> Среди примеров относительно новых направлений исследований: очистка почв от тяжелых металлов растениями-концентраторами (фиторемедиация); удаление загрязнений из воды с помощью водорослей, бактерий, грибов и биосорбентов, созданных на их основе; очистка природных сред от загрязнений с помощью специфических биопрепаратов и др. <...> В области переработки, утилизации твердых, жидких, газообразных отходов <...>
Прикладная_экобиотехнология._В_2_т._Т._1;_Т._2_[комплект]_(2).pdf
УДК 504.06+574+663.1
ББК 30.16:20.1я73
П75
А. Е. Кузнецов, Н. Б. Градова, С. В. Лушников, М. Энгельхарт,
Т. Вайссер, М. В. Чеботаева
С е р и я о с н о в а н а в 2009 г.
А в т о р с к и й к о л л е к т и в:
П75
Прикладная экобиотехнология : учебное пособие : в 2 т. Т. 1 /
А. Е. Кузнецов, Н. Б. Градова, С. В. Лушников [и др.]. — 5-е изд.,
электрон. — М. : Лаборатория знаний, 2024. — 702 с. — (Учебник
для высшей школы). — Систем. требования: Adobe Reader XI ;
экран 10". — Загл. с титул. экрана. — Текст : электронный.
ISBN 978-5-93208-826-5 (Т. 1)
ISBN 978-5-93208-825-8
В учебном пособии, написанном опытными преподавателями, известными
учеными и технологами из России и Германии, систематизирован
и обобщен материал по биологическим, инженерным, эколого-экономическим
основам, практическим методам и способам реализации современной
биотехнологии для решения задач охраны окружающей среды. В томе 1
рассмотрены методы биологической очистки загрязненных вод, дезодорации
газовоздушных выбросов, переработки органических отходов (в том числе
полимерных материалов) и ремедиации почв.
Для студентов, преподавателей вузов, аспирантов, научных работников,
инженеров-технологов и других специалистов по биотехнологии, решающих
задачи охраны окружающей среды и рационального использования
природных ресурсов.
УДК 504.06+574+663.1
ББК 30.16:20.1я73
Деривативное издание на основе печатного аналога: Прикладная экобиотехнология
: учебное пособие : в 2 т. Т. 1 / А. Е. Кузнецов, Н. Б. Градова,
С. В. Лушников [и др.]. — 2-е изд. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний,
2012. — 629 с. : ил., [4] с. цв. вкл. — (Учебник для высшей школы). —
ISBN 978-5-9963-0778-4 (Т. 1); ISBN 978-5-9963-0777-7.
В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных
техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать
от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации
ISBN 978-5-93208-826-5 (Т. 1)
ISBN 978-5-93208-825-8
© Лаборатория знаний, 2015
Стр.3
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ..........................................................................................3
Введение ................................................................................................5
Глава 1. Биологическая очистка сточных вод ..................................... 13
1.1. Сточные воды как объекты очистки ............................................ 13
1.1.1. Цель и нормативы очистки сточных вод ....................... 13
1.1.2. Основные показатели загрязненности
сточных вод ..................................................................... 15
1.1.3. Особенности сточных вод различного
происхождения ............................................................... 29
1.2. Общие принципы очистки сточных вод .................................. 34
1.3. Биологические методы очистки сточных вод .......................... 48
1.3.1. Классификация методов биологической очистки ........ 48
1.3.2. Показатели работы очистных сооружений
и их сравнение ................................................................. 52
1.4. Аэробная биологическая очистка ............................................. 56
1.4.1. Биоценозы сооружений аэробной очистки ................... 56
1.4.1.1. Активный ил ............................................................ 57
1.4.1.2. Биопленки и биообрастания ................................... 63
1.4.1.3. Показатели состояния активного ила
и биопленок ............................................................. 69
1.4.2. Основные биохимические процессы при аэробной
очистке ............................................................................ 73
1.4.3. Очистка с использованием естественных методов ........ 76
1.4.4. Очистка с активным илом .............................................. 79
1.4.4.1. Очистка в аэротенках .............................................. 79
1.4.4.2. Очистка в модифицированных сооружениях ....... 104
1.4.5. Очистка с биопленкой .................................................. 115
1.4.5.1. Очистка на биофильтрах ....................................... 115
1.4.5.2. Очистка в погружных и комбинированных
сооружениях ........................................................... 123
1.4.6. Пути совершенствования систем аэробной очистки .. 137
1.5. Анаэробная биологическая очистка ....................................... 149
1.5.1. Биоценозы и биохимические процессы
при анаэробной очистке ............................................... 149
1.5.2. Очистка в сооружениях традиционной
конструкции .................................................................. 173
1.5.3. Анаэробные реакторы нового поколения .................... 173
1.6. Технологические схемы многостадийной биологической
очистки сточных вод ............................................................... 193
Стр.694
694
Оглавление
1.7. Удаление биогенных элементов из сточных вод .................... 204
1.7.1. Биологическое удаление азота ..................................... 206
1.7.1.1. Влияние условий очистки на удаление азота ....... 206
1.7.1.2. Методы и технологии удаления азота ................... 216
1.7.2. Биологическое удаление фосфора ............................... 231
1.7.3. Биологическое удаление серы ...................................... 237
1.8. Обезвоживание осадков очистных сооружений .................... 239
1.9. Малые установки для локальных очистных
сооружений .............................................................................. 258
Глава 2. Биологическая очистка и дезодорация
газовоздушных выбросов ....................................................281
Глава 3. Переработка органических отходов ....................................294
3.1. Общая характеристика отходов .............................................. 294
3.2. Микробиологическая переработка органических
отходов ..................................................................................... 318
3.2.1. Обогащение кормовым белком .................................... 318
3.2.1.1. Технологические особенности микробиологической
конверсии в кормовой белок ................................. 324
3.2.1.2. Выделение и концентрирование биомассы
и белковых веществ ............................................... 342
3.2.1.3. Технико-химический контроль и обеспечение
качества продукции ............................................... 347
3.2.1.4. Принципы организации малоотходного
производства .......................................................... 350
3.2.1.5. Особенности переработки в кормовые
продукты некоторых отходов ................................ 353
3.2.2. Силосование ................................................................. 368
3.2.3. Компостирование ......................................................... 375
3.2.4. Аэробная стабилизация ................................................ 387
3.2.5. Анаэробное сбраживание и метаногенерация ............. 388
3.2.6. Биоконверсия в тепловую энергию и топливо ............ 393
3.2.7. Биоудобрения и биоинтенсивное земледелие ............. 411
3.2.8. Биодеструкция растительных полимеров
и материалов ................................................................. 424
3.2.9. Биодеградация синтетических полимерных
материалов и использование биодеградируемых
пластиков ...................................................................... 430
3.2.10. Складирование и захоронение твердых отходов......... 444
3.3. Вермикультивирование и вермикомпостирование ............... 451
3.3.1. Особенности дождевых червей как биологических
объектов культивирования ........................................... 452
3.3.2. Свойства продуктов и применение
вермикультивирования и вермикомпостирования ..... 456
3.3.3. Технологические основы вермикультивирования
и вермикомпостирования ............................................. 463
Стр.695
Оглавление
695
Глава 4. Биоремедиация почв ............................................................472
4.1. Основные факторы, влияющие на выбор
способов ремедиации почв ..................................................... 472
4.2. Классификация методов и технологий ремедиации ............. 481
4.3. Небиологические методы и технологии ремедиации ............ 483
4.3.1. Методы ex situ и on site ................................................... 483
4.3.1.1. Извлечение и захоронение .................................... 483
4.3.1.2. Фиксирование и стабилизация ............................. 484
4.3.1.3. Фракционирование ............................................... 486
4.3.1.4. Извлечение загрязнений ....................................... 487
4.3.1.5. Термообработка ..................................................... 491
4.3.1.6. Деструктивная очистка .......................................... 493
4.3.2. Методы in situ ................................................................ 499
4.3.2.1. Локализация загрязнения ..................................... 500
4.3.2.2. Промывка и отдувка .............................................. 511
4.3.2.3. Термообработка ..................................................... 517
4.3.2.4. Барьеры .................................................................. 521
4.3.2.5. Деструктивная очистка .......................................... 527
4.3.2.6. Электрокинетическая обработка .......................... 528
4.4. Биологические и комбинированные методы ......................... 529
4.4.1. Самоочищение (природное истощение) ..................... 530
4.4.2. Биостимулирование in situ ............................................ 532
4.4.3. Биоаугментация ............................................................ 545
4.4.4. Биоконцентрирование и локализация ......................... 548
4.4.5. Биомобилизация и биовыщелачивание ....................... 551
4.4.6. Реакционно-активные биобарьеры ............................. 552
4.4.7. Обработка в штабелях, буртах, насыпях,
компостированием ....................................................... 554
4.4.8. Обработка в биореакторах ............................................ 557
4.4.9. Комбинированные и гибридные процессы ................. 560
4.5. Специализированные биопрепараты ..................................... 562
4.5.1. Биопрепараты и их получение ..................................... 562
4.5.2. Биопрепараты для ликвидации загрязнений ............... 567
4.5.3. Биопрепараты для рекультивации территорий
и восстановления плодородия почв ............................. 587
4.6. Сравнение методов ремедиации ............................................. 597
4.7. Практические работы и затраты
при проведении биоремедиации ............................................ 604
4.7.1. Основные этапы биоремедиационных работ .............. 605
4.7.2. Мониторинг .................................................................. 613
4.7.3. Затраты на ремедиационные мероприятия ................. 616
Литература ......................................................................... 621
Сокращения ........................................................................ 651
Предметный указатель ...................................................... 656
Стр.696
Прикладная_экобиотехнология._В_2_т._Т._1;_Т._2_[комплект]_(3).pdf
УДК 504.06+574+663.1
ББК 30.16:20.1я73
П75
А. Е. Кузнецов, Н. Б. Градова, С. В. Лушников, М. Энгельхарт,
Т. Вайссер, М. В. Чеботаева
С е р и я о с н о в а н а в 2009 г.
А в т о р с к и й к о л л е к т и в:
П75
Прикладная экобиотехнология : учебное пособие : в 2 т. Т. 2 /
А. Е. Кузнецов, Н. Б. Градова, С. В. Лушников [и др.]. — 5-е изд.,
электрон. — М. : Лаборатория знаний, 2024. — 492 с. — (Учебник
для высшей школы). — Систем. требования: Adobe Reader XI ;
экран 10". — Загл. с титул. экрана. — Текст : электронный.
ISBN 978-5-93208-827-2 (Т. 2)
ISBN 978-5-93208-825-8
В учебном пособии, написанном опытными преподавателями, известными
учеными и технологами из России и Германии, систематизирован
и обобщен материал по биологическим, инженерным, экологоэкономическим
основам, практическим методам и способам реализации
современной биотехнологии для решения задач охраны окружающей среды.
В томе 2 рассмотрены методы очистки водоемов и водохранилищ с применением
растений и водорослей, удаления нефтезагрязнений и тяжелых
металлов, биомониторинг и биоиндикация, а также эколого-экономические
и нормативно-законодательные основы природоохранной деятельности.
Для студентов, преподавателей вузов, аспирантов, научных работников,
инженеров-технологов и других специалистов по биотехнологии, решающих
задачи охраны окружающей среды и рационального использования
природных ресурсов.
УДК 504.06+574+663.1
ББК 30.16:20.1я73
Деривативное издание на основе печатного аналога: Прикладная экобиотехнология
: учебное пособие : в 2 т. Т. 2 / А. Е. Кузнецов, Н. Б. Градова,
С. В. Лушников [и др.]. — 2-е изд. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний,
2012. — 485 с. : ил., [4] с. цв. вкл. — (Учебник для высшей школы). —
ISBN 978-5-9963-0779-1 (Т. 2); ISBN 978-5-9963-0777-7.
В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных
техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать
от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации
ISBN 978-5-93208-827-2 (Т. 2)
ISBN 978-5-93208-825-8
© Лаборатория знаний, 2015
Стр.3
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 5. Использование растений и водорослей для очистки
загрязненных вод и почв .........................................................3
5.1. Особенности накопления и трансформации загрязнений
растениями и водорослями ......................................................... 3
5.2. Методы очистки и обезвреживания загрязненных сред
с использованием водорослей и растений ............................... 11
5.3. Биопруды и гидроботанические площадки ............................. 14
5.3.1. Биопруды......................................................................... 14
5.3.2. Гидроботанические площадки ........................................ 18
5.3.3. Водоросли и растения-макрофиты биопрудов
и гидроботанических площадок ..................................... 23
5.4. Фиторемедиация ....................................................................... 28
5.4.1. Фитоэкстракция ............................................................. 28
5.4.2. Фитотрансформация, фитодеградация,
фитоиспарение ............................................................... 35
5.4.3. Ризосферная биоремедиация ......................................... 39
5.4.4. Фитостабилизация .......................................................... 42
5.4.5. Фитозаградительные барьеры ........................................ 43
5.4.6. Изолирующий растительный покров ............................ 45
5.4.7. Ризофильтрация .............................................................. 46
5.4.8. Поля орошения ............................................................... 48
5.4.9. Выбор и пути совершенствования фитометодов
очистки природных сред ................................................ 52
5.4.10. Содержание практических работ при проведении
фиторемедиации ............................................................. 58
5.4.11. Затраты на фиторемедиацию ......................................... 58
Глава 6. Восстановление озерных экосистем ................................... 60
6.1. Антропогенное нарушение озерных экосистем ....................... 60
6.2. Методы восстановления экосистем озер и водохранилищ ..... 66
6.2.1. Предотвращение эвтрофикации .................................... 68
6.2.2. Борьба с заилением и зарастанием макрофитами
и водорослями ................................................................. 72
6.2.3. Борьба с загрязнением органическими ксенобиотиками
и тяжелыми металлами ................................................... 78
6.2.4. Восстановление закисленных озер ................................ 80
6.2.5. Устранение теплового загрязнения ................................ 81
6.2.6. Восстановление обмелевших и ранее спущенных озер..... 82
6.2.7. Снижение негативного влияния рекреации .................. 82
6.3. Содержание практических работ при
восстановлении озерных экосистем ......................................... 83
Стр.484
484
Оглавление
Глава 7. Очистка загрязненных сред от нефти
и нефтепродуктов .................................................................. 88
7.1. Состав нефти и нефтепродуктов .............................................. 88
7.2. Особенности воздействия нефти и нефтепродуктов
на природные среды .................................................................. 93
7.3. Особенности и условия трансформации нефти
и нефтепродуктов в водных и почвенных средах ..................... 96
7.4. Способы очистки от загрязнения нефтью
и нефтепродуктами ................................................................. 105
7.5. Проведение ремедиационных и рекультивационных работ
при загрязнении поверхности водоемов и почв .................... 111
7.6. Особенности проведения очистных работ при загрязнении
подземных горизонтов и грунтовых вод ................................. 135
Глава 8. Биологическое удаление тяжелых металлов
и радионуклидов ........................................................................ 140
8.1. Тяжелые металлы и радионуклиды как приоритетные
загрязнения ............................................................................. 140
8.2. Очистка водных сред ............................................................... 142
8.3. Очистка почвенных сред и твердых отходов .......................... 157
Глава 9. Биоповреждения и биокоррозия .........................................171
9.1. Определение и классификация биоповреждений ................. 171
9.2. Микробиологическая коррозия и повреждение
материалов ............................................................................... 173
9.2.1. Коррозия металлических изделий ............................... 177
9.2.2. Коррозия зданий и строительных материалов ........... 186
9.2.3. Повреждение полимерных материалов ....................... 189
9.2.4. Повреждение микроорганизмами
других материалов ......................................................... 191
9.3. Защита материалов от биоповреждений ................................ 193
Глава 10. Мониторинг окружающей среды, биотестирование
и биоиндикация .....................................................................200
10.1. Мониторинг ............................................................................ 200
10.2. Биотестирование и биоиндикация ......................................... 204
10.2.1. Химические тест-методы ............................................. 205
10.2.2. Методы биотестирования и биоиндикации ................ 206
10.3. Особенности биоиндикации в природных средах ................. 225
10.3.1. Биоиндикация в воздухе .............................................. 226
10.3.2. Биоиндикация водных экосистем ............................... 228
10.3.3. Биоиндикация загрязнения почвы ............................. 231
Глава 11. Токсикологическое и экологическое нормирование ........236
11.1. Цели, задачи и основные принципы ...................................... 236
11.2. Методология санитарно-гигиенического
нормирования ......................................................................... 240
Стр.485
Оглавление
485
11.3. Особенности нормирования загрязнения природных сред ...... 244
11.3.1. Нормирование загрязняющих веществ в воздухе ....... 244
11.3.2. Нормирование загрязняющих веществ
в водных объектах .......................................................... 247
11.3.3. Нормирование загрязняющих веществ в почве .......... 250
11.4. Расчеты ПДВ и ПДС ............................................................... 257
11.5. Особенности экологического нормирования ........................ 258
11.6. Биобезопасность, особенности получения разрешений
на использование и нормирование воздействия
компонентов биотехнологических производств
и биопрепаратов ..................................................................... 263
Глава 12. Законодательные и эколого-экономические
механизмы реализации природоохранных технологий ....275
12.1. Природоохранное законодательство в России ...................... 275
12.2. Механизмы реализации природоохранной деятельности ..... 277
12.2.1. Административно-правовые механизмы .................... 278
12.2.2. Экономические механизмы ......................................... 283
12.2.3. Организационно-управленческие средства ................ 291
12.3. Оценка качества окружающей среды, ОВОС и оценка риска ... 305
12.3.1. Оценка качества окружающей среды .......................... 305
12.3.2. Оценка воздействия на окружающую среду ............... 311
12.3.3. Оценка риска ................................................................ 316
12.4. Малоотходные технологии и экологически
чистое производство ............................................................... 326
12.4.1. Ресурсосберегающие, малоотходные
и безотходные технологии ......................................... 326
12.4.2. Экологически чистое производство ........................... 328
12.4.3. Экологически чистые биотехнологии и биологическая
очистка сточных вод.................................................... 342
12.5. Эколого-экономическая оценка природоохранных
технологий .............................................................................. 348
12.5.1. Выбор технологических и конструкторских
решений ...................................................................... 348
12.5.2. Затраты на природоохранную деятельность, экологический
ущерб и эколого-экономический эффект .......... 351
Приложение 1. Оценочный технико-экономический расчет процессов
биосинтеза и биологической очистки .......................356
Приложение 2. Методики определения токсичности воды
и мутагенного действия
с использованием биотест-систем ...........................405
Литература ..........................................................................................411
Сокращения ........................................................................................441
Предметный указатель ......................................................................446
Стр.486