Глава 10. Использование микроорганизмов в охране окружающей среды

«Отходы в доходы» – так кратко можно обозначить стратегию очистке окружающей среды от продуктов жизнедеятельности человека. Тактика современной биотехнологии окружающей среды определяется словами «Не навреди природе». Издревле в крестьянских хозяйствах практиковалось получение из отходов удобрений, улучшающих структуру и плодородие почвы. При этом проблемы отходов практически не существовало. Концентрация населения в городах и промышленных районах привела к перепроизводству отходов, превышающему способность микробного населения окружающей почвы и водоемов минерализовать их. Еще в городах Древнего Египта, Греции и Рима существовали канализационные системы, по которым отходы жизнедеятельности людей и животных транспортировали в водоемы – реки, озера и моря. В Древнем Риме перед сбросом в реку Тибр канализационные стоки накапливали и выдерживали в накопительном пруде-отстойнике. В Средние века этот опыт был в значительной степени забыт. Помои, экскременты людей и животных выливались на город­ские улицы и удалялись эпизодически. Это вызывало загрязнение и заражение источников питьевой воды и приводило к возникновению эпидемий холеры, тифа, амебной дизентерии и др. В начале XIX в.в Англии был изобретен туалет с водяным смывом. Возникла очевидная необходимость в обработке сточных вод и предотвращении их попадания в источники питьевой воды. Сточные воды собирали и выдерживали в больших емкостях, осадок использовали в качестве удобрений.

В начале XX в. были разработаны интенсивные системы очистки бытовых сточных вод, включая поля орошения, где вода очищалась, фильтруясь через почву, струйные фильтры со щебневой и песчаной загрузкой, а также резервуары с принудительной аэрацией – аэротенки. Последние являются основным узлом современных станций аэробной очистки городских сточных вод.

Первоначально основной целью очистки стоков было их обеззараживание. Сегодня проблема чистой воды считается одной из актуальнейших проблем наступившего века.

Интенсификация сельского хозяйства, технический прогресс в промышленности, на транспорте привели к образованию диспропорций в окружающей среде, к деформации установившихся равновесий экосистем, к ухудшению экологической ситуации во всех сферах деятельности человека. Промышленные предприятия загрязняют атмосферу газообразными и твердыми выбросами, водоемы – стоками, которые содержат большое количество вредных, а иногда и сильно ядовитых веществ, от которых страдают фауна и флора. Эти вещества через растения и животных поступают в пищу человека. Химизация сельскохозяйственного производства также приводит к загрязнению почвы, водоемов, воздуха, пищевых продуктов.

Рост населения Земли требует увеличения ресурсов продовольствия. В период так называемой «зеленой революции» (1956 – 1970 гг.) в мире было достигнуто среднегодовое увеличение продуктов питания на 2,2 % в результате селекции высокоурожайных сортов сельскохозяйственных растений, широкого применения минеральных удобрений, гербицидов, пестицидов, ирригации земель, механизации.

Стремление увеличить ресурсы питания приводит к быстрому ухудшению экологической ситуации в сфере сельскохозяйственного производства. Происходят истощение почвы (уменьшение гумуса), ее уплотнение и засорение минеральными веществами, ядохимикатами, загрязнение водоемов, продуктов питания. В результате недостатка в почве органических удобрений в последнее время наблюдалось существенное снижение гумуса.

В крупных городах большую экологическую проблему представляют твердые и жидкие отходы. Ежедневно каждый городской житель в среднем выбрасывает 2 – 3 кг различных отходов, половина которых – бумага и упаковочные материалы. В Москве на свалку ежегодно вывозят 8 – 10 млн т отходов, в том числе 5 млн т коммунальных. На улицах Нью-Йорка ежегодна собирают 8 млн т отходов, Токио – 4,5 млн т, Лондона – 3 млн т.

Большую опасность, чем твердые отходы, для экологии представляют жидкие стоки. Если в начале столетия каждый горожанин для индивидуальных нужд потреблял в сутки 15 – 20 л воды, то сегодня в индустриально развитых странах эта цифра возросла до 350 – 400 л. Если учесть еще индустриальный расход воды, то на одного человека суточный расход воды составляет около 4 м³.