Biologisk nedbrytning

Biologisk nedbrytning ( biologisk nedbrytning , biologisk nedbrytning ) - förstörelsen av komplexa ämnen , material , produkter som ett resultat av levande organismers aktivitet; oftast, när man nämner biologisk nedbrytning, antyds verkan av mikroorganismer , svampar , alger . Men i strikt mening definieras termen inte av storleken på biologiska organismer.

Den biologiska nedbrytningshastigheten bestäms av typen/typerna av organismer som är involverade, förhållandena (temperatur, luftfuktighet), ljus och många andra faktorer.

Roll i biosfären

Biologisk nedbrytning är en av huvudmekanismerna för att förstöra mänskligt avfall i naturen: både avfall, i själva verket, från vital verksamhet, och industriavfall. Nästan alla är biologiskt nedbrytbara i större eller mindre grad. organiska och många oorganiska föroreningar, möjligen med undantag för radioaktiva ämnen . Det är biologisk nedbrytning som är huvudmekanismen för självläkning/motstånd hos ekosystem mot antropogena effekter .

Mänskligt bruk

Fenomenet kan användas för praktiska, icke-miljömässiga ändamål. Till exempel används den biologiska nedbrytningen av hushållsavfall (matavfall) för att producera biogas . Detta utnyttjar det faktum att mikroorganismer, vid konsumtion av avfall av en annan natur, avger samma produkt - metan .

Biologisk nedbrytning av plast

Biologiskt nedbrytbar plast är de typer av plast som behåller de erforderliga egenskaperna och mekaniska hållfastheten under hela användningsperioden, men bryts ned till komponenter och giftfria tillsatser efter användning. [1] Denna nedbrytning uppnås genom inverkan av mikroorganismer på materialet, vanligtvis en vattenolöslig plast. [2] Biologiskt nedbrytbar plast framställs genom kemisk syntes, jäsning av mikroorganismer och av kemiskt förändrade naturmaterial (se Bioplaster ). [3]

Biologisk nedbrytningshastighet varierar mycket för olika typer av plast. Till exempel används PVC -baserade rör i avloppssystem för uppsamling av avloppsvatten , eftersom PVC motstår biologisk nedbrytning. Vissa förpackningsmaterial är utformade för att brytas ned snabbare efter exponering för miljön. [fyra]

Exempel på snabbt nedbrytande syntetiska polymerer: polykaprolakton , andra polyestrar och aromatiska alifatiska estrar (deras esterbindningar är känsliga för vattenangrepp). Viktiga exempel är poly-3-hydroxibutyrat , förnybar plast baserad på polylaktid , syntetisk polykaprolakton . Cellulosabaserad biologiskt nedbrytbar plast används också: cellulosaacetat och celluloid ( cellulosanitrat ) .

Under förhållanden med anaerob nedbrytning ( med låg syrehalt i miljön ) sönderfaller plast långsammare. Nedbrytningsprocessen kan påskyndas genom att använda kompostering (aerob nedbrytning). Stärkelsebaserad plast bryts ner inom två till fyra månader under privata komposteringsförhållanden, medan polylaktid kräver högre temperaturer för att sönderfalla. [5] Formuleringar baserade på polykaprolakton och kombinationer av polykaprolakton och stärkelse sönderfaller långsammare, men närvaron av stärkelse påskyndar nedbrytningen, skapar porer och ökar ytan av polykaprolakton. Sådana föreningar sönderdelas under många månader. [6] 2016 rapporterades bakterien Ideonella sakaiensis att bryta ned polyetylentereftalat (PET) som används i plastflaskor .

Europeiska unionen har infört fyra kriterier för att klassificera material som komposterbart (standard EN 13432, GOST R 54530-2011): [7] [8] [9]

1. Kemisk sammansättning : innehållet av flyktiga ämnen, tungmetaller, samt fluor är begränsat
2. Biologisk nedbrytbarhet : Mikrobiell omvandling av mer än 90 % av utgångsmaterialet till CO2, vatten och mineraler inom högst 6 månader.
3. Förstörelse av strukturen : minst 90 % av den initiala massan måste sönderdelas till partiklar som kan passera genom en sikt med maskor på 2x2 mm.
4. frånvaron av giftiga ämnen och andra ämnen som förhindrar kompostering.

Negativa aspekter

Åldrande /förstöring av material, matförstöring.

Stridmetoder

• Kylning . Den mest kända enheten för att bekämpa biologisk nedbrytning av produkter är en kyl och frys för hushåll . Kylning/frysning saktar ner eller stoppar den vitala aktiviteten hos de flesta organismer. Detta möjliggör långtidsförvaring av inte bara livsmedel utan även till exempel biomedicinska prover, läkemedel , kemiska och biologiska ämnen ( proteiner , aminosyralösningar etc. ). De vanligaste graderna av kylning är: ca 5 ° C - konventionella kylskåp; ca -15°С - hushållsfrysar; upp till -80°C och upp till -135°C - djupfrysar - används ofta för att lagra biologiska prover; −196°С — instrument och anordningar som använder flytande kväve ( kryokonservering ) — används vanligtvis för att lagra medicinska prover som är särskilt känsliga för biologisk nedbrytning.
• Kemisk bearbetning . Impregnering av material eller behandling av deras ytor med ämnen som är giftiga (mindre ofta avvisande) för organismer som orsakar biologisk nedbrytning. Ett exempel skulle vara träimpregnering för att förhindra röta och/eller mögeltillväxt .
• Torkning kan ofta minska hastigheten för biologisk nedbrytning avsevärt, eftersom organismer behöver vatten för att leva . Till exempel, vanligt kött förstörs efter några dagar vid 5 ° C, medan torkat kött lagras i åratal i rumstemperatur (och låg luftfuktighet). Aminosyran tryptofan , löst i vatten, bryts ned biologiskt inom veckor, oftare dagar, medan torrsubstansen lagras i månader utan betydande förändringar.
• Sterilisering :

• Värmebehandling tillämpas oftast på livsmedelsprodukter. Uppvärmning förstör bakterier och ofta deras sporer, vilket försenar biologiska nedbrytningsprocesser. Det finns olika grader av värmebehandling och olika sätt att utföra den på, till exempel: pastörisering , kokning , termisk sterilisering , autoklavering .
• UV-behandling . Behandling med ultraviolett ljus gör att du kan förstöra mikroorganismer inomhus och på öppna ytor, vilket minskar hastigheten för biologisk nedbrytning. Metoden används flitigt i biokemiska och biomedicinska laboratorier. Nackdel med metoden: UV-behandling har en destruktiv effekt på många material, speciellt plast.
• Strålbehandling  är att förstöra levande organismer genom joniserande strålning.

Se även

• Biologiskt nedbrytbara implantat
• Miljöfaktorer
• Återvinning
• Fungicider

Anteckningar

1. ↑ Ikada, Yoshito; Tsuji, Hideto. Biologiskt nedbrytbara polyestrar för medicinska och ekologiska tillämpningar  //  Macromolecular Rapid Communications : journal. - 2000. - Februari ( vol. 21 , nr 3 ). - S. 117-132 . - doi : 10.1002/(sici)1521-3927(20000201)21:3<117::aid-marc117>3.0.co;2-x .
2. ↑ Muller, Rolf-Joachim. Bionedbrytbarhet av polymerer: föreskrifter och metoder för testning // Biopolymerer / Steinbüchel, Alexander. - Wiley-VCH , 2005. - ISBN 978-3-527-30290-1 . - doi : 10.1002/3527600035.bpola012 .
3. ↑ Flieger M., Kantorová M., Prell A., Rezanka T., Votruba J. Biologiskt nedbrytbar plast från förnybara källor // Folia Microbiologica. - 2003. - Januari ( vol. 48 , nr 1 ). - S. 27-44 . - doi : 10.1007/bf02931273 . — PMID 12744074 .
4. ↑ Kyrikou, Ioanna; Briassoulis, Demetres. Biodegradation of Agricultural Plastic Films: A Critical Review  //  Journal of Polymers and the Environment : tidskrift. - 2007. - 12 april ( vol. 15 , nr 2 ). - S. 125-150 . - doi : 10.1007/s10924-007-0053-8 .
5. ↑ Avsnitt 6: Biologisk nedbrytbarhet av förpackningsavfall (länk ej tillgänglig) . www3.imperial.ac.uk. Hämtad 2 mars 2014. Arkiverad från originalet 2 juni 2013. (obestämd) 
6. ↑ Wu, Chin-San. Fysikaliska egenskaper och biologisk nedbrytbarhet av maleat-polykaprolakton/stärkelsekomposit  (engelska)  // Polymer Degradation and Stability : journal. - 2003. - Januari ( vol. 80 , nr 1 ). - S. 127-134 . - doi : 10.1016/S0141-3910(02)00393-2 .
7. ↑ Krav i EN 13432-standarden . European Bioplastics (april 2015). Hämtad 22 juli 2017. Arkiverad från originalet 24 september 2018. (obestämd)
8. ↑ GOST R 54530-2011 . Hämtad 29 oktober 2018. Arkiverad från originalet 29 oktober 2018. (obestämd)
9. ↑ Breulmann M., Künkel A., Philipp S., Reimer V., Siegenthaler K.O., Skupin G., Yamamoto M. Polymers, Biodegradable // Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry  (engelska) . - Weinheim: Wiley-VCH , 2012. - ISBN 978-3527306732 . - doi : 10.1002/14356007.n21_n01 .

Länkar

• I.I. Morfar. Biologisk nedbrytning // Ekologisk encyklopedisk ordbok. - Chisinau: Huvudupplagan av Moldavian Soviet Encyclopedia . — 1989. (ryska) . - Chisinau: Huvudupplagan av Moldavian Soviet Encyclopedia. I. I. Dedyu. 1989.
• Utveckling av teknik för mikrobiologisk återvinning av polymert hushållsavfall (otillgänglig länk) . JSC "BIOKHIMMASH" Institutet för tillämpad biokemi och maskinteknik (2006). Datum för åtkomst: 22 mars 2011. Arkiverad från originalet den 4 september 2009. (ryska) 
• Vetenskaplig tidskrift  Biodegradation
• Vetenskaplig tidskrift International Biodeterioration and  Biodegradation

Ordböcker och uppslagsverk	Stor katalanska Kroatisk Britannica (online) Moderna Ukraina
I bibliografiska kataloger	GND : 4313252-2 J9U : 987007282567405171 LCCN : sh85014130 NKC : ph137835