Biologinen hajoaminen

Biologinen hajoaminen ( biologinen hajoaminen , biohajoaminen ) - monimutkaisten aineiden , materiaalien , tuotteiden tuhoutuminen elävien organismien toiminnan seurauksena; Useimmiten biohajoamisesta puhuttaessa viitataan mikro- organismien , sienten ja levien toimintaan . Termiä ei kuitenkaan suppeassa mielessä määritä biologisten organismien koko.

Biologisen hajoamisnopeuden määräävät mukana olevien organismien tyyppi (tyypit), olosuhteet (lämpötila, kosteus), valo ja monet muut tekijät.

Rooli biosfäärissä

Biologinen hajoaminen on yksi tärkeimmistä mekanismeista ihmisen jätteen tuhoamiseksi luonnossa: sekä itse asiassa elintärkeän toiminnan jätteen että teollisuusjätteen. Lähes kaikki ovat enemmän tai vähemmän biohajoavia. orgaaniset ja monet epäorgaaniset epäpuhtaudet, mahdollisesti radioaktiivisia aineita lukuun ottamatta . Juuri biologinen hajoaminen on tärkein mekanismi ekosysteemien itsekorjautumisessa/resistanssissa ihmisen aiheuttamia vaikutuksia vastaan .

Ihmisten käyttö

Ilmiötä voidaan käyttää käytännön, ei-ympäristötarkoituksiin. Esimerkiksi kotitalous(elintarvike)jätteen biohajoamista käytetään biokaasun tuottamiseen . Tässä hyödynnetään sitä tosiasiaa, että erilaista jätettä kuluttaessaan mikro-organismit vapauttavat samaa tuotetta - metaania .

Muovin biohajoaminen

Biohajoavat muovit ovat sellaisia ​​muoveja , jotka säilyttävät vaaditut ominaisuudet ja mekaanisen lujuuden koko käyttöajan, mutta hajoavat käytön jälkeen komponenteiksi ja myrkyttömäksi lisäaineeksi. [1] Tämä hajoaminen saadaan aikaan mikro-organismien vaikutuksesta materiaaliin, yleensä veteen liukenemattomaan muoviin. [2] Biologisesti hajoavia muoveja valmistetaan kemiallisella synteesillä, mikro-organismien fermentoinnilla ja kemiallisesti muunnetuista luonnonmateriaaleista (katso Bioplastics ). [3]

Biologiset hajoamisnopeudet vaihtelevat suuresti erityyppisten muovien välillä. Esimerkiksi PVC - pohjaisia ​​putkia käytetään viemärijärjestelmissä jäteveden keräämiseen , koska PVC kestää biologista hajoamista. Jotkut pakkausmateriaalit on suunniteltu hajoamaan nopeammin ympäristölle altistumisen jälkeen. [neljä]

Esimerkkejä nopeasti hajoavista synteettisistä polymeereistä: polykaprolaktoni , muut polyesterit ja aromaattiset alifaattiset esterit (niiden esterisidokset ovat herkkiä veden vaikutukselle). Tärkeitä esimerkkejä ovat poly-3-hydroksibutyraatti , uusiutuva polylaktidipohjainen muovi , synteettinen polykaprolaktoni . Käytetään myös selluloosapohjaisia ​​biohajoavia muoveja: selluloosa- asetaattia ja selluloosaa ( selluloosanitraattia ).

Anaerobisen hajoamisen olosuhteissa ( ympäristön alhainen happipitoisuus ) muovit hajoavat hitaammin. Hajoamisprosessia voidaan nopeuttaa käyttämällä kompostointia (aerobista hajoamista). Tärkkelyspohjaiset muovit hajoavat kahdesta neljään kuukaudessa yksityisissä kompostointiolosuhteissa, kun taas polylaktidi vaatii korkeampia lämpötiloja hajotakseen. [5] Polykaprolaktoniin ja polykaprolaktonin ja tärkkelyksen yhdistelmiin perustuvat formulaatiot hajoavat hitaammin, mutta tärkkelyksen läsnäolo nopeuttaa hajoamista, muodostaen huokosia ja lisää polykaprolaktonin pinta-alaa. Tällaiset yhdisteet hajoavat useiden kuukausien aikana. [6] Vuonna 2016 Ideonella sakaiensis -bakteerin raportoitiin hajottavan muovipulloissa käytettyä polyeteenitereftalaattia (PET) .

Euroopan unioni on ottanut käyttöön neljä kriteeriä materiaalien luokittelemiseksi kompostoitaviksi (standardi EN 13432, GOST R 54530-2011): [7] [8] [9]

1. Kemiallinen koostumus : haihtuvien aineiden, raskasmetallien ja fluorin pitoisuus on rajoitettu
2. Biologinen hajoavuus : Yli 90 % lähtöaineesta muuttuu mikrobien avulla CO2:ksi, vedeksi ja mineraaleiksi enintään 6 kuukauden kuluessa.
3. Rakenteen tuhoutuminen : vähintään 90 % alkuperäisestä massasta on hajotettava hiukkasiksi, jotka voivat läpäistä seulan, jonka silmäkoko on 2x2 mm.
4. myrkyllisten ja muiden kompostoitumista estävien aineiden puuttuminen.

Negatiiviset näkökohdat

Vanheneminen / materiaalien tuhoutuminen, ruoan pilaantumista.

Taistelumenetelmät

• Jäähdytys . Tunnetuin tuotteiden biohajoamisen torjuntalaite on kotitalouksien jääkaappi ja pakastin . Jäähdytys/jäätyminen hidastaa tai pysäyttää useimpien organismien elintärkeän toiminnan . Tämä mahdollistaa paitsi elintarvikkeiden, myös esimerkiksi biolääketieteellisten näytteiden, lääkkeiden , kemiallisten ja biologisten aineiden ( proteiinit , aminohappoliuokset jne.) pitkäaikaisen varastoinnin . Yleisimmät jäähdytysasteet ovat: noin 5 ° C - tavanomaiset jääkaapit; noin -15 ° С - kotitalouksien pakastimet; -80°C ja -135°C asti - pakastimet - käytetään usein biologisten näytteiden säilyttämiseen; −196°С — nestemäistä typpeä käyttävät instrumentit ja laitteet ( kryosäilytys ) — käytetään yleensä biohajoamiselle erityisen herkkien lääkenäytteiden säilyttämiseen.
• Kemiallinen käsittely . Materiaalien kyllästäminen tai niiden pintojen käsittely aineilla, jotka ovat myrkyllisiä (harvemmin hylkiviä) biohajoaville organismeille. Esimerkkinä voisi olla puun kyllästäminen lahoamisen ja/tai homeen kasvun estämiseksi .
• Kuivaus voi usein vähentää merkittävästi biohajoamisen nopeutta, koska organismit tarvitsevat vettä elääkseen . Esimerkiksi tavallinen liha pilaantuu muutaman päivän kuluttua 5 °C:ssa, kun taas kuivattua lihaa säilytetään vuosia huoneenlämmössä (ja alhaisessa kosteudessa). Veteen liuennut aminohappo tryptofaani hajoaa biologisesti viikoissa, useammin päivissä, kun taas kuiva-aine säilyy kuukausia ilman merkittäviä muutoksia.
• Sterilointi :

• Lämpökäsittelyä käytetään useimmiten elintarvikkeissa. Kuumentaminen tuhoaa bakteereja ja usein niiden itiöitä, mikä hidastaa biohajoamisprosesseja. Lämpökäsittelyssä on eri asteita ja erilaisia ​​tapoja suorittaa se, esimerkiksi: pastörointi , keittäminen , lämpösterilointi , autoklavointi .
• UV-käsittely . Ultraviolettivalokäsittely mahdollistaa mikro-organismien tuhoamisen sisätiloissa ja avoimilla pinnoilla, mikä vähentää biologista hajoamisnopeutta. Menetelmää käytetään laajasti biokemian ja biolääketieteen laboratorioissa. Menetelmän haittapuoli: UV-käsittelyllä on tuhoisa vaikutus moniin materiaaleihin, erityisesti muoveihin.
• Sädehoito  on elävien organismien tuhoamista ionisoivalla säteilyllä.

Katso myös

• Biohajoavat implantit
• Ympäristötekijät
• Jätteiden kierrätys
• Fungisidit

Muistiinpanot

1. ↑ Ikada, Yoshito; Tsuji, Hideto. Biohajoavat polyesterit lääketieteellisiin ja ekologisiin sovelluksiin  //  Macromolecular Rapid Communications : päiväkirja. - 2000. - Helmikuu ( osa 21 , nro 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. Polymeerien biohajoavuus: Testaussäännöt ja -menetelmät // Biopolymeerit / 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. Biohajoavat muovit uusiutuvista lähteistä // Folia Microbiologica. - 2003. - tammikuu ( osa 48 , nro 1 ). - S. 27-44 . - doi : 10.1007/bf02931273 . — PMID 12744074 .
4. ↑ Kyrikou, Ioanna; Briassoulis, Demetres. Maatalousmuovikalvojen biologinen hajoaminen: kriittinen katsaus  //  Journal of Polymers and the Environment : Journal. - 2007. - 12. huhtikuuta ( nide 15 , nro 2 ). - s. 125-150 . - doi : 10.1007/s10924-007-0053-8 .
5. ↑ Osa 6: Pakkausjätteen biohajoavuus (linkki ei ole käytettävissä) . www3.imperial.ac.uk. Haettu 2. maaliskuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 2. kesäkuuta 2013. (määrätön) 
6. ↑ Wu, Chin-San. Maleaatti-polykaprolaktoni/tärkkelyskomposiitin fysikaaliset ominaisuudet ja biohajoavuus  (englanniksi)  // Polymer Degradation and Stability : Journal. - 2003. - tammikuu ( osa 80 , nro 1 ) - s. 127-134 . - doi : 10.1016/S0141-3910(02)00393-2 .
7. ↑ Standardin EN 13432 vaatimukset . European Bioplastics (huhtikuu 2015). Haettu 22. heinäkuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 24. syyskuuta 2018. (määrätön)
8. ↑ GOST R 54530-2011 . Haettu 29. lokakuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 29. lokakuuta 2018. (määrätön)
9. ↑ Breulmann M., Künkel A., Philipp S., Reimer V., Siegenthaler K.O., Skupin G., Yamamoto M. Polymers, Biodegradable // Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry  (englanti) . - Weinheim: Wiley-VCH , 2012. - ISBN 978-3527306732 . - doi : 10.1002/14356007.n21_n01 .

Linkit

• I.I. Isoisä. Biohajoaminen // Ekologinen tietosanakirja. - Chisinau: Moldavian Neuvostoliiton tietosanakirjan pääpainos . – 1989 (Venäjän kieli) . - Chisinau: Moldavian Neuvostoliiton tietosanakirjan pääpaino. I. I. Dedyu. 1989.
• Kotitalouksien polymeerijätteen mikrobiologisen kierrätyksen teknologian kehittäminen (pääsemätön linkki) . JSC "BIOKHIMMASH" Sovellettavan biokemian ja konetekniikan instituutti (2006). Käyttöpäivä: 22. maaliskuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 4. syyskuuta 2009. (Venäjän kieli) 
• Tieteellinen aikakauslehti  Biodegradation
• Tieteellinen aikakauslehti International Biodeterioration and  Biodegradation

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Suuri katalaani kroatialainen Britannica (verkossa) Moderni Ukraina
Bibliografisissa luetteloissa	GND : 4313252-2 J9U : 987007282567405171 LCCN : sh85014130 NKC : ph137835