С момента своего зарождения человеческое общество в процессе хозяйственной деятельности нарушало равновесие в природе: уничтожало крупных животных, выжигало леса для охоты, пастбищ, земледелия, а также загрязняло почвы и водоемы в местах поселения и пр. Поэтому перед ним всегда стояла проблема окружающей среды.

В результате промышленной, сельскохозяйственной и бытовой деятельности человека возникают различные изменения состояния и свойств окружающей среды, в том числе очень неблагоприятные.

С развитием и интенсификацией промышленной и сельскохозяйственной деятельности в ХХ веке стали ощущаться пределы естественной продуктивности биосферы, – истощаются природные ресурсы, источники энергии, все более ощущается дефицит пищи, чистой воды и воздуха.

Загрязнение окружающей среды во многих регионах достигло критического предела. Во многом все эти проблемы порождены научно-техническим прогрессом общества и должны решаться также с использованием новейших достижений.

Проблему экологии нельзя решать в масштабах одной страны или группы стран. Вредные антропогенные загрязнения, вырабатываемые в индустриально развитых регионах и странах, в результате естественной циркуляции водных и воздушных масс распространяются по всей территории Земли, вплоть до обоих полюсов, проникают в глубины океанов, достигают стратосферы.

Глобальность данной проблемы еще в 1899 г. подчеркивал К. А. Тимирязев. Опровергая мнение крупных ученых Англии, предрекающих близкую гибель человечества от голода и удушения, он писал: «В первый раз человечество столкнется с бедствием всеобщим. Перед ним будут все равны, и мысль о всеобщей солидарности людей не будет уже пустым звуком... и тогда, конечно, найдутся меры борьбы со злом и средства его предупреждения».

Важнейшая роль в вопросах защиты и охраны окружающей среды принадлежит биологии. Сама экология в традиционном понимании является биологической дисциплиной и изучает взаимоотношения организмов, включая человека, между собой и окружающей средой.

Дальнейшее развитие биологии и внедрение ее достижений в практику – один из главных путей выхода из надвигающегося экологического кризиса. Большую роль играет при этом биотехнология.

Биотехнология позволяет решать ряд экологических проблем, включая защиту окружающей среды от промышленных, сельскохозяйственных и бытовых отходов, деградацию токсикантов, попавших в среду, а также сама создает малоотходные промышленные процессы получения пищевых и лекарственных веществ, кормов, минерального сырья, энергии. Экология и биотехнология взаимодействуют как через продукты, так и через технологии. В целом это способствует экологизации антропогенной деятельности и возникновению более гармоничных отношений между обществом и природой.

Технический прогресс, развитие всего народного хозяйства связаны с загрязнением природных водоемов различными отходами, побочными продуктами, трудно используемыми веществами.

Особо вредные для водной флоры и фауны соединения попадают в водоемы от предприятий химической промышленности.

В разрушении таких веществ и очистке вод большое значение имеет водная микрофлора. Ядовитые соединения, входящие в состав загрязняющих веществ, могут уничтожить эту микрофлору.

Новые, искусственно синтезированные химические вещества, не встречаемые в природе, природная микрофлора иногда не в состоянии обезвредить. В этом случае такие вещества могут накапливаться в водоемах, попадая туда вместе со сточными водами.

В микробиологической промышленности, так же как и в других производственных сферах, все технологические процессы связаны с большим расходом воды. Необходимо отметить, что главный процесс- культивирование микроорганизмов- идет в водной среде. Масса клеток в конце ферментации обычно не превы-шает 1–2 %, а концентрация растворенных веществ – 5–10 %.

Независимо от того, где находится целевой продукт- в клеточ-ной массе или в растворе, нерастворимую фракцию, включая и биомассу, перед спуском непригодного жидкого остатка в кана-лизацию отделяют центрифугированием, фильтрацией или осаждением.

Если в жидкости после выделения нужных продуктов остается много редуцирующих веществ в виде ассимилируемых микроорганизмами источников углерода, то такую жидкость культивации можно использовать в качестве среды для получения кормовых дрожжей или кормового витамина В₁₂, а также других полезных веществ и продуктов.

Однако даже после повторного использования жидкие отходы еще содержат определенное количество веществ, дальнейшее использование которых невыгодно. Эти отходы вместе с питьевой, бытовой и другими видами воды попадают в канализацию.

Объем сточных вод можно уменьшить, применяя, где возможно, рециркуляцию. Это в первую очередь относится к охлаждающей воде.

В ряде случаев остаток культуральной жидкости или часть ее можно использовать для приготовления питательных сред. В связи с развитием промышленности общий объем сточных вод непрерывно растет. При выбросе этих вод в реки, озера и другие природные водоемы возрастает опасность их загрязнения.

Так же как и в природе вообще, и в воде установились опреде-ленные взаимоотношения между растениями, животными и микроорганизмами.

В нормальных условиях в воде идет биологическое самоочищение, т.е. воде присуща способность в определенных пределах нейтрализовать различные физические, химические и биологические факторы и восстановить свойства, присущие чистой воде.

При концентрации вредных веществ в природных водоемах выше критической процесс биологического самоочищения нарушается.

Под влиянием чужеродных вредных веществ нарушается уста-новившееся равновесие, появляются нежелательные изменения, способные отрицательно воздействовать на здоровье человека и его хозяйственную деятельность.

В основные группы загрязняющих водоемы веществ входят:

- различные яды или вредные вещества (соли тяжелых металлов, мышьяк, цианиды, фенолы, анилин, пестициды и другие вещества) ингибирующие активность ферментных систем, связывающие кислород или другим образом нарушающие жизненные процессы;

- кислоты и щелочи, изменяющие реакцию среды природных водоемов и в результате этого нарушающие равновесие живых систем;

- поверхностно-активные вещества, которые часто по своим химическим свойствам недоступны воздействию микроорганизмов и не разрушаются;

- растворимые органические вещества, содержащие углерод и азот, используются микроорганизмами в качестве среды и спо-собствуют их чрезмерному размножению в водоемах.

Это в свою очередь связано с увеличенным расходом растворенного в воде кислорода и развитием анаэробной, гнилостной микрофлоры, что вызывает вымирание других форм жизни. В данных условиях могут развиваться формы микроорганизмов, опасные для здоровья человека – сульфатредуцирующие бактерии, в результате действия которых появляется неприятный запах (сероводород) и т.д.

Нерастворимые органические соединения – крахмал, цел-люлоза, лигнин, другие высокомолекулярные вещества.

Которые в виде плавающих частиц поступают в водоемы и вызывают последствия схожие с действием веществ предыдущей группы. В данном случае эти процессы идут менее интенсивно.

Если степень загрязнения сточных вод промышленных пред-приятий превышает допустимый уровень, их необходимо очищать. Очистка сточных вод в микробиологической промышленность – довольно сложная проблема, требующая больших затрат и по-стоянного контроля

Биологическая переработка отходов опирается на целый ряд дисциплин – биохимию, генетику, химию, микробиологию, химическую технологию и вычислительную технику. Усилия всех этих дисциплин концентрируются на трех основных направлениях:

1) деградация органических и неорганических токсичных отходов;

2) возобновление ресурсов для возврата в круговорот веществ углерода, азота, фосфора и серы;

3) получение ценных видов органического топлива.