Қоршаған ортаның мониторинг әдістері

Біз жергілікті шикізатқа негізделген (күріш қауызы, тауық саңғырығы және тамақ қалдықтары) биоактивті препарат алу технологиясын ойлап ұсынылды.

Биопрепарат шағын модульді қондырғыларда шикізатты арнайы өңдеу жолымен алынады, бұл оны қажетті аймақта(тұтыну орнында) өндіріп алуға мүмкіндік береді. Препараттың биологиялық белсенділігі адаптацияланған (қажетті ортаға қалыптасқан) мәдени бактерия деструктураларының күріш қауызы бетінде иммобилизацияланып қорытылғанда пайда болады және топырақтың гетеретрофты микроорганизмдері шығады, Pseudomonas, Achromobacter, Corynebacterium, Nocardia сияқтылары түрдегі, көмірсутекті тотықтырғыш бактериялар тобына жатады және аэробты және анаэробты жағдайларда мұнайдағы көмірсутегін бірден-бір қоректену көзі ретінде пайдалануы мүмкін. Осының салдарынан топырақ бактерияларына мұнаймен ластаған топырақ жылдам әсер етеді және бактериялар саны бірнеше мың есе көбейіп, белсенділігі артады. Бұл микроорганизмдердің ластанған топырақтағы саны шамамен 105-108 кл/г топырақ жетеді.

Биопрепаратты өндірудің төмендегідей жолы ұсынылды. Негізгі шикізат есебінде таңдап алынған күріш қауыздарында мұнай және мұнай өнімдерін белсенді түрде сіңіру қасиеті бар. Күріш қауызын биологиялық субстраттармен өңдеу, оның бетінің иммобилизациялануына алып келеді.Негізі өсімдік болғандықтан бактерияларды өзіне қабылдайды және күріш қауызы беті биоактивтенеді.

Биоактивтенген күріш қауызы, яғни “биошел”, топырақтағы мұнай өнімдерін бұзу, ыдырату үшін қолданылады және мұнайшылар поселкаларында жиылып қалатын тамақ қалдықтарын биоактивтейді. Биологиялық белсендірілген тамақ қалдықтарымен мазутталған грунттарды биокомпостылау жергілікті жерде жүргізілетіндіктен бұл өте арзан бағаға түседі.

Тамақ қалдықтарын биопрепарат ретінде пайдаланбас бұрын оны алдын-ала арнайы жағдайда “биошел” препаратымен өңдейді. “Биошел” препараты бұл кезде тамақ қалдықтарының “биоашытқысы” ролін атқарады.

Сонымен алдын-ала иммобилденген тамақ қалдықтары бұдан ары мазутталған топырақтағы мұнай өнімдерін биоыдыратқыш зат ретінде пайдаланылады.

Мұнаймен ластанған жер ресурстарын биокомпостылау ерекшілігі, қолданылатын “биоактиваторлар”- “биошел” және “биоашытқылардың” өзі де қалдықтар болып саналады. Сонымен бірге, өсімдік және тамақ қалдықтары кезіндегі көп тонналы қайта қалпына келтіруші биопрепараттар, белгілі процестермен салыстырғанда өте арзан және қарапайым.

Анаэробты ферменттелудің ең басты қасиеті органикалық биотыңайтқыш есебінде, құрылатын метантенктарда органикалық заттар қалдықтарын (шлам) қолдану мүмкіндігі болып табылады. Анаэробты технологияның тағы бір маңыздылығы - оның шикізат базасы шексіз деп айтуға болады.

    Микроб клеткаларының бетінде болатын целлюлоза ферментінің әсерінен глюкоза және целлюлоза түріндегі аралық қосындылардың түзілуінен клетчатка гидролизацияланады. Соңғысы фермент әсерінен глюкозаға айналады. Ол әрі қарай ашуына байланысты майлы, сірке суы, янтарлы, сүт және құмырсқа қышқылдарына айналады, сутегі, көміртегі газы, кейде спирт түзіледі, аздап энергия бөлінеді. Клетчатканың кезекпен ыдырауын теңдеумен көрсетуге болады :     

        (C6H10O5)п+пH2O=C6H12O6 =CH3CH2CH2COOH+ CH3COOH+CO2 +x кДж

Жинақтағыш мәдени дақылда бұл өнімдерден басқа метан (CH4) болатыны анықталған. Клетчатканың анаэробты ыдыратушы қоздырғышы мезофилді және термофилді микроорганизмдер болады, олар көбінесе Clostridium түріне жатады.

    Клетчатканың көп мөлшері топырақ қабатының ауамен жақсы қатынастағы жоғарғы бөлігінде кездеседі. Осы жерде ол аэробты микроорганизмдермен ыдырайды да (шіриді), көміртегінің табиғаттағы жалпы айналымына түседі. Клетчатканы шірітетін аэробты организмдер әсіресе көң себілген мәдени дақылдар алқабында, егістік жерлерде өте көп болады.

    Клетчатканың аэробты жалпы ыдырау схемасы целлюлоза ферментінің әсерінен болады, оны микроорганизмдер бөледі, клетчатка гидролизделінеді де суда еритін көмірсутекті қосындылар түзеді, ол қант болуы мүмкін, қант болса ол оттегімен қосылып тотығады :

(C6 H10 O5)п +H2O+ xO2 =R - CHOHCOOH+O2 =CO2 + H2O + x кДж

    Түзілген қышқыл тотықтары топырақтың азотты бактериялары үшін жақсы энергетикалық материал болып табылады, ал уранды қышқылдар  гумус құрады.

Клетчатканың аэробты ыдырау процесіне заттың бұзылуына әсер ететін көгерткіш саңырауқұлақтардың көп түрі (Aspegillus, Penicillium, Clodospoeium, Botrytis, Fusarium) және актаномицеттер мен бактериялар қатысады. Ең мықты энергетикалық ыдыратқыштар – бактериялар болып саналады.

    Күнделікті мониторингте температурасы және ылғалдылығы тексеріледі (бұл параметрлер тиімді деңгейде болуы керек), апта сайын компосты үлгілер зертханада сыналады (құрамындағы азот, фосфор, pH анықталады, көмірсутектерінің электрөткізгіштігі, концентрациясы белгіленеді). Алынған мәліметтерге қарай, процестің қалай жүріп жатқаны көмірсутектер концентрациясының азаюы анықталады. Жобаны жүргізу мерзімі 5 апта уақыт алды.

    Атап айту керек, компостлеу, биоыдырау процесі 6 айдан 10-12 айға дейін созылады (бұл технологиялық іс-шаралардың дұрыс жүргізілуіне байланысты). 5 апта бойы жылдамдата жүргізілген жоба бойынша алынған қорытынды зертханалық талдаулар компосты қоспадағы көмірсутегінің 4,06 % (бастапқы концентрация) 2,61; 2,7; 2,9 % -ға дейінгі көрсеткіштерге дейін азаяды. Арасын босату үшін картон, түйе қиы, түйе азығы араласқан компостық үйінділер қосылады.

    Компостлаудың артықшылығы бұл табиғи, экологиялық таза процесс. Эксперименттеушінің міндеті микроорганизмдер үшін қолайлы жағдай жасау. Бұл кезде қандай да болмасын химиялық материалдар қолданылмайды, жер асты суы қорғалады (дренажды жүйе). Компостлау мұнай қалдықтарын қайта пайдаға жаратады, залалсыздандырады.

    Қорыта келе, яғни мұнай қалдықтарын компостылауға мүмкіндік бары анықталып, төмендегідей ұсыныстар  жасалды :

• үймелер арасын ауа баратындай босату үшін картон, көң және түйе азықтық тағамдарын пайдалану;
• сумен қамтамасыз ету үшін су құбырын пайдалану;
• ластанған топырақтың екі бөлігіне босатқыш материалдың екі бөлігін пайдалану;

    Компосты жол құрылысында, өсімдік жақсы өсу үшін топырақ құнарлылығын арттыруда, жерді рекультивациялағанда үстінен төселетін материал ретінде т.б. жағдайларда пайдалануға болады [10, 11].

   Мұнай өнімдерін экологиялық улы заттарға зерттегенде топырақтың мұнайдан өздігінен тазару процесін реттеушілерді іздестіруге көп көңіл бөлінеді, тазару топырақтың деградациялануын тездету арқылы жүзеге асады. Тәжірибеде мұндай реттеушілерге өсімдік және жануар тектес әртүрлі қалдықтарды айтуға болады: опилка, мох, торф, картон, лигнин, целлюлоза сонымен бірге кейбір минералды және органикалық заттар топырақтағы микроорганизмдер үшін субстратты қоректік заттарға жатады (мұнай өнімдерінің трансформанттары мен деструкторлары). Осыған байланысты әртүрлі биологиялық шығу тегіне, химиялық құрылымына және құрамына қарай, мұнай өнімдерінің трансформациялану және ыдырау жылдамдығымен топырақтың  қайта қалпына келуіне әртүрлі әсер етеді. Оларды пайдаланудың тағы бір ерекшелігі, оның арзан және қол астында болып табылуы. Іс барысында мұның да маңызы зор.

     Қарапайым және арзандығына қарай, мұнай және мұнай өнімдерін ыдыратушы ең тиімді материал бұл күріш қауызы. Ол күріш шаруашылығының көп тонналы қалдығы. Сондықтан, мұнай өнімдерінен топырақтың өздігінен тазару процесін реттеуші ретінде күріш қауызын пайдалану орынды болады. Бұл үшін өнімнің 2 түрі сыналды: біріншісі – күріш қауызын басқа заттармен  қосып  пайдалану (көң, жабайы өсімдіктер тұқымы және т.б.); екіншісі – күріш қауызы негізіндегі биокомпост.

    Топырақтағы мұнай өнімдерін ыдырату бойынша зертханалық тәжірибелер Құмкөл кен орнындағы мұнай мен ластанған жерлерден алынған сынама материалдарымен жүргізілді. Зерттеуге алынған,  мұнаймен ластанған топырақ сынамасы, қара-сұр түсті, ащы, жағымсыз мұнай иісі бар масса түрінде болды.

    Зерттелетін өлшенген топырақ сынамалары әртүрлі шамадағы күріш қауызымен босату кезінде ауаның топыраққа ену тиімділігін бағалау үшін жасалды. Күріш қауызы мен топырақтың біркелкі араласуы үшін оған су құйылды. Топырақтың қауызбен тығыз және біркелкі орналасуы, мұнай өнімдерінің қарқынды ыдырауына  жағдай жасайды.

    Бірнеше рет жасалған тәжірибелер қорытындысында, эксперименттердің барлық варианттарында уақыттың өтуіне және араласуына қарай ластанған топырақтан біртіндеп мұнай өнімдерінің иісі кете бастады және осыған сәйкес оның түрі де өзгере түсті. Тәжірибенің барлық варианттарында 2-3 аптадан кейін топырақ түгелдей ағарды, ал иісі жоқ болып кетті. Осы көріністер және сапалы көрсеткіштер күріш қауызының мұнай өнімдерінің қарқынды ыдырауына ықпал ететін, ластанған топырақты толтырғыш ретінде пайдалануға болатын өте тиімді материал екенін көрсетеді. Күріш қауызы топырақ ішінде ауа кеңістігін құра отырып, мұнай өнімдерінің ауадағы оттегімен қарқынды тотығуына жағдай жасайды.

    Сонымен мұнай өнімдерін интенсивті тотықтыруда және ыдыратуда күріш қауызы басты роль атқарады. Ол ластанған топырақтың ішкі қабаттарына ауа баруына жағдай жасайды. Топырақтағы мұнай өнімдерінің қарқынды  ыдыратуы күріш қауызы мөлшеріне, араласу уақытына, топырақтың аэрациялану тереңдігіне, ортаның температурасына және т.б. байланысты. Бұл жағдайда, күріш қауызының үлесін өсірген сайын мұнай өнімдерінің қарқынды ыдырауы өседі, себебі күріш қауызы салдарынан бос, кеуек көлемі ұлғаяды, тотығу күшейеді, яғни топырақты жиі араластыру кезінде топырақтың төменгі қабаттарына ауамен бірге оттегі түсуі көбейеді. Бұл мұнай өнімдерінің ыдырауына жақсы әсер етеді.

    Алайда, күріш қауызын пайдалану барысында мұнай өнімдерінің ыдырауы топырақта аэрациялық ортаның пайда болуына байланысты, яғни мұнай және мұнай өнімдерінің тотығуы үшін ауа жеткізеді.

Бұл жағдайда, ластанған топыраққа күріш қауызымен қоса көң, жабайы өсімдіктер тұқымы және басқа борпылдақ заттар араластырылады, бұлар топырақтың өсімдік өнетін қабатын қайта қалпына келуіне жағдай жасайды. Күріш қауызы топырақта ұзақ уақыт бұзылмай сақталатын қасиетіне байланысты, онда ауа мен ылғалдың түзілуіне және жиналуына әсер етеді.

  Өз кезегінде, ылғал мен ауаның ластанған топырақта жиналуы оның өсімдік өнетін бетінің қалыптасуына жағдай туғызады. Кеуек заттар  ретінде құрамында көң, органикалық және жабайы өсімдіктер тұқымдарымен  қоса минералды тыңайтқыштардың болуы да өсімдік өну қабатының  қалпына келуіне зор ықпал етіп, мұнай өнімдерінің ыдырауын тездетеді.

    Осы баяндалып отырған Құмкөл кен орнындағы мұнаймен ластанған жерлерді қалпына келтіру әдісі өте қарапайым және шөлді жағдайда қолдануға ыңғайлы. Бұдан басқа, анағұрлым тиімді әдістері де бар: топырақты мұнай өнімдерінен тазартатын микроорганизмдер оны бұзады, ыдыратады, бұл микроорганизмдер мұнай өнімдерін қоректену ортасы ретінде пайдаланады, яғни көмірсутекті шикізатты көмірқышқыл газына және биомассаға ыдыратады. Мұнай мен ластанған жерлерді қалпына келтіру әдісіне екі материалды – күріш қауызы және осы күріш қауызы негізінде жасалған биокомпосты қолдануда араластыру мөлшері және өңдеу жағынан айырмашылық жоқ. Айырмашылығы биокомпосты алу процесінде күріш қауызы алдын-ала биологиялық жолмен ыдыратылады, ол үшін аэробты және анаэробты целлюлоза ыдыратушы топырақ микроорганизмдері пайдаланылады.

Күріш қауызын биотехнологиялық компостылау әдісі қауыздың целлюлоза–лигнинді клетчаткасын целлюлозды бұзатын топырақ микроорганиздерінің көмегімен биологиялық ыдырауына негізделген. Күріш қауызынан биокомпост алу өте күрделі және бірнеше биохимиялық және биотехнологиялық сатыдан тұратын ғылыми процесс.

   Күріш қауызынан компостылау 200 л пластмасса бөшкеде жүргізілді. Бөшкенің тығыздалып жабылатын қақпағы бар. Биокомпост алу үшін бөшкенің 2/3 бөлігіне дейін күріш қауызымен толтырып, үстіне су құйылды. Сонымен бірге, бөшкеге алдын-ала дайындалған (культивацияланған) целлюлоза бұзғыш топырақ микроорганизмдері салынды, бөшке ішіндегі заттар әбден араластырылып, қақпағы жауып қойылды. Биоыдырау үшін анаэробты орта жасалды. Ашу процесі бір аптадан соң басталды және күріш қауызының компостіленуі 2-2,5 айда аяқталды. Компостылану процесі көмірқышқыл газының көптеп бөлінуімен қатар жүреді, биомасса ауық-ауық араластырылғанда бұл газдар шығып кетеді. Ашу процесін жылдамдату үшін бөшкеге аздап көң, құс саңғырығы салынуы қажет.

Күріш қауызының ашу процесі үш фазада жүреді: сұйық, газ тектес және қатты. Сұйығы – органикалық қышқылдар, газ тектес – көмірқышқыл газ және қаттысы – биомасса. Массаны компостылау анаэробты және аэробты жағдайларда жүргізілді. Бұл жағдайларда қоспаның жалпы массасының 80%-ы биомассаға айналады.

    Алынған биомассаны (биокомпост) дайын болуына қарай, сұйық фазадан ажырату мақсатында, фильтрациядан өткізілді және ауада кептірілді. Кептірілген биомассалар арнайы ыдысқа салынып кейін биомасса мұнаймен ластанған жерлерге салынды және құрғақ биокомпостпен жұқалап үсті жабылады. Бұдан әрі қарай, биокомпост себілген участок 15-20 см тереңдікте жыртылды. Демек ластанған топырақ бетіндегі ғана емес, терең  қабаттағы мұнай өнімдерініңде биологиялық ыдырау процесін тездетуге жәрдем береді.

    Ластанған және тұздалған жерлерді қалпына келтіру мақсатында мұнай өнімдерін биоыдыратуға қажетті негізгі компонент ретінде біз кептірілген биокомпосты пайдаландық. Алайда, іс жүзінде мұнаймен ластанған участкаларды рекультивациялау процесінде биокомпост қоспасымен бірге жабайы өсімдіктер тұқымы және күріш қауызы қолданылады. Биокомпостқа күріш қауызын қосу ластанған топыраққа араластыратын компоненттер көлемін ұлғайтады, бұл мұнай өнімдерінің қарқынды бұзылуына жақсы әсерін тигізеді. Бұл кезде биологиялық ыдырау және тотығу, қалпына келу процестері қатар жүреді. Осы екі процесс, біріне-бірі ықпал ете отырып, мұнай өнімдерінің тиімді ыдырауын күшейтеді, ақыр соңында мұнаймен ластанған участкалардың қалпына келу тиімділігін көп есе арттырады.