Қоршаған ортаның мониторинг әдістері

Құрғақ реактор (мысалы, компост, торф) биоактивті сорғыш материалдан тұратын жабынды реактор түрінде болады. Ластанған газдарды қондырманың қабаты арқылы үрлейді.

Америкалық компания «Falmouth Associated» органикалық ластануды зиянсыз заттарға айналдыратын және ауыр металдарды аккумуляциялайтын микроорганизмдер көмегімен биологиялық тазалаудың технологиясын жасауға кірісті. Микроорганизмдер ластағыш заттардың 50 жуық түрлерін сәтті заласыздандыра алады, көбіне полихлорбифенилдер, крезол, ДДТ және ароматты көмірсутектер. Қалдықтарды бұрынғы әдістермен тазалауда шығын 250-500 долл./т құраса, ал биологиялық тазлау құны 40-70 долл./т құрауы мүмкін. Биологиялық тазалау кокс пештерінен шығатын фенолдар, цианид және аммиак қалдықтарын 99,9 %-ға қысқартады [6].

Ұлыбритания мамандары көміртек оксидін көміртектің диоксидіне айналдыратын бактерияның сирек кездесетін тобын ашты. Бактерия «көміртек оксидінің оксидазасы» атпен аталған ферменттер шығарады. Генді инженерия әдістерін қолдана отырып ферменттерді оңай алуға болады, яғни олардың таскөмір шахталар, болат қорыту заводтар, домна пештері, жер асты жолдары және атом сүңгуір қайықтар үшін биокөрсеткіштерді дайындауға жарамдылығы анықталады [7].

Ауаға таралатын зиянды заттардан тазалау барлық кәсіпорындар үшін қажет болып отыр. Нақты техникалық шешімдер көбіне кәсіпорын түріне және ауаға таралатын заттардың физико-химиялық, ал кейде биологиялық (антибиотик жасайтын заводтарда) сипаттамаларына байланысты болады.

Адамзатқа мұндай мүмкіншілікті дәстүрлі гидролиз процестерімен қосыла отырып биотехнология арқылы жасауға болады. Біз жоғарыда құс және мал шаруашылығы комплекстерінің қалдықтарын биогазға айналдыру туралы айтып өткенбіз. Ал өсімдік қалдықтарын биогазға және техникалық спиртке айналдыру, энергия алумен қатар экологиялық сұрақтарды шешу үшін даңғыл жол ашады.

Бұл жолдағы бірінші кезең – табиғи полисахаридтерді (барлық өсімдік қалдықтары осындай болады), жеке қанттарға бөлу керек. Олар тағамдарда биомасса немесе этил спиртінің жинақталуы үшін микроорганизмдерді өсіруге пайдаланылады. Бұл тарауда, бізді қызықтыратын соңғы өнім, яғни ол маңызды энергия тасымалдағыш болады және қазірдің өзінде көптеген елдерде іштен жану двигательдерінің дәстүрлі майына қосымша ретінде қолданылады.

Орталықтандырылған сумен қамтамасыз жүйелерінде улы химиялық қосылыстардың, ауыр металл тұздарының, мұнай өнімдерінің, фенолдың, хлороорганикалық қосылыстардың және концентрациясы гигиеналық норма-тивтерден артық ластаушы заттардың болуы және де ағын суды тазалайтын құрылымдардың өткізбеу қабілетінің нашарлығы тұрғындар денсаулығына зор қауіп туғызады, соматикалық ауруларға әкеліп соқтырады [5].

Қоршаған ортаны қорғау үшін, көптен қолданылып жүрген биотехнологиялық процестердің бірі, ағын суларды тазарту болып табылады. Мұндай жұмыстардың негізгі әдістері болып, белсенді құмшауыттар арқылы тазалау болып табылады.

Тұрмыстық ағын сулар түйіршіктері үлкен құмдар арқылы тазаланып, тұндырылады. Мұндай процесс кезінде 60%-ы тазаланады. Негізінен тазалау процесі екі кезеңнен тұрады: бірінші кезеңде тұндырылған ағындар ауамен және аэротенктегі құмдармен белгілі бір уақыт аралығында өз ара әсерлеседі. Бұл уақыт аралығы ағын судың түріне, тазалайтын сұйықтың мөлшеріне, тұндырғышта ағын суды құмнан айыру мүмкіншілігіне байланысты 4-тен 24 сағат аралығында жүргізіледі. Екінші кезеңде, тұндырғыштан құмшауыттың еріген бөлшектерінің жоғарыдағы сұйық бөлігін алып тастайды да, белсенді  мүшелері аэротенкке қайта қайтарылады. Сонымен, барлық процестерді қатты шикізаттары жеткізіліп тұрған үзіліссіз ферментация түрінде қарастыруға болады. Белсенді құмдардың бөліктері жәй заттар мен бактериялардан тұрады [8]. Ағын суларды тазалауға анаэробтық процесстер де жиі пайдаланылады. Бұл процесс кезінде микроорганизмдерде еріген ауа болмайды. Бұл жағдайда микроорганизмдер органикалық молекулалар құрамына кіретін көміртекті пайдалана алады. Ағын суларды тазалау кезінде кеңінен пайдалануға анаэробтық процесстердің негізгісі, ол құмшауыттардың ашуы болып табылады. Қазіргі кезеңде, ең жетілген аппараттар ауыл шаруашылық және өндірістік ағындарды тазалауда пайдалануда, ал тұрмыстық ағындар үшін жасалыну үстінде [9].

Аэробтық және анаэробтық процесстерді салыстырғанда, аэробтық жақсы деп саналады. Себебі бұл жүйелер сенімді, тұрақты және жақсы зерттелген. Соған қарамай анаэробтық процесстердің бірнеше артықшылығы бар:

Бірінші, анаэробтық процесстерде, аэробтыққа қарағанда құмшауыттар аз пайда болады: құмшауыттар өте ылғал болғандықтан (90,2-99,7%), оларды өңдеудің бағасы өте жоғары болады. Аэробтық процесс кезінде 1-1,5 кг биомасса (құмшауыт) пайда болса, анаэробтық процесс кезінде 0,1-0,2 кг ғана.

Екінші, анаэробтық процесс кезінде метан пайда болады, ол жанар май ретінде пайдаланылады.

Үшінші, метанды энергия көзі деп қарастырмағанның өзінде, аэробтық процесстердегі аэрацияға кететін энергияның мөлшері, анаэробтық процесстер кезіндегі араластыруға кететін энергияның мөлшерінен артық болады [9]. Ағын суларды биологиялық тазалау үшін пайдаланылатын дәстүрлі процесстер, тек қана жәй органикалық және аммонийлық қосылыстарға ғана әсер ете алады. Неорганикалық қосылыстар, токсиндер, комплексті қосылыстар және күрделі органикалық қосылыстар (улы болуы мүмкін) биомассамен байланыста болады немесе кейбір бөліктері өзгеруі мүмкін, бірақ тазалау мүмкіншілігі көп төмен болады. Мысалға, белсенді құмшауыттарды пайдалану ауыр металл иондарынан толық тазалай алмайды [5].

Ал экологиялық биотехнология әдістемелері жоғары улы заттарды утилизациялауда да жоғарғы көрсеткішке ие, сондықтан табиғатты қорғау проблемаларын шешуде де оның маңызы өте зор.

Ағын суларды биологиялық тазалау процесінің ролін көтеру - өте қажет ғылыми бағыт болып саналады. Бұл процесс әдейі таңдалынып алынған микроорганизм-деструкторлар және олардың қоспалары арқылы жүргізіледі.

Ең көп тараған және қауіпті заттар – табиғи ортаның поллютанттары; мұнай және мұнай өнімдері, фенол және оның өнімдері, құрамында азоты бар органикалық заттар.

Мұнаймен ластану экологиялық жүйені әртүрлі қиын жағдайларға әкеліп соқтырады. Топырақтағы ылғал мен судағы оттегінің жеткіліксіздігінен көптеген организмдер уланып, жануарлар мен өсімдіктер қырыла бастайды.

Қоршаған ортаның мұнаймен ластануын тазарту қымбат және көптеген іс-шараларды талап етеді.

Сондықтан мұнай және мұнай өнімдері бар сұйықтардың ағын сулармен араласуының алдын-алу, табиғатты қорғау жұмысының өзекті мәселесі болып есептеледі.

Қоршаған ортада көп тараған және қауіпті заттар – поллютанттарға – фенол және оның өнімдері жатады. Бұл улы заттар қоршаған ортаға химиялық және мұнай химиялық салалар кәсіпорындарының ағын сулары арқылы таралады. Фенол және оның өнімдері өте улы қосылыстар болып саналады. Сондықтан олар экология компоненттеріне көп зиянды әсерін тигізеді. Осы себептерге байланысты ағын суларды фенолдан және оның өнімдерінен тазарту өте келелі мәселе болып саналады, бірақ оның шешімі әлі күнге дейін табылмай тұр.

Россияда ағын сулардағы зиянды заттардың әсерін азайту үшін, оларға таза су құйып араластырады. Мұндай технология экологиялық лас болады және судың көп мөлшерін қажет етеді. Сарапшылардың пайымдауынша фенолды қосылыстардың ластануынан қоршаған ортаны қорғаудың ең тиімді әдісі, ол ластанған экологиялық жүйелерге әдейі таңдап алынған микроорганизмдердің популяцияларын енгізу.

Қатты денелердің (пластиналар, сфералық бөліктер) бетіне орналасқан микроорганизмдер арқылы ағын суды фенолдан тазарту, биологиялық белсенді  құмшауытқа қарағанда жақсы көрсеткіштер көрсетті.

Мұндай микроорганизмдер пайдаланылып жатқан микрофлораны бір қалыпты күйге түсіреді, жуу өнімдерін азайтады.

«Alko biotechnology» және «Du Bioproccessing» фин компаниялары мұнай өнімдері және хлорфенолмен ластанған топырақтар мен жер асты суларын микробиологиялық тазалауға арналған технология жасады. Ағаштар шіруінің бетін алу үшін, хлорфенолдар ағаш өңдеу кәсіпорындарында кеңінен пайдаланылады.

Ластанған топырақтарды биологиялық залалсыздандыру бактерияның табиғи штамымен жүзеге асады. Бұл микроорганизмдер топырақта өмір сүруге жақсы дағдыланған және хлорфенолдарды көміртек оксидіне, суға және зиянсыз хлоридтерге айырып таратады. 1984 жылы жүргізілген тәжірибеде өңделген топырақта фенолдың 90-99%-ы таралып кеткен. Өңдеу жұмыстары Филляндияның алты түрлі аймақтарында орман кесу кәсіпорындарында жүргізілді [5].

Экологиялық биотехнология әдістері бұрынғы уақыттың өзінде дүние жүзінің көптеген елдерінде ағынды суларды және ластанған су қоймаларын тазалау үшін қолданылып келеді. Жоғары улы заттар әсерінен зардап шеккен экожүйені қорғау үшін жетілдірілген биотехнологиялық әдістерді қолдану тиімді болып табылады.

Ресейдің химиялық өнеркәсібінің құрылуының ерекшелігіне сәйкес, ағынды суларды тазалауда әдеттегідей емес биотехнология қолданылады. Көптеген поллютанттардан ағынды суларды тазалаудың қазіргі отандық биотехнологиясы ксенобиотиктерді тарату және кәдеге асырудың жоғары тиімділігімен және кең диапазонымен ерекшеленетін  СФ ВНИИ «Генетика» шығарған микроорганизмдер-деструкторлар коллекциясын қолдануда жинақталған.

АҚШ-та генетикалық инженерлік әдісімен өнімді алу үшін қолданатын мәдени ортаны, сонымен қатар басқада биологиялық қауіпті қалдықтарды тазалау және жою үшін қондырғылар жасалынған. Қондырғы 18 ай бойы жақсы жұмыс жасады және биоқауіпті өнімдерді өңдеу үшін қуаты жеткілікті болып табылды. Қондырғы бумен тазаланатын биоқауіпті сұйық қалдықтардың кез-келген түрін өңдей алады. Цикл уақыты шамамен 3,5 сағатты құрайды және қондырғы Ұлттық Денсаулық сақтау  институтының барлық талаптарын қанағаттандырады.

Кейбір органикалық қосылыстардың биологиялық ыдырауы үшін негізгі кедергілер олардың суда ерімеуі болып табылады. Микроорганизмдер биодеградациясы үшін олардың ерігіштігін жоғарылату қажет.

Осы мәселелерді шешу үшін зерттеушілер биологиялық залалсыздандырудың схемаларын күшейтуге жұмыс жасауда. Бактериялардың ингибирленбеуін тудырмайтын жоғарғы-активті заттардың (ПАВ) аз мөлшері сынақтан өкізіледі. Келесі жолы саңырауқұлақ және бактериялардың  кейбір түрлерімен синтезделетін табиғи жоғарғы-активті заттарды қолдану арқылы іске асырылады. Органикалық қосылыстарды ыдырататын осы микроорганизмдер мен бактериялардың біріккен жұмыстарына сынақ жүргізілді. Табиғи жоғары-активті заттар органикалық қосылыстарды заласыздандыратын бактерияларға улы әсерін тигізбеуі мүмкін. Полиядролы ароматты қосылыстар отын, смола, креозоттың әр түрлерінің құрамында болады. Көптеген зертханалық сынақтар екі және төрт бензолды сақиналарға дейін тұратын қосылыстарға жүргізілді.

«Monsanto» концерні бактерия көмегімен органикалық лас және тұзды ағынды суларды тазалау әдістерін шығарды. Органикалық ластанудан ағынды суларды тазалау процессі сәтті сынақтан өтті. Бұл жағдайда тұз құрамы 3%-ға дейін жетуі мүмкін.

Ағынды сулардан цианидтерді жою үшін саңырауқұлақтарды қолдану жұмыстары басталды(мысалы, Stemphylium loti, Gloeocercospora sorghi). Бұл түрлер цианидгидратаз ферментін қолданумен цианидты формамидқа алмастыруға қабілетті болады [5].

Химиялық ластанудың түрлерін бақылау үшін микробты штаммдарды бөлуге болады, мысалы: биоцидтердің, детергентердің, пластиктердің немесе көмірсутектердің құрылысын бұзу қажет [4].

Ағынды суларды тазалауда биотехнологияны пайдаланудың тағы бір түрі бұл ауыр металлдарды жою болып табылады. Әдетте ерітінділерден металлдар иондарын полисахарид ерітіндісінде адсорбциялар арқылы жояды. Поли-сахаридтер активті ортада металл иондарын байланыстыруға қатысады [5].

Су қоймаларын ластаушылар – нитраттар болып саналады. Су көзі ретінде қолданатын өзендердің көбісінде нитраттар концентрациясы шекті шамасына жетеді немесе оданда жоғары болады. Азоттың едәуір мөлшері тазаланған ағында қалған нитрат қалдығымен өзенге келіп түседі. Әрине, тазалау процессінде бұл азотты түгелімен (нитрификация-денитрификацияны қолданып) жоюға болады, бірақ нитраттардың су қоймаларына түсуінің басқа жолдары болғандықтан, онда көптеген жағдайларда нитраттарды жою процессін шексіз баяулатуға болады. Биологиялық нитраттарды жою қышқыл тудырмайтын шартты және көміртек көзін талап етеді, мысалы: метанола [5].

Pseudomonas mendocina немесе Ps. Putida штаммдарының клеткаларының үшхлорэтиленді ыдырату әдісі белгілі. Ыдыратуды плазмидамен Pseudomonas mendocina толуолмонооксигеназдан тұратын рекомбинатты микороорганизмнің клеткаларымен жүзеге асырады. Е. coli – рекомбинатты плазмидтер қатарын қолдану ұсыналады.

Ағын жылдамдығы 0,8 м/сек жоғары және төмен ағынды реактордағы әлсіретілген бактериалық клеткаларды қолданумен ағынды суларды тазалау әдісі қызығушылық тудыруда. Клеткаларды иммобилизациялау үшін тасымалдағыштардың меншіктікті салмағы 1-ден төмен және өлшемі 2 мм-ден кіші майда бөлшек түрінде болады; реакторды тасымалдағышпен толтыру дәрежесі – 20-50%. Аэрация процесінде төменгі ағында оттегі концентрациясы – 80%-дан жоғары, шықпайтын ағында газдың көлемдік үлесі – 80%-дан  жоғары; айналымдағы су ағынына түсетін газдың көлемдік үлесі – 0,05-тен төмен болады; құмшауыт концентрациясы – 15000 мг/л. Бұл тәсіл – құмшауыттар тамақ, химия кәсіпорындарының немесе целлюлозды-қағаз өнеркәсібінің ағынды суларын тазалау үшін ұсынылады. Құмшауыт концетрациясы реакторда жоғары болып қалады, тұндырғыш қажеттілігі болмайды, сонда жабдық саны және өлшемдері қысқарады. Процесс тоқтағаннан кейін тасымалдағыштың майда бөлшектері реактордың жоғарғы бөлігіне жүзіп шығады

Анаэробты жағдайда бөлінетін және аэробты жағдайда ортофосфорлы қышқылды жұтатын үлкен концентрациялы фосфорлы қышқылды қоректендіретін Micrococcus NM-1штаммы көңіл бөлуге тұрады. Бұл штаммды қолдануда дефосфорттау үшін қажетті уақытты қысқартады.