Тақырып: Қоршаған ортаны қорғаудың қазіргі заманғы биотехнологиясы

Қазіргі кезде адамдарды қоршаған табиғи ортаны қорғау мақсатында

биологиялық объектілердің, микробтар мәдениетінің, қауымдастықтардың,

олардың метаболиттері мен препараттарының өміршеңдігі өнімдеріне негізделген технологиялық процестерді жасау және ойлап табу қажет болды. Ондай технологияға биотехнологияны жатқызуға болады. Биотехнология әдістері мен түрлеріне микробиологияның, биохимияның, биофизиканың, клеткалық және ген инженериясының, олардың топтасуының фундаменттік және әлеументтік жетістіктері жатады.

Биотехнологияның тарихы мыңдаған жылдардан бері келе жатыр. Оған мысал ретінде, нан пісіру, вино жасау, сыр жасау және т.б. жатқызуға болады. Алайда жыл сайын биотехнологияның жаңа бағыттары мен түрлері пайда болып жатыр. Жүздеген жылдар бойы адамдар химиялық құрамы қарапайым руданы және металдың бағалы түрін ғана өндіріп келді. Осындай рудалардың қоры азайған соң жартылай металды және тым кедей рудаларды пайдалана бастады. Алайда осы руданы өндіру тәсілдерін қолдану кезінде қоршаған орта қалдықтар мен шлактармен (шикізаттың 2 %-ы ғана тиімді пайдаланылады) ластанып бастады. Руданы өндіру кезінде тек бағалы өнім ғана өндіріліп, қалғаны қалдық күйінде шұңқырлар ішінде жинақталды.

Антропогенді әсері төмен және бірама жетілдірілген әдіске

гидрометаллургиялық әдіс жатады, оның бір түріне маталлдарды бактериальды-химиялық сілтімен өңдеу болып табылады. Осы процесс руда құрамындағы

сульфадты минералдарды тионды бактериялармен қышқылдандыруға

негізделген. Мұндай минералдарға темір сульфидтері, күміс, мышьяк,

молибден, кобальт, цинк, никель сульфидтері жатады. Бұл кезде металдар ерімейтін сульфидті түрден еритін сульфатты түрге өтеді. Алынған концентрацияланған (50 г/л-ге дейін) темірі бар ерітінділер экстракцияға және электрхимиялық өңдеуге (басқа металдарды да өңдеу осыған ұқсас жүреді) жіберіледі. Металдарды сілтімен өңдеу биотехнологиясы қабат ішінде, бұрын пайдаланылған бос тұрған карьерлер мен шұңқұрларда қолдана беруге болады. Бұл әдісті қолдану қоршаған ортаны қорғауды жақсартады (металдардың 5 %-ы ғана қазіргі уақытта осы тәсілмен өндірілуде, бұл әдісті қолдану перспективасы өсіп келе жатыр).

Тионды бактерияларды руда шикізатында күкірттің алдын-ала азаюы үшінде қолданылуы мүмкін. Көмірлердегі күкірттің болуы 10-12 %-ға дейін болуы мүмкін. Оны жағу кезінде күкіртті ангидрид пайда болып, кейін ол күкіртті жаңбырлардың пайда болуына әсерін тигізеді. Көмірде күкірттің мөлшерін азайту технологиясы металдарға қолданылатын биотехнологияға ұқсас. Онымен қатар көмір құрамындағы вольфрам, никель, бериллий, ванадий, алтын, германий, қола, кадмий, цинкте күкіртпен бірге бөлініп шығады.

Тас көмірді өндіру кезінде жарылыстар мен өлім қаупін туғызатын метанда бөлінеді (статистика мәліметтері бойынша 1 млн т көмірді өндіру бір шахтердің өлімімен сәйкес келеді). Шахталарда метанмен күресу үшін биотехнология қолданылады, ол көмір қабаттарында және өңделген бос кеңістіктерде метанды қышқылдандыратын бактериялардың көмегімен метанды жұту процесіне негізделген. Метанды қышқылдандыратын бактериялар үшін метан көміртегі мен энергия көзі (1/3-і биомассаның өсуіне, ал 2/3-і клетка сыртында органикалық қосылыстардың және көмірқышқыл газдың пайда болуына жұмсалады) болып қызмет етеді. Метанды қышқылдандыратын бактерияларферментерлерде өсіріледі, концентрацияланады, шахтада азот пен фосфор қосылған суспензия

дайындалып, қабатқа 1т көмірге 30-40л көлемінде айдалады. Бактериялардың өсуі үшін қажетті оттегі компрессорлардың көмегімен жіберіледі. Метанның мөлшері бұдан соң 2 есеге азаяды, ал көмірді өндіру 1,5 есеге жоғарылайды. Мұнайды өндіру кезінде оның қорының 50 %-ы қабатта қалып қояды. Қабаттың мұнайбергіштігін 10-16 %-ға көтеру жаңа кен орнын ашқанмен бірдей болады.

Суды қабатқа айдаған соң микробтардың биохимиялық әпекеттілігін арттыру үшін айдау ұңғысының аймағында аэрация қолданылады. Бұл мұнайдың бұзылуына себепші болады, көмірқышқыл газ, сутегі, органикалық қышқыл пайда болып қабаттың анаэробты аймағына тап болып анаэробты метангенерациялық бактериялардың әсерінен бұзылады да метан пайда болады. Мұнайдың бұзылуы және метанның пайда болуы мұнайдың сығылуына, қабатта газ қысымының пайда болуына себепші болады, бұл мұнайбергіштіктің өсуіне (кей жағдайларда 30 %-ға дейін) және қоршаған ортаның антропогенді әсерін төмендетуге мүмкіндік береді. Шикізат қалдықтарын биотехнологияның көмегімен қайта өңдеу көмір, мұнай, газ секілді энергия көздерінің қорын ұзақ уақыт пайдалануға мүмкіндік береді. Қатты қалдықтарды қайта өңдеу биотехнологиясы биогазды пайдалануға мүмкіндік беріп қана қоймайды, сондай-ақ энергетикалық жетіспеушілікті азайтады және де қоршаған ортаға антропогенді әсер етуді төмендетуге мүмкіндік береді.

Биотехнологияны қолдана отырып қалдықтарды пайдалану энергетикалық мақсатта қолдану анаэробты деструкция деп аталады. Анаэробты шіріту - әртүрлі микроорганизмдер тобының көмегімен мезофилді (t=30-33 0С) жағдайларда жүргізілетін оттегісіз ферментативті кезеңді микробты процесс.Микроорганизмдермен қатты қалдықтардың әсерлесу уақыты 5-30 күн, бұл шикізатқа, ылғалдылыққа, орналасуға да байланысты болады. Көп жағдайларда өңдеу кезінде ауыр фазада заттың 3-5% концентрациясы болады, олардың 75 %-ы органикалық компоненттер болады. Олардың 50 %-ы шіріту кезінде биогазға айналады. Газдың 65-70 %-ы метаннан, 25-29 %-ы көмірқышқылдан, қалғандары сутегіден, күкіртсутегіден, аммиактан тұрады. Газ бойынша орташа өнімділік, яғни 1 л-ге 1 кг биологиялық қышқылданған зат келеді. Биогазды пайдаланудың мүмкіндіктеріне келесілер жатады: жылыту үшін котельныйды пайдалану; газгенераторлық қондырғыда электр эгнергиясын алу; автомобиль жанар-жағар майы ретінде пайдалану немесе тұрмыстық баллон газ ретінде қолдану. АҚШ-та, Японияда, Германияда жүздеп, Қытайда ондаған мың үй тұрмысында жеке қолдану және ауыл шаруашылық фермаларында электр энергиясын алу үшін ферментерлар қолданылады.

Полигондарда қатты тұрмыс қалдықтарын (ҚТҚ) қайта өңдеу, онымен бірге биогазды алу алдыңғыларға қарағанда ерекшелеу. Катаболизмнің бастапқы кезеңінде химиялық және физикалық процестермен бірге аэробты микробты процестер жүре бастайды. Оттегі қоры таусылған соң ҚТҚ-ның температурасы азайып, метанның пайда болуына көмектесетін микроаэрофилдердің, факультативті анаэробтардың ұлғаюы жүреді. Жылдың жылы мезгілінде метанның пайда болу қарқыны жоғары (жылына 3,1-ден 371 л/кг ҚТҚ). ҚТҚ-ның бөлшектерінің мөлшерінің 10-20 мм-ге азаюы метанның бөлінуін 4 есеге жоғарылатады.

Қалдық полигонында пайда болған биогазды полиэтиленнен жасалған тіке немесе көлденең перфорацияланған құбыр арқылы алуға болады. Конденсат пен шаң кеткен соң қалдықтың жану жылубергіштігі 17-20 МДж/м3, одан әріде тазалайтын болса, онда 34-37 МДж/м3 болады.

Лекция № 14