1.4 Көмірсутектермен ластанған топырақтарды биоремедиация процестерімен қайта қалпына келтіру әдістері

Отын-энергетика кешеніндегі экологиялық проблемалардың негізгілерінің бірі мұ най қ ұ бырының тозуынан, ескіруінен, сонымен қ атар мұ най жә не мұ най ө німдерін ә ртү рлі кө ліктермен тасымалдау кезінде болатын мұ най қ ұ бырындағ ы апаттар болып табылады. Мысалы дү ние жү зінде мұ най шығ ыны оны ө ндіру, ө ң деу жә не пайдалану жылына 45 млн тоннадан астам, яғ ни жылдық табыстың 2 %-ын қ ұ райды, мұ найдың 22 млн тоннасы (ө ндірілген мұ найдың 0, 97 %) жер бетінде жоғ алып кетеді.

Мұ ндай проблемалардың шешілмей тұ рғ андығ ының негізгі факторы топырақ жә не жер асты суларының мұ най жә не мұ най ө німдерімен ластану дә режесінің бағ алану ө лшемдерінің нормативті қ ұ жаттардың болмауы болып табылады.

Топырақ пен жер асты суларының ластану деп қ оршағ ан ортада жағ ымсыз экологиялық ө згерістердің: топырақ экожү йесінің экологиялық тепе тең дігінің бұ зылуы, топырақ биотасының ө луі, ө сімдіктердің ө луі немесе ө німділігінің тө мендеуі, мұ най ө німдерінің топырақ қ а енуінен жер асты жә не жер ү сті суларының ластануына қ ауіптіліктің тууы, топырақ тың сулы-физикалық қ асиеттерінде морфологиялық ө згерістердің жү руі, қ ұ нарлығ ының тө мендеуінің байқ алуына дейін жеткен мұ най ө німдерінің концентрациясын есептейді [24].

Топырақ тың ластану дә режесін анық тау топырақ санациясының арнайы жұ мыстарын жү ргізу сұ рақ тарын шешуді қ ажет етеді. Топырақ тың ластануының қ ауіпті дә режесі деп ө зін-ө зі тазалау потенциалының шектен шығ у дә режесін айтады.

Дү ние жү зілік практикада мұ най ө німдерімен ластанғ ан топырақ ты залалсыздандыру ү шін ә ртү рлі ә дістер қ олданылуда. Бірінші топқ а ластанғ ан жерді ойып алу жә не ластаушыларды утилизациялау:

- қ оқ ыс тастайтын жерге апарып тастау. Мұ най жә не мұ най ө нідерімен ластанғ ан топырақ жә не қ атты материалдарды қ алдық тарғ а, ө ткізілетін қ оқ ыстың жалпы кө леміне 1-2 % қ атынаста қ осып қ аланың қ оқ ыс тастайтын жеріне апарып тастайды. Мұ най ө німдері мен қ алдық тардың мұ ндай қ атынасы экологиялық негізделген. Утилизация мерзімі - 1 жыл.

- ластанғ ан топырақ ты ойып алу жә не арнайы дайындалғ ан алаң дарғ а апарып тастау (Ландфарминг ә дісі). Бұ л ә діс қ азылып алынғ ан топырақ тарды дайындалғ ан алаң дарғ а таратып, кө п қ айтара борпылдату арқ ылы аэрация жү ргізу жә не еріксіз желдету, суару, қ оректік заттар мен микроорганизмдерді енгізу. Утилизация мерзімі - 1 жыл.

- арнайы ыдыстарғ а салу. Биіктігі 0, 4-2 м формадағ ы ыдыстарғ а қ азылғ ан ластанғ ан топырақ тарды салу. Бұ дан кейін қ оректік заттар мен биомасса қ оспаларымен суарылады. Эрозияның алдын алу ү шін эвентуальды кө галдандыру жү ргізіледі. Утилизация мерзімі - 2 жыл.

Ә дістің екінші тобына ластанғ ан аймақ тарғ а жү ргізілетін биоремедиациялық іс-шаралар жатады:

- кешенді минералды тың айтқ ыштар енгізілген микроорганизмдердің селекцияланғ ан мұ найтотық тырғ ыш штаммдарымен топырақ ты ө ң деу;

- жергілікті мұ найтотық тырғ ыш микрофлораның ө суді ынталандырушыларымен мұ наймен ластанғ ан топырақ ты ө ң деу.

Бұ л технологиялар қ азіргі уақ ытта топырақ тың мұ наймен ластануының ликвидациялайтын кең қ олданылатын биотехнологиялық ә дістеріне жатады.

Мұ най жә не мұ най ө німдері тө гілген жерді жандыру. Ә дістің кемшілігі - топырақ тың беткі қ абатындағ ы мұ най ғ ана утилизацияланады, сондай-ақ қ ыздырылғ ан жерлерде табиғ и биоценоздар жойылады, жану ө німдерінен атмосфера ауасы ластанады [25].

Топырақ ты санациялаудың басқ а да ә дістері бар: сепарация, жоғ арғ ы температурада кү йдіру, бумен ө ң деу жә не т. б. Бірақ, бұ л ә дістер арнайы қ ұ рылғ ыларды қ ажет етеді.

Шетелдік жә не отандық зерттеулерді, методикалық материалдарды, мұ най ластаушыларды жоюшылардың есептерін, ғ ылыми - зерттеулік жә не практикалық жү мыстарды ескере отырып, топырақ тағ ы мұ най ластаушыларын жою ү шін кешенді іс-шаралар қ осылғ ан келесі тұ жырымдама берілген:

- мұ най ластаушыларын локализациялау;

- мұ най ө німдерін, сонымен қ атар ластанғ ан қ алдық тармен, қ оқ ыстарды жинау, ө ң деу жә не утилизациялау;

- химиялық мелиорациялау;

- жерді биологиялық рекультивациялау;

- биоремедиация.

Бұ л ә дістердің ішінде ең кө п қ олданылатыны жандыру, кө му жә не биототық тыру. Салыстырмалы тү рде қ арасақ, биототық тыру экологиялық қ ауіпсіз жә не перспективалы, арзан ә діс болып табылады. Бұ л процестің бірнеше терминдері кездеседі " биодеградация", " биоқ айта-қ алпына келтіру", " биорекультивация" жә не " биоремедиация".

Биоремедиация (bioremediation) - (грек тілінен bio(s) - ө мір жә не logos - ұ ғ ым, ғ ылым; ағ ылшын тілінде remedy - айық тыру, жө ндеу) -топырақ тардағ ы, сулар мен ауадағ ы зиянды заттар мен бө где бө лшектерді сү зу (фильтрация) немесе (жә не) жайылуын тежеу, ортаның бастапқ ы қ ұ рамын қ айта қ алпына келтіруіне мү мкіндік туғ ыза алатын тірі ағ залардың кө мегімен жою. Мысалы, ағ ынды суларды биологиялық тазалау ү шін нафталин, толуол, алкандар, камфару, арнайы фенолды қ осылыстар, мұ най қ осылыстары, сонымен қ атар инсектицидтер, гербицидтер жә не т. б. ксенобиотиктерді утилизациялайтын «талғ аусыз» бактерияның тү рі кең қ олданылады.

Биоремедиация мұ най ө німдерін ластанғ ан аймақ тарды механикалық ә дістер арқ ылы тазалау. Биоремедиация жердің ландшафтық бедерінде қ алғ ан мұ най ө німдерін биологиялық жолмен жою мү мкіндігіне ие биоцидтерді пайдалануғ а негізделген. Биоремедиацияның негiзгi ү ш тә сілі бар: биостимуляция, биоаугментация жә не биовентиляция. Осы тә сілдердiң iшiндегі ең қ олайлысы биоаугментация ә дiсi. Себебi бұ л белсендi деструкторлы микроорганизмдердi қ олдану арқ ылы iске асырылады. Сонымен қ атар, топырақ тың биоремедиациялану эффектiсiне, ремедиация процесінің бiркелкi жү руiне ә серін тигiзедi. Яғ ни топырақ тағ ы деструкторлы микроорганизмдердiң интродукциясының қ ұ рылуы, олардың дамуына жә не тiршiлiк дең гейiне оптимальды жағ дайдың қ алыптасуы ә сер етеді. Топырақ тың барлық тү рлерiнде ә ртү рлi кө мiрсутектердi тотық тыратын кө птеген микроорганизмдердiң кездесуi анық [26].

Топырақ микробиотасына мұ найдың селективтi ә серi мынадай тү рде кө рсетiледi. Егер ластанғ ан топырақ тарда микроорганизмдер саны кө п болса, онда олар н-алкандарды жә не ароматты кө мiрсутектердi қ олданады. Газ тә рiзді кө мiрсутектердi, қ атты парафиндердi, ароматты кө мiрсутектердi тотық тыратын микроорганизмдердiң дең гейi кө бейген. Олардың iшiнде: Arthrobacter, Bacillus, Brevibacterium, Nocardia, Pseudomonas, Rhodococcus сияқ ты бактериялардың туыстары кездеседі. Азот циклындағ ы микроорганизмдер, соның iшiнде нитрификациялаушы бактериялар мұ найдың ә серiне сезiмтал болып келедi. Ал азотфиксация, аммонификация жә не денитрификация процестерiнде микроорганизмдердiң саны жә не қ арқ ындылығ ы керiсiнше жоғ арылауы мү мкiн [27].

Қ азiргi кезде, топырақ тың биоремедиациясында екi ә дiстеме бар: мұ найдың ыдырау қ арқ ындылығ ына қ арай жә не ластанғ ан территорияларды локальдi тазартуына байланысты, топырақ жамылғ ысына, ең алдымен, сә йкестiгi бар олеофильдi тың айтқ ыштар жә не мұ найларды ыдырататын деструкторлы-микроорганизмдердi ендiріледі (сурет 1) [28, 29].

Сурет 1. Мұ наймен ластанғ ан топырақ ты дезактивация жолдары

Ластанғ ан топырақ ты биоремедиациялау биологиялық агенттерді пайдалану арқ ылы топырақ тағ ы поллютанттарды тазалауғ а негіздеген техникалардың жиынтығ ы болып табылады. Биоремедиацияның нақ ты технологиясын таң дау келесі басты ө лшемдерге, яғ ни тазалау аймағ ының табиғ и жағ дайына, топырақ қ ұ рамына, концентрациясына жә не поллютанттың улылық дең гейіне байланысты. Топырақ биоремедиациясында қ олданылатын технологияларды екі топқ а біріктіруге болады: in situ ә дісі жә не ex situ ә дісі.

Биоремедиация in situ ластану аймағ ынан ластанғ ан топырақ ты жоймай ортаны поллютанттардан тазалауғ а негізделген. Бұ л типті технология жер қ азу жұ мыстарын жү ргізбейтіндіктен экономикалық тұ рғ ыда ү немді жә не арзан технология болып табылады, ауаны аз мө лшерде шаң датады жә не ex situ технологиясымен салыстырғ анда ұ шқ ыш поллютанттарды аз босатады. Биоремедиация in situ тә сілдерінің бірі арнайы қ ұ рылғ ының кө мегімен ластанғ ан топырақ қ а поллютанттардың аэробты биодеградациясы мен микроорганизмдердің ө суін ынталандыру ү шін оттекті енгізу. Бұ л техника кө п жағ дайда ә ртү рлі мұ най ө німдерінен тазалау ү шін қ олданылады.

Биодеградацияны ынталандыруда поллютанттардың деградациясын жү зеге асыратын, микроорганизмдердің метаболизмі мен ө суін жылдамдату ү шін топырақ қ а оттегіден басқ а қ оректік заттарды енгізу арқ ылы жү ргізілуі мү мкін. Бұ л мақ сатта кө бінесе азот- жә не фосфорқ ұ рамды тың айтқ ыштар қ олданылады. Басқ ада кең таралғ ан ә дістерге топырақ қ а микроорганизмдерді немесе топырақ тағ ы органикалық поллютанттардың деградациясын жылдамдататын ферменттерді енгізу жатады.

Биоремедиация ex situ ластанғ ан топырақ қ абатын қ азып алып, оны ластанғ ан аймақ тан алшақ жерде поллютанттардан тазартуғ а негізделген. Бұ л биоремедиация in situ ә дісімен салыстырғ анда шығ ынды кө п қ ажет етеді. Дегенмен, бұ л типті технологиялардың артық шылығ ы бар: олар аз уақ ытты қ ажет етеді жә не тазалау процесін бақ ылауды толық тай қ амтамасыз етеді.

Іn situ биоремедиация технологиясы кезінде қ олданылатын ә дістердің бірі биореакторларды қ олдану болып табылады. Биореакторғ а топырақ ты салмас бұ рын, ү лкен тастар мен топырақ тар алынып тасталынады, бұ л топырақ ты біртекті жасайды, су қ осқ аннан кейін ол балшық ты қ оспағ а айналдырады. Топырақ тағ ы поллютанттарды тазалау жү ргізілетін қ оспағ а микроорганизмдер қ осылады, олар ү шін реакторда оптималды жағ дай қ ұ рылғ ан. Топырақ ты тазалау процесі аяқ талғ аннан кейін топырақ кептіріледі жә не қ оршағ ан ортағ а қ айта шығ арылады.

Іn situ биоремедиация технологиясының келесі бір ә дісі ол қ азылып алынғ ан ластанғ ан топырақ тарды арнайы аймақ тарғ а тө гіп, биоремедиацияны жү зеге асыратын микроорганизмдердің метаболизімі мен ө суін жылдамдату ү шін оны аэрациямен, қ оректік заттармен жә не сумен қ амтамасыз етеді. Биореактордың кө мегімен тазалаумен салыстырғ анда бұ л технология ү лкен аймақ ты жә не кө п уақ ытты қ ажет етеді.

Биоремедиацияның басқ а да кө птеген ә дістері кездеседі. Осындай технологиялардың бірі кө піршіктерді пайдалану. Деградациялайтын бактериялармен қ осылғ ан кө піршік тү зуші заттар сығ ылғ ан ауамен бірге топырақ тың белгілі терең дігіне айдалады. Кө піршіктер ластаушы заттарды мобилизациялайды жә не олардың биоқ олайлылығ ын арттырады. Кө піршік қ оспасы ваккумды сорғ ыш арқ ылы топырақ тан бактериялар мен деградациялайтын поллютанттар тартып алады, поллютант жойылады, ал тазаланғ ан кө піршік тә різді қ оспаны микроорганизмдермен бірге тазалау ү шін қ айта пайдаланады.

Топырақ ты биоремедиациялаудың басқ а перспективалы технологиясы электролиз механизміне негізделген. Топырақ қ а екі қ арама-қ арсы электрлі зарядталғ ан қ ұ рылымды орналастырады. Топырақ тың суы электролизденеді, сутек жә не деструкторлардың метаболизмін ынталандыратын оттек тү зіледі. Оттектің ынталануынан басқ а, микроорганизмдердің метаболизмі жә не ө суі электролизбен жалғ асқ ан температураның жоғ арлауымен ынталанады. Сутек пен оттек, сонымен қ атар басқ а да топырақ тан бө лінетін газ тектес заттарды танкерге жинайды. Танкерде араластырғ аннан кейін қ айтадан топырақ қ а айдайды. Сондай-ақ pH жә не оң тайлы ылғ алдылық ты қ амтамасыз ету ү шін топырақ қ а су жә не лактат қ осылады [30].

Мұ най жә не мұ най ө німдерінің қ ұ рамындағ ы кө мірсутектерді жылдам жә не нақ ты анық таумен ө ң деу, мұ най ө ндірісіндегі ең басты жә не толығ ымен шешілмегін тақ ырып болып отыр. Ө німнің химиялық қ ұ рамын білу, ө німді ө ң деу ү шін жә не оның сапасы мен тұ рақ тылығ ын анық тау ү шін керек. Осы тә сілдерді білместік ү лкен материалдық шығ ынмен ө німнің тө зімділігін тө мендетеді. Қ азіргі экстракционды анализдеу тә сілдері, селективті еріткіштерді қ олдануғ а негізделген, ұ зақ уақ ыт жә не кө п кү шті қ ажет етіп, жә не де денсаулық қ а зиянды, сол себепті, бұ л ә дістерді зауыттарда бақ ылау ретінде жұ мыс істеуге тиым салынады. Сондық тан осындай кемшіліктері болмайтын анализдеу тә сілдерін іздеу барысында, қ азіргі тандағ ы ә дістердің ішіндегі алдың ғ ы орында калориметриялық жә не термогравиметриялық ә дістер [31].

Кө птеген жағ дайларда ә ртү рлі компоненті мұ найлардың тұ рақ ты қ атынастығ ы микробты тотығ уларына қ атысты ә ртү рлі кластарғ а жататын ә рбір жеке заттарғ а (парафиндер, алкилбензолдар, нафталиндер немесе алкилнафталиндер жә не т. б. ) зерттеулер жү ргізілген. Мұ найдың шайырлы-асфальтенді бө лігінің биототығ уы алдын-ала бө лініп алынғ ан ұ қ сас заттар тобының фракцияларымен (оқ шауланғ ан) зерттеу барысында жү ргізілген. Осы тә жірибелерге сү йене отырып, мұ най компоненттерінің биототығ уы тө зімділігі бойынша келесі қ атар бойынша тізбектеледі: нормалды алкандар > изоалкандар > изопреноидті алкандар > цикландар > арендер > асфальтендер > шайырлар [31, 32]. Микробтардың ә серіне тө зімділігі жоғ ары мұ найдың жоғ арымолекулалық компоненттері ретінде – шайырлар мен асфальтендер ә серлесу кезінде едә уір жылдамдық пен жоғ ала бастайды, оның жоғ алу интенсивтілігі н-алкандардың орнығ у кезінде шайырлар (52 %-ғ а дейін) жә не асфальтендер (72 %-ғ а дейін) жоғ алады.

Биологиялық ө згерістер кезінде микроорганизмдердің метан қ атарларындағ ы кө мірсутегілерді ө з қ ажеттілігіне пайдаланып, парафинді мұ найларды нафтенді мұ найларғ а дейін ыдырататыны байқ алады. Биодеградация процесі кезінде, мұ найдың тығ ыздығ ы жоғ арланып жә не шайырлы қ осылыстардың ү лесі ұ лғ аяды. Ал қ алғ ан қ алдық тардың жиналу нә тижесінде нафтендердің жә не ароматты кө мірсутектердің концентрациясы жоғ арылайды.

Мұ найдың негізгі ерекшеліктеріне сай қ ұ рамы ә р тү рлі кө мірсутектер топырақ немесе суғ а тү скенде ыдырайды, себебі ондағ ы кө мірсутектер шайылу, желдену, химиялық тотығ у жә не микробтық бұ зылыстарғ а ә келеді. Ө німдегі химиялық тотығ удың бірінші кезең і, биодеградация ө німдеріне сә йкес, майлар қ ұ рамдарының тө мендеуімен байқ алады (40-41 %-ғ а дейін), біркелкі асфальтендердің ү лесі (10-нан 28, 8 %-ғ а дейін) кө бейеді. Бірақ, биодеградация процесінен ерекшелігі, химиялық тотығ у кезінде бензолды шайырлар азайынқ ырап, ал спиртті-бензолды шайырлардың мө лшері сә л ғ ана кө бейеді, нә тижелерге қ арағ анда температураның ә серінен термиялық тұ рақ сыз спиртті-бензолды шайырлардың тү зілмеуі тә н емес [33].

Бактериалды микрофлора кө бінесе жалпы токсинді мұ най компоненттерін – (ароматты кө мірсутектерді) тотық тырады. Бұ л бағ ыт бойынша кө птеген зерттеу жұ мыстары жү ргізілген жә не микроорганизм-деструкторлы штаммдар коллекциялары пайда болғ ан. Осы штаммдар фенолды, толуолды, ксилолды, мазут жә не шикі мұ найды ыдыратуғ а қ абілеттілігін байқ атты [34].

Кө мірсутек микроорганизмдерінің тү рлену механизмі (сурет 2) келесі қ атар тү рінде кө рсетіледі:

--- н-алкандардың тотығ у жолдарының 3 тү рі қ абылданғ ан:

1) метил тобының монотерминальды тотығ уы, нә тижесінде спирттер, альдегидтер жә не монокарбонды қ ышқ ылдар тү зіледі.

2) тотығ у нұ сқ асы ретінде монотерминальды тотығ у, екіншілік спирттер, сонымен қ оса метилкетонның тү зілуі.

3) дитерминальды тотығ у, мұ нда терминальды н-алкан топтары бірің ғ ай немесе тізбектеліп тотығ ып, майлы дикарбонды қ ышқ ылдар тү зеді.

Сурет 2. Кө мірсутектердің микробты утилизациялау сызбанұ сқ асы

Кө птеген микроорганизмдер ү шін кө мірсутектердің монотерминальды тотығ уы тә н, н-алкандардың бұ л тізбегінде тотығ у сипатында соң ғ ысы С-атомы болып табылады. Микроорганизмдер қ атысында қ ос метил топтарының н-алкандардың тотығ у процесінде ақ ырғ ы ө нім ретінде w-оксимонокарбонды жә не дикарбонды қ ышқ ылдар тү зіліп, сонымен қ атар, молекуладағ ы кө міртегі атомының саны бастапқ ы кө мірсутектерге сә йкестігін кө рсетіп, “дитерминальды тотығ у” атауғ а ие болды [35, 36].

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 Следующая ⇒