Лекция 15 – Экологиялық мәселелерді шешудегі микроорганизмдер ролі

1. Ластаушы заттардың негізгі топтары

2. Биоремедиация ұғымы

3. Қалдықтардың биоконверсиясы

Қоршаған ортаның ластануы заманауи проблемалардың ішінде жетекші орындардың бірін алады, себебі антропогенді әсер барлық жер сферасына: атмосфера, гидросфера, литосфераға жайылады. Адамның өзі ластанған ортаның құрбаны болып барады, жыл сайынсу, ауа және топырақтың ластануы салдарынан 40% адам зардап шегеді.

Химиялық ластаушы заттарды залалсыздандырудың бірнеше тәсілі белгілі, 1-ластаушы затты бір орыннан 2-не ауыстыру, 2-сі затты бір ортадан басқаға ауыстыру, кейбір су тазалау технологиялары ластаушы заттарды ауаға сейілту әдістерін қарастырады.Мысалы, суды сүзгіден өткізу, суда тазартқанымен қалған заттар концентрлі түрде қалып, топыраққа көмілсе, топырақты, жаққан жағдайда ауаны ластайды.

Табиғи жағдайда экожүйеде өзін өзі тазарту үрдістері жүреді, бірақ адамзат әсерінің қарқыны ол процестерден әлдеқайда тез жүріп, түрлі органикалық қосылыстармен су-ауа, топырақтың ластануы ондағы МО-ң арақатынасын өзгертіп, ортаның өзін өзі реттеу қасиеті төмендейді.

Биоремедиация- түрлі ағзаларды ластанған аймақтарда потенциалды қауіпті қосылыстарды қауіпсіз не қауіптілігі біршама төмен формаларына ауыстырумақсатында пайдалану әдісі. Биоремедиацияның ең сәтті технологияларына ластанған ортада тіршілік ететін МО қатысында іске асатын әдістері жатады. Табиғатта көптеген МО түрлері мен саңырауқұлақтар хим. ластаушы заттарды ыдырата алады. Онымен қоса адамзат генетикалық модификацияланған МО осы мақсатта қолдана алады.

Ортаны тазартудың табиғи үрдістері көп уақыт алары белгілі, бірақ сол процестерді қоздырып, жеделдету, яғни биостимуляция әдістері биоремедиацияның бір тәсілі б.т. Ластаушы заттарды бейтараптайтын микроорганизмдері бар ортаға қосымша қоректік заттарды қосу арқылы олардың көбеюіне жағдай жасап, ортаның тазаруына мүмкіндік туындайды. Тағы бір технология негізінде ерігіштігі төмен ластаушы заттардың, мысалы полихлорлы бифенилдердің биожетімділігін арттыруға бағытталған әрекеттерді айтуға болады.Бірақ биожетімділіктің жоғарылауы салдарынан ласатаушы агенттің қоректік тізбектерге қосылу қаупін арттырады. Сондықтан олардың биожетімділігін арттыра отырып, ластаушы агенттердің топыраққа сіңуін төмендету жолдарын анықтау өте маңызды (сурфактантты заттар қосу, қыздыру, компостты ылғал ауамен желдету).

Биоремедиация әдістері тек қана органикалық қосылыстар ған емес ауыр металдармен ластанған объектілерді де тазарту кезінде пайдаланылады. Табиғи жағдайда өз тіршілігінде ауыр металдарды пайдаланатын бактериялар бар. Ауыр металдарға мышьяк, сурьма, бериллий, кадмий, хром, мыс , қорғасын, радий, никель, селен, таллий и цинк жатады. Биоремедиация кезінде бұл металдар толық жоғалмайды, бірақ олар улылығы аз немесе бейтарап формаларына ауысады. Мыс, Металлды өңдейтін бактериялар арасында 6-валентті хромды 3-валентті формасына айналдыратын анаэробты түрлері өте маңызды. Себебі 6-валентті хром қатерлі ісіктердің туындау қауіпін арттырса, 3-валентті формада ол қауіпсіз деп табылған.

Бірақ биоремедиация технологияларының кемшіліктері де бар. Мысалы су тазарту кезінде ондағы ортаның тұрақсыздығына байланысты микроорганизмдердің өсіп өнуіне қолайсыз жағдайлар туындайды. Судағы биоремедиациялық технологиялардың тағы бір кемшілігі –сол ортаға жат МО-ң өңделетін территориядан кетіп қалуы. Оның үстіне МО-ң жер асты суларына өтуі ауыз судың бүлінуіне алып келуі ықтимал.

Кейбір ластаушы агенттерден ортаны тазарту үшін МО тұтас консорциумы керек болады. Ондай қосылыстарға полиароматты гидрокарбонаттар және полихлорлы бифенилдер жатады.

Органикалық заттарды залалсыздандыруда топырақтың тірі компоненті-биотасы зор үлес қосады. 1 гр топырақта ондаған миллион МО-жасунықты ыдырататын бактериялар, түйнекті бактериялар, аммонификаторлар, сапрофиттер, нитрификаторлар, денитрификаторлар, азотобактерлар, оттегі фиксаторлары, саңырауқұлақтар .т.б. кездеседі. Олардың барлығы топырақты метаболизміне жауапты болып келеді және өлі органиканы құнарлы гумусқа айналдырады. Тұрақты ластанып тұратын аймақтарда топырақ микрофлорасының сандық және құрамдық өзгерістері байқалады, нәтижесінде топырақ түзілу процестері бұзылып, онда және суда ыдырамаған улы қосылыстар қалып отырады. Экологиялық тұрғыдан қауіпті ластаушы заттардың көпшілігі күрделі органикалық қосылыстарға жатады, олар бактериалды клеткаға тікелей сіңбейді. Оларды ыдырату үшін МО сыртқа түрлі биоактивті қосылыстар бөліп шығарады. Детергенттер, пластик және көмірсутектер сияқты биоцидтер дерлік ыдырамайды десе болады. Ондай заттарды ыдыратуға әдетте Pseudomonas өкілдерін қолданады. Олардың бойындағы оксидоредуктазалар мен гидрооксилазалар көмірсутектердің көп молекуласын және бензол, ксилол, толуол сияқты ароматты қосылыстарды ыдырата алады. Ауыр ластаушы заттарға ЭДТА

(этилендиаминтетрауксусная кислота) жатады. ЭДТА ауыр металдарды байланыстырып топырақта жиналуына жағдай жасайды. Pseudomonas , Bacillus бактериялары Fe-ЭДТА байланыстарын үзуге қабілетті. Сондықтан оларды жуғыш заттар детергенттері көп түсетін тұрмыстық ақаба суларды тазартуда қолданады. Одан басқа ксенобиотиктер биодеградациясын Acinetobacter, Metviosinus түрлері іске асырады.

Бактерияларға қарағанда топырақ ластаушы заттарын саңырауқұлақтар тиімді ыдыратады. Олар пентахлорбензол, пентахлорфенол сияқты заттарды бейтараптайды. Саңырауқұлақтар суық күнде де белсенді, клетка сыртына спецификалық ферменттер бөлу арқылы жоғарымолекулалы қосылыстарды тез ыдыратады. Бактериалды тазартуға қарағанда саңырауқұлақтарды қолдану уақытты үнемдеуге мүмкіндік береді.

Өсімдік шикізатының микробты биоконверсиясы құрамы крахмалды, целлюлозды ауылшаруашылық қалдықтарын пайдалы субстанцияларға айналдыру-тиімді әдістің бірі. А/ш қалдықтарын биогазға конверсиялау табиғи метаногенді қауымдастықтардың есебінен анаэробты жағдайда іске асады. Процесске түрлі МО турлері қатысады. Алдымен Clostridium бактерияларының ферменттерінің әсерінен өсімдік полимерлері гидролизге ұшырайды, артынша гидролиз өнімдері Clostridiaceae, Enterobacteriaceae, Lactobacillaceae, Streptococcaceae туыстарының көмегімен ашытылып, ұшқыш май қышқылдарының, спирттер мен газдар қоспасы п.б. Бұл кезең синтрофты сатыға ұласады. Ол кезде Synthrophomonas және Synthrophobacter бактериялары ашу өнімдерін пайдалана метаногенез субстраттарын (Н₂, СО_2, ацетат) түзеді, өз кезегінде оларды метаногенді архейлер тіршілігі үшін пайдаланып нәтижесінде биогаз п.б..

Қатты тұрмыс және өндіріс қалдықтарын утилизациялау жолы- көму б.т. Көмілген қалдықтарға топырақтан бірге МО түседі. Топырақ ылғалдығы мен деструкциялаушы МО популяциялар тығыздығы төмен болған себепті көмілген қалдықтар баяу (30-50 жыл) ыдырайды. Қоқыс тастайтын жерде МО қауымдастығында биогаз түзуге қатысатын МО бар. Қоқыс үйінділерінің терең қабаттарында метанды ашу жүріп масса қызады, бірақ үйіндінің жоғары жағында метанотрофты бактериялар болғандықтан пайда болған метанның біразы атмосфераға жетпейді.

Сұйық органикалық қалдықтар- ақаба сулар, жартылай сұйық қалдықтарға қи, ақаба сулардың тұнбасы жатады.