УДК 573.628

 

ПОЛУЧЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ РАСТВОРОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ СКОРОСТИ ВЫДЕЛЕНИЯ МЕТАНА ИЗ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

 

1Абдинов Р.Ш., 1Нуркеев С.С., 2R. Silvestri, 3Метакса Г.П., 1Нуранбаева Б.М.

 

(1Казахский Национальный технический университет имени К.И. Сатпаева, 2Baldwin-Wallace College, Berea, Ohio, USA, 3Институт горного дела имени Д.А. Кунаева)

 

            В настоящее время большое внимание уделяется поискам энергетически выгодных технологий разработки, добычи и переработки полезных ископаемых с помощью бактерий [1-8]. При этом используются культуры, которым присущи конкретный биоценоз, разрабатываются рецептуры питательных растворов, способы получения готовой продукции. Получаемые продукты переработки относятся к классу биополимеров – природных высокомолекулярных соединений, из которых построены клетки живых организмов и межклеточное вещество, связывающее их между собой. К числу биополимеров относятся белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и смешанные их соединения. При этом молекулярная масса биополимеров достигает нескольких миллионов, их мономерный состав сильно отличается внутри каждого типа.

            В этой науке пока отсутствуют единые принципы управления технологическими процессами (особенно в подземных условиях) с целью получения заданных свойств готового продукта. Решая поставленную задачу в лабораторных условиях, не приспособленных  к получению и анализу биополимеров для целей бактериальной обработки твердых бытовых отходов (ТБО) нами найдено новое применение методики, разработанной Болотовым Б.В. [4]. Сущность его методики сводится к получению конкретного вида микроорганизмов из молочно-кислой среды путем помещения её в ядовитый питательный раствор. В этой ситуации жизнеспособными оказываются только те микроорганизмы, которые могут питаться заданным питательным раствором.

            Приняв за основу общие принципы селекции микроорганизмов конкретного вида, в питательные растворы добавлялись: уранил гидразин сернокислый, тиомочевина, серная кислота, аммиачная селитра и поваренная соль. Селекция в течение двух недель осуществлялась в аэробных условиях. Затем полученная культура помещалась в условия, в которых питательной средой являлась сера и замазученные почвогрунты месторождений Иман-Кара и Мортук. Создав анаэробные условия, микроорганизмы были вынуждены добывать кислород из воды и углеводородов замазученного почвогрунта. Визуальный контроль осуществлялся ежедневно, рН-раствором измерялась в начале и в конце эксперимента. Биологически активные растворы при комнатной температуре и естественном освещении выдерживались в течение 20 суток. Полученные продукты жизнедеятельности разделялись по фракциям, осуществлялись ИК – спектроскопический и металлографический анализы и оценивалась активность смолистого вещества биологически активных растворов по разработанной в лаборатории методике в ультразвуковом диапазоне частот механических колебаний.

            Съемка ИК – спектров производилась на двухканальном компьютеризированном спектрофотометре фирмы Карл Цейс Йена «Спекорд М-80» в спектральном диапазоне 4000-200см-1.

            Приготовление водных растворов с биологически активными свойствами осуществлялось по методике Болотова Б.В. следующим образом:

            - заполнение водой стеклянной или керамической емкости;

            - добавление питательной среды (сахар) 3-5% от объема воды;

            - добавление комплекса бактерий из молочной сыворотки, изготовленных в специальных условиях;

            - добавление исследуемого вещества неорганического или органического происхождения;

            - наложение воздухопроницаемой мембраны.

            Полученная смесь устанавливалась в теплое место (t ≈ 30÷400C) на 10 дней. Ежедневно фиксировалось визуальные изменения в биологически-активном растворе, рН-среды измерялось в начале и в конце биологического цикла. Затем в полученную биологически активную среду добавлялись компоненты, подлежащие переработке. В рассматриваемом случае это были замазученные почвогрунты месторождения Иман-Кура. По данным рентгенофазного анализа основным компонентом почвогрунта этого региона являются алюмосиликаты с преобладанием α – фазы кварца 68÷75% в зависимости от места отбора пробы.

            Эффективность биологически активных раствором оценивалось путем взвешивания компонентов исходной смеси в начале экспериментов и продуктов жизнедеятельности микроорганизмов в конечной фазе эксперимента, процентные соотношения количественных параметров для разных видов микроорганизмов приведены в таблице 1.

 

Таблица 1

 

Количественные параметры эффективности биологически-активных растворов

 

 

Вид раствора

 

рНисх/рНкон

 

Объем раствора,

мл

Общее количество продуктов жизнедеятельности, %

Т-цикла – 1 месяц

Биологически-активные растворы с поваренной солью

6/4

500

10

Биологически активные растворы с селитрой

6/3

500

25

Биологически-активные растворы с гидразином

6/3

500

23

Биологически-активные растворы с серной кислотой

3/2-3

500

12

Биологически-активные растворы с тиомочевиной

5/6

500

11

Биологически-активные растворы с уранилом

6/3

500

6

 

            Биологически активные растворы, полученные на основе уранила, обладают наименьшим количеством продуктов жизнедеятельности выращенных микроорганизмов (см. таблицу 1). Раствор имеет равномерную окраску янтарно-желтого цвета с дисперсными включениями самих микроорганизмов, тяготеющих к кольцевому распределению их в пространстве (рис.1-2). Высокая их активность проявляет себя в повышении потенциала растворимости чистых металлов, в т.ч. металлов платиновой группы. Для оценки диффузионной активности использовали природные кварц-содержащие минералы класса алюмосиликатов природного происхождения. В эксперименте для определения активности в биологически активные растворы, полученные на основе уранила, добавлялись хлориды разных металлов и светлые минералы. Через месяц оценивались происходящие изменение путем визуального контроля цвета исходных минералов и рентгенофазового состава поверхностей обработанных биологически активными растворами минералов.

            Следует отметить резкое уменьшение радиоактивности биологически активных растворов в ходе его приготовления (исх.-80ед., готовый биологически активный раствор -20). Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что поверхность исследуемых минералов не видоизменилась, но цветовая гамма была для всех различна. Так, в присутствии хлорида меди, поверхность приобрела зеленый цвет, хлорида алюминия – голубой, хлорид олова обесцветил красные вкрапления в минерале.

            Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что биологически активные растворы, полученные по разработанному способу, обладают высокой активностью по растворению чистых металлов. Кроме того, влияют на процессы диффузии окружающих биологически активных растворов минералов в сторону резкого ее возрастания, что позволяет рекомендовать их для использования в технологии переработки твердых бытовых отходов.

 


Рисунок 2. Продукты жизнедеятельности микроорганизмов, культивированных  в трех средах.

 

 


Технико-экономическую обоснованность для применения данного способа обуславливают следующие преимущества:

            - простота приготовления биологически активных растворов;

            - экологическая безопасность биологически активных растворов, так как используются для селекции микроорганизмы бактерий кисло-молочного цикла, которые не имеют противопоказаний;

            - отсутствие дополнительных источников внешней энергии (кроме тепла);

            - высокие показатели диффузии и растворимости обеспечивают малую продолжительность технологического цикла обработки.

 


 


Рисунок 1. Продукты жизнедеятельности микроорганизмов, культивированных  в трех средах.

 

           

Выводы:

            1. Выбранный способ селекции позволяет обеспечить заданные свойства получаемых биологически активных растворов.

            2. Исходя из полученного опыта, был разработан способ получения биологически активных растворов для разработки ТБО, который позволяет ускорить процессы метановыделения и получить значительный экономический и экологический эффект.

 

 

Литература

 

1. Лепешкин Г.Н. Биотехнология, вып.2, Степногорск, 1995, 138с.

2. Говорухин О.А. Некоторые аспекты бактериального выщелачивания. (Деп. ВИНИТИ. 24.03.200 №779. ВОО.)

3. MacGregor R.A. Bacterial leaching of uranium (Trans.Amer.Nucl.soc. 1968, 5,2, №1, Р 1232-124).

4. Болатов Б.В. Способ познания природы. Ассоциативный комитет изобретений. «Привелегия» М., свид.0555523 от 27.07.92.

5. Панин М.С. Химическая экология. Семипалатинск, -2002.с.479-492.

6. Солицева А.П. Проблема загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами: геохимия, экология, рекультивация. Доклад. Симпоз. 7 делегат.Съезда ВОП.Ташкент. 9-12 сентября.1985.

7. Корона Х.Т. Итоги и перспективы развития биоорганической химии в молекулярной биологии.М.: Наука-1998.С. 203-241.

8. Карасевич Ю.Н. Основы селекции микроорганизмов, утилизирующих синтетические органические соединения. М.: Наука, 1992. 144с.