1. Целлюлозды-қағаз өндірісіндегі қалдықтар.

2. Бояулар өндірісіндегі қалдықтар.

1. Қағаз және басқа өнімдер өндіруде қолданатын талшықты материалды

ағаштардан, сондай-ақ шөптесін өсімдіктердегі лигнинді химиялық ыдыратудан кейін де алады. Бірақта бұл процесс көп мөлшерде ағаш кетірумен және үлкен көлемде қалдық түзілумен ерекшеленеді. Бұның бәрі өңделген альтернативті химиялық технологияны ынталандыруы керек.

Қазіргі уақытта ағаш пульпасын алуда екі процесті қолданады. Олардың бастысы – бұл сілтілі қайнатпа (сульфатты процесс), нәтижесінде қаралау сульфаты қайнатпа сұйықтығы түзіледі. Бұл қалдықтар қиын өңделетін ароматты өнімдер лигнинді ыдыратудан және төмен молекулярлы органикалық қышқылдардан (глюкоизос-харионды, сүтті, сіркелі және құмырсқалы) тұрады. Пульпаларды қарағай ағашының смоласынан алғанда өндірісте кең қолданатын еріген майлар және терпендер түзіледі. Өндіріс масштабында қолданылатын сульфатты қайнатпа сұйықтығын биологиялық тәсілмен өңдеу мүмкін емес; бұл сұйықтықты буландыру және оны жағу, арқылы қалдықтардан энергияны алу әлде-қайда тиімді.

Сульфатты қайнатпаның целлюлозасы сирек қолданылады; келесідей құрамды қалдықтарды береді: лигносульфонаттар ароматты элементтермен (60%), қантты (манноза, галактоза, глюкоза, ксилоза, арабиноза; 36%), сірке қышқылы, метанол және фурфураль. Бұл сұйықты қалдықтар-олардың құрамындағы көміртегінің жоғары болуының арқасында ферментацияға жақсы шикізат. Олардың ферментациясы кең масштабта 1909ж басталды. Қазіргі уақытта дәстүрлі әдіспен пентоз, гексоз және сірке қышқылын бұндай қалдықтардан жою, олардың ферментациясы ашытқылардың қатысуымен жұмыс істейді. Бұл дәстүрлі әдістерден басқа Paecilomyces variotii, Sporotrichum pulverulentum және Chaetomicum көмегімен қалдықтарды саңырауқұлақ ақуыздарына айналдырудың жаңа процесстері көп кешікпей қолданылатын болады. Өңдеуге ұшырамайтын қосылыстарды концентрлеуге және жағуға болады.

Лигносульфонаттарды байланыстыратын зат және қосалқы зат ретінде бұрғылауда қолданады; сілтілі тотығуды жоғары қысыммен ванилинге айналдыруға болады. Жалпы айтқанда, целлюлозалы-қағазды өндірісінде қалдықтарды өндірудің бастысы – бұл энергия шығынының төмендеуі, мұнда қандай химиялық принцип қолданылатыны маңызды емес.

Целлюлозды-қағазды өндірісте пайда болған басты экологиялық мәселе – бұл ағынды суларды тазарту, сондай-ақ буландыруда және реакторларда түзілетін конденсаттарды өңдеу. Ағынды суларды нейтрализация жолымен ағартады және тұндырады, желдеткіш тұндырғыштарда 1 және 2 стадиялы активті тұнбамен тотықтыру немесе биологиялық және химиялық тәсілдерінің үйлесімді жолымен тотығуы. Бұл әдістер биодеградацияға ұшырған нәтижелі қосылыстарды жоюға, сондай-ақ фенолдың улы туындылары жағдайында қымбат және нәтижесіз болып табылады.

Хлор өндіруші бифенилдерден тұратын ағартқыштарды, саңырауқұлақтардың-ақ шірітіндінің қоздырғыштарының көмегімен түссіздендіруге болады. Қосымша өнімдер арасында целлюлозаны сульфиттенген процесспен алғанда көптеген активті сульфиттердің реакцияларының арасында және қандай да бір күрделі табиғи полимерлерде түзілетін химиялық модификацияланған лигниндер басым болады. Лигносульфонаттардың құрылысы бөлшектерде белгісіз. Олар өзімен кең спектрлі молекулалық массамен (300-100.000) гетерогенді қоспа қосылыстарын ұсынады; қоспаның құрамы ағаш өндіретін табиғатпен анықталады. Сульфонаттардың түзілуі лигнинді үзінділердің жартылай солюбилизациясына әкеледі.

Лигносульфонаттардың құрылысының күрделігі оларды биодеградацияда зерттеуде қиындықтар тудырады. Тапсырманы оңайлатуда әдетте модельді қосылыстар қолданылады, мысалы дегидрополимерлі кониферилденген спирт немесе басқа төменмолекулалы өнімдер.

Төменмолекулалы лигносульфонаттар жоғарғы молекулалыға қарағанда биодеградацияға сезімтал; бір жағынан туынды лигниндер лигниннің өзіне қарағанда бұзылуға тұрақты. Демек, сульфо туындылардың түзілуі өңдеуде қиындықтар тудырады. Мұндай байланыста тотығу деградативті процесстерінде шірік саңырауқұлақтарына қарағанда топырақ саңырауқұлақтары аса нәтижелі; осы процесстер жүзеге асу үшін, сондай-ақ қосымша көміртек көздері қажет. Лигносульфонаттардың ыдырауы полимеризациямен жиі жүреді, нәтижесінде бөлінген полимерлердің молекулалы массамен жылжуы бақыланады. Бұл өзгерістер физиологиялық рольі белгісіз болып қалатын клеткадан тыс фенолоксидазаның (мысалы, лакказалар) қатысуымен коррелирленуі мүмкін. Фенолдар лезде полимерленетін, сәйкес хинондар мен фенокси-радикалына айналады. Сонымен, полимеризация мен деградация қатар жүреді.

Бірақта кейбір саңырауқұлақтардың жағдайында полимеризация реакциясы целлюлозаның қатысуымен өтпейді. Целлюлоза целлобиоза субстраты болып табылатын целлобиозаға дейін ыдырайды: бір уақытта целлобиозаны тотықтыратын және хинондар мен финокси-радикалдарды қалпына келтіретін хинон оксидоредуктазалары.

Хинондарды қалпына келтіретін, оңай қол жеткізетін көміртек көздерін қолданатын басқа да оксидоредуктазды жүйе болуы мүмкін. Ұқсас биологиялық полимеризацияның рольі лигносульфонаттарды тұндырудағы жеңілдіктерден тұрады. Лигносульфонаттар лакказаның культуральды фильтраттарынан тұратын, полимеризация катализаторында қолданатын картон түрлерін өндіруде байланыстыратын заттар ретінде қолданылады. Фенолоксидазалар фенолдардың полимеризациясына және топырақтың органикалық полимерлер түзілуіне қатыса отырып, көптеген ксенобиотиктердің қоршаған ортадағы тіршілігін анықтауда маңызда роль атқарады.

Лигносульфонаттардың биодеградацияға сезімталдығы химиялық немесе физикалық модификациядан кейін артады. УК-сәулелендіру және озонға айналдыру әрекетімен бұл молекулалардың фрагментациясы жүреді, ал сульфон қышқылының қалдықтарын жою, лигносульфонаттардың еритіндігін төмендетсе де, бір уақытта олардың биодеградацияға деген табандылығын азайтады. Анаэробты сульфатредуцирлеуші және кейбір Pseudomonas түрлері микробты десульфирлеуде әрекет ретінде қолдану қабылданды. Бұл мағынада аралас культуралар үлкен потенциалды мүмкіндіктерге ие болады. Бұндай культураларды лигносульфонаттарды бұзуда жеке штаммдарды қолдануға қарағанда аса нәтижелі болуы мүмкін, сондықтан кең спектрлі активті қоғамдастық түзілуі мүмкін, мысалы, десульфирлеуге қабілетті, берік байланыстарды ыдыратуы, метилденуі және деполимеризациялануы. Нәтижесінде жоғары нәтижелі биототығу жүйесі алынуы мүмкін. Тәжірибелі құруларда целлюлозды-қағаз өндіріс қалдықтарының құрамындағы көміртегінен БОО-ны алу үшін, Candida utilis-ті қолданады, ал аралас культураларды – қалған лигносульфонаттарды бұзуға қолданады. Бұл процесстің екінші стадиясында түзілген биомасса өтімді таппайды, сондықтан оны термоөңдеуден кейін Candida-ның өсуін жылдамдату үшін қайта қолданады.

2. Текстильді өнеркәсіп және бояулар өндірісі қалдықтарға хромофорлы топталуы бар, жалғыз жалпы құрылымды құрамы болып табылатын а лигмент бояуларын көп мөлшерде жібереді. Олар қоршаған ортаға ағынды сулармен бірге түседі; көпшіліктің пікірінше бұл қосылыстар оның басты ластаушыларының қатарына жатпайды. Бұдан басқа, бұл қалдықтар әдетте балықтар мен ұсақ қоректілерге (бинзидин және катионды бояулардан басқалары) улы немесе концерогенді болып қарастырылмайды. Боялған ағынды суларды тазарту үшін химиялық әдістерді қолданады; бояулар мен пигменттерді микробтардың көмегімен жоюға шек қойылған. Қалдықтардағы бұл өнімдерді активті тұнбаның көмегімен жою деградацияда емес, негізінде адсорбцияда болады. Олардың микроорганизмдермен айырылу дәрежесі – ерігіштігімен, ионды қасиетімен, сондай-ақ табиғи алмастыруымен және олардың санымен анықталады. Микроорганизмдердің бояуларды жою қабілеттілігі ағынды суларда анықталғандарға қарағанда, адаптациядан кейінгі маңызды аса жоғары концентрацияда көрінді. Сондықтан микроорганизмдер бұл қосылыстармен қоршаған ортаның ластануын, п-аминобензолдар тәріздес модельді заттардың ыдырау қабілетін, сол микроорганизмдерді табуға бағытталған скрининг қолданумен жүргізген, сонымен қатар, бояу өндірісіндегі дренажды кандар мекемесінен организмдерді селекциялау және скрининг жүргізу. Биодеградация және оның химиялық құрылысына ұшыраған қосылыстар арасындағы байланысты табуға әрекеттер жасалынды.

Азобояулардың компоненттері аэробты және аэробты жағдайда ажырату мүмкін. Анаэробты биодеградация оңай жүзеге асады, сондықтан көптеген организмдер азотоптарды ыдыратып катализдер қалпына келтіретін, спецификалық емес ферменттерді синтездейді. Бірақта, болашақтағы деградацияда өнімдердегі аминдер потенциалды зиянды болатын және оларды тотығып ыдырауғы ұшырататын екі стадиялы процесс қажет. Аэробты жүйеден бөліп алынған азоредуктазалар үлкен субстратты спецификаны иемденеді және қалдықтарды өңдеуде кең қолданысты таппайды. Азобояулырда айыру процессі мысал ретінде жай модельді 4,4-дикарбоксиазобензол (ДКАБ) қосылысынан игерілді. Бөліп алынған организмдер, бұл жалғыз көміртек көзі, азот және энергия ретінде қолданатын қосылыстар. Бұрында азобайланыс табиғатта түзілмейді деп саналды. Бірақта өнімдер арасында, саңырауқұлақтардың бірімен синтезделетін патогенді жәндіктерде азоқосылыстар теңестірілді, сондықтан бактерияларға in vivo байланысының осы түрімен кездесуге тура келеді. Транс-ДКАБ-ны ғана бұзатын Flavobacte-rium түрлерінің бірі бөліп алынды; егер сақинаны ашатын ингибитор ферменттерін қолдансақ, онда бұл аминобензоаттардың жинақталуына әкеледі. Дегенмен, берілген организм бояу өндірісін ыдыратпайды, ал ұзақ адаптация үшін оның үздіксіз культураларына әрекет ету табыссыз болып шықты. Flavobacterium жоғарғы концентрацияға (750 мг/л) өсуге қабілетті синтетикалық бояуды қолданатын, сонымен қатар оны бұзуға нәтижелі, басқа организм – псевдомонадтардың бірінде бәсекелестікке шыдамады.Жоғарғы температурада бұл қабілеттілік жоғалтылды. Мүмкін, бұл айтылған функция плазмидамен кодталуына байланысты. Алынған штаммдер жоғарғы субстартты спецификаны иемденетінің және азар ағынды сулардың тазалауына арналған құруларда тірі қалатының атап өту керек.

Ұсынылатын әдебиет:

1. Экологическая биотехнология: пер с англ. /Под ред. К.Ф. Форстера,

Д.А. Дж. Вейза. – Л.: Химия, 1990. – 384с.

2. Биотехнология: принципы и применение / под ред. И. Хиггинса: пер с

англ. М.: Мир, 1988

3. Stafford D., A., 1982. Biological Treatment. Jf Organic Compounds and

Solvents. In: Safe Use of Solvents (eds. Collings A.J., Luxton S.G.), pp. 293-

304, Academic Press, London

№ 19 Дәріс. Мұнай ластанулардың және пестицидтердің биодеградациясы.

Жоспар: