Лекция №1. «Өндірістегі биотехнологиялық процестер мен аппараттар» пəніне кіріспе

№7-дəріс. 

Биотехнологиялық 

процестерді 

қоршаған 

ортаның 

проблемаларын шешуге қолдану. 

Экологиялық  биотехнология  жəне  оның  мақсаттары.  Қоршаған  ортаны 

ластаушы  заттардың  жəне  ксенобиотиктердің  биотрансформациясы.  Ағынды 

суларды  биохимиялық  əдіспен  тазалау.  Биологиялық  тазарту  процестерін 

технологиялық  жəне  аппараттық  жабдықтау.  Экологиялық  таза  энергия  алу. 

Биогаз. 

Техникалық  өрлеу,  өндірістердің  тез  дамуы,  ауыл  шаруашылықтың 

интенсификациясы,  транспорттың  дамуы,  барлық  халық  шаруашылығының 

дамуы  қоршаған  ортаның  ластануына  əкеледі.  Биотехнолгиялық  процестер 

қоршаған  ортаның  проблемаларын  шешуде  –  қалдықтарды  өңдеу,  ағынды 

суларды тазарту үшін қолданыс тапқан. 

Қалалардың  өсуі  жəне  өнеркəсіптің  дамуы  нəтижесінде  күрделі 

экологиялық  проблемалар  туындады:  су  қоймаларының  ластауы,  улы 

қалдықтардың  жинақталуы,  сонымен  қатар  канцерогенді    қалдықтардың, 

тұрмыс  қалдықтарының  жинақталуы,  ауаның  ластануы.  Адам  қолымен  

жасалған  көптеген  төменгі  молекулалы  қосылыстар  (улы  химикаттар, 

детергенттер)  жəне  жоғары  молекулалы  полимерлердің  тұрақтылығы  өте 

жоғары  болып  шықты,  микрооргнизмдермен  ыдырамайды,  яғни  жоғары 

жетілдірілген технологияны қажет етеді. 

Əдетте  қалдықтарды  утилизация  жасау  үшін  микроорганизмдердің 

бірлестігі қажет жəне арнайы қондырғыларды жүргізіледі. 

Су  флорасы  мен  фаунасына  аса  қауіпті  қоспалар  химия    өндірісінен 

келеді.  Осы  заттарды  бұзуда,  ағынды  суды  тазалауда  су  микрофлорасының 

үлкен  маңызы  бар.  Улы  қоспалар,  ластағыш  заттар  құрамына  кіретін,  осы 

микрофлораны  жоюы  мүмкін.  Табиғатта  кездеспейтін  жаңа  жасанды 

синтетикалық  химиялық  заттарды  микрофлора  залалсыздандыруға  кейде  күші 

келе  бермейді.  Осындай  жағдайда  мұндай  заттар  ағынды  сулар  арқылы  су 

қоймаларында жинала береді. 

Микробиологиялық  өндірісте,  басқа  да  өндірістерде  де  барлық 

технологиялық  процестер  суды  үлкен  шығымға  əкеледі.  Айтып  кету  керек 

барлық  процестер  –  микроорганизмдерді  көбейткенде  сулы  ортада    жүреді. 

32 

 

Ферментация  аяғында  клетканың  массасы  1-2%  аспайды,  ал  еріген  заттардың 

концентрациясы  5-10%,  өнім  клетка  массасында  немесе  ерітіндіде  болғанда. 

Ерітілмеген  фракцияға  биомассаны  қосғанда  канализацияға  жіберер  алдында 

центрифугамен  бөліп,  фильтрлейді  немесе  тұнбаға  түсіреді.  Егер  сұйықта 

қажетті  өнімдер  қалып  қойса,  онда  оны  жем  ашытқыларын  немесе  жемге 

қосатын  витаминдер  В

12 

алуда  немесе басқа  қажетті  заттар  мен  өнімдер  алуда 

қолданылады.  Осы  қайта  қолданылған  сұйық  қалдықтарын  қайта  қолдануға 

болмайды. 

Бұл  қалдықтар  ішетін,  тұрмыстық  жəне  басқа  сулармен  канализацияға 

барады. Рециркуляция арқылы ағынды сулар көлемін азайтуға болады. Бірінші 

кезекте суытатын суға байланысты. 

Өндірістің  дамуына  байланысты  ағынды  сулар  үздіксіз  көбейіп  жатыр. 

Осы  ағынды  сулар  көлге,  өзенге  жəне  басқа  табиғи  су  қоймаларына  баруы 

қоршаған ортаның ластануына əкеледі. 

Қалыпты жағдайда өзін-өзі тазалау, яғни суда түрлі физикалық, химиялық 

жəне биологиялық фактор нейтралдайды. 

Табиғи су қоймаларында улы заттардың көлемі ұлғайса тірі организмдер 

дамуы тоқтап, өзін- өзі тазарту процесінің күші келмейді. 

Улы заттар көмегімен тепе-теңдік бұзылып, қажет емес өзгерістер пайда 

болады, олар адамзат денсаулығына жəне су экосистемасына кері əсер етеді. 

Су қоймаларын ластайтын заттардың негізгі тобы: 

1.  Түрлі  улы  немесе  зиянды  заттар  –  ауыл  металдардың  тұздары, 

мышьяк,  цианидтер,  фенолдар,  анелин,  пестицидтер  жəне  басқа  заттар, 

ферментативті жүйенің активтілігін ингибирлейтіндер, өмірге қажетті заттарды 

бұзатын заттар. 

2.  Қышқылдар  мен  сілтілер,  табиғи  су  қоймаларында  ортаны  бұзатын 

реакциялар жəне тіршілік тепе – теңдігін бұзатын жүйелер. 

3.  Беттік  активті  заттар  (БАЗ),  соңғы  уақытта  химия  өнеркəсібінде  көп 

қолданады. Су қоймаларына көп барады, судың бетінде көбіктер түзеді. Айтып 

өту  керек  осы  заттар  өте  қауіпті,  себебі  химиялық  қасиеттеріне  байланысты 

микроорганизмдер əсеріне жеткіліксіз жəне бұзылмайды. 

4.  Ерітілген  органикалық  заттар,  көміртегі,  азоты  бар  орта  түрінде 

микроорганизмдер  қолданылады  жəне  су  қоймаларында  көп  көлемде  болуы 

мүмкін.  Ерітілген  оттегі  жəне  анаэробты  орта,  шіріген  микрофлораның дамуы 

басқа  тіршіліктің  жойылуына  əкеледі.  Осы  жағдайда  адамзат  денсаулығына 

қатерлі  микрофлораның  формасы  дамуы  сульфатты  бактериялар,  олар 

жағымсыз иісі бар күкіртті сутек пайда болады. 

5.  Ерімейтін  органикалық  заттар  –  крахмал,  целюлоза,  лигнин,  басқа 

жоғарғы  молекулалы  заттар.  Олар  су  қоймаларына  су  бетіне  қалқып  шығады 

жəне  қоршаған ортаға зияны орасан зор. 

Микробиологиялық  өндірістер  органикалық  заттар  негізінде  ағынды 

суларды  ластайды.  Органикалық  заттардың  бұзылуы  О

2 

қолданылуына 

байланысты.  Оттегінің  биологиялық  қажеттілігі  (ОБҚ)  тазартудың  тиімділігін 

көрсетеді.  ОБҚ  анықтау  үшін  ағынды  судың  микрофлорасымен  бірге  үлгісін 

алып,  аэрацияланған сумен қосып  термостатқа  20

о

С қояды.  Тəжірибенің басы 

33 

 

мен  аяғында  ерітілген  оттегінің  концентрациясын  анықтайды  содан  соң 

шығымын мг-ды 1л ластанған суға шағып есептейді. 

Ерітілген  оттегінің  концентрациясын  анықтау  үшін  полярографиялық 

əдісті  қолданылады.  Өзендегі  таза  суда  ОБҚ  тең  1  мг/л.  Табиғи  су 

қоймаларының ластануын доғару үшін ағынды су ОҚБ-сы 20 мг/л аспау керек. 

Өндірістерден шыққан ағынды суларды алдын-ала арнайы өңдеу қажет. 

Егер өндірістегі ағынды сулар ластанғаны қажетті деңгейден асып   кетсе, 

оларды  тез  арада  тазалау  керек.  Микробиологиялық  өндірістерде  ағынды 

суларды  тазалау  –  ең  күрделі  проблема,  көп  шығын  мен  күнделікті  бақылау 

қажет.  Ағынды  суларды  аэробты  тазалаудың  аналогы  болып  аэробты  қатты 

қалдықтарды 

биокомпостау 

болып 

табылады. 

Қатты 

қалдықтар 

микроорганизмдермен араласып, улы заттар ыдырап, торфқа ұқсас материалға 

айналады.  Микроорганизмдерге  оттегіні  жеткізіп  тұрады.  Осы  қалдықтар 

тыңайтқышқа  айналады  немесе  жолға  төсейтін  материалдар  ретінде 

құрылыстарда қолдануға болады. 

1776ж.  Вольта  батпақ  газында  метан  бар  екенін  айтқан.  Бірақ  көп 

уақыттан  кейін  анаэробты  микроорганизмдердің  бұл  процесте  белгілі  роль 

атқаратыны  анықталды.  1901  ж  бастап  анаэробты  тазалауда  қондырғы  

орнатқан.  Ол  қондырғы  ашыту  арқылы  газ  алады,  65%  метан  жəне  30%  СО

2 

(көміртегі  диоксиді)  алады,  оларды  жылытуда  қолдануға  болады.  Процестер 

арнайы  матантенк  деген  қондырғыда  жүреді,  алынған  газ  қысымның  астында 

тұрады. 

Түсірілген  тұнба,  егер  ол  ауыр  металдар  концентрациясы  көп  болмаса 

тыңайтқыш ретінде қолданылады. 

Метанды  ашыту  концентрлі  сұйық  қалдықтарды  өңдеуде  қолданылады, 

бірақ аэробты биологиялық тазалауға қарағанда жылдамдығы төмен. 

ХХ  ғ.  ортасында  анаэробты  ашыту  прцесі  биогаз  алуда  өте  танымал 

болады.  Əсіріесе  жылы  елдерде  –    Қытай    жəне  Индияда.  Себебі    ол  елдерде  

мал  фермалары  өте  көп.  Атмосфераға  тастайтын  қалдықтар  көбісі  улы,  сасық 

иісті  қалдықтар  болады.  Оларды  тазалау  үшін  насадкамен  толтырылған  жəне 

арнайы  микроорганизмдер  бекітілген  биофильтрлер  қолданады.  Улы  қоспалар 

насадкада сіңіріледі, одан соң микроорганизмдермен залалсыздандырады. 

Мұнайды авариялық жағдайда төгіп қойса ластанған жерді тазалау үшін 

биотехнологиялық əдістер  қолданады. Мұндайды  арнайы толықтырып  əртүрлі 

қоспалармен  (азотты  немесе  фосфорлы)  өңделген  микроорганизмдерді 

көбейтіп, 

мұнайдың 

көмірсутектерін 

утилизация 

жасайды, 

микроорганизмдердің биомассасына жəне СО

2 

айналдырады. 

Сульфид  пен  меркаптардан  күкірт  алатын  микроорганизмдер  бар. Осы 

микроорганизмдерді  көмір  мен  мұнайды  күкіртсіздендіру  технологиясында 

қолданады.  Көміртек  диоксиді  (көмір  қышқыл  газы)  –  тірі  организмнің 

демалғанда  шығатын  газ–  қауіпсіз  болып  есептеледі,  бірақ  концентрациясы 

көбейген  жағдайда  жануарлар  мен  адамзатқа  зиянын  келтіреді.  Көптеген 

өндірісте,  жылу  электростанциядағы  жұмыстар  атмосферада  көміртек 

диоксидінің  көбеюіне  əкеледі.  Нəтижесінде  Жерде  “глобальды  еру”  процесі 

34 

 

жүруі мүмкін, оны “парниковый эффект” деп те атайды. Бұл көптеген келеңсіз 

жағдайларға əкеледі. 

Қазір  атмосфераны көміртек диоксидінен  тазалау  үшін  шөпті  өсімдіктер 

мен  ағаштар  үлкен  рөл  атқарады.  Ағаштарды  кесу,  ормандарды  жою  адамзат 

өміріне қатер төнеді. 

Ғарыш  кеңістігінде,  су  асты  кемелерінде  жəне  басқа  жабық  кеңістікте 

адамдар  тыныс  алу  үшін  бұл  проблема  болып  қала  берді.  Осыған 

микробалдырлар  “хлореллалар”  қолданылады.  Олар  көміртек  диоксидінің 

көлемін көбейтпейді. Осы əдіс болашақта кең қолданылатын болады. Мысалы, 

жылу электростанцияларын көмір қышқыл газынан тазалау үшін. 

Күн  коллекторларымен  күн  энергиясын  электр  энергиясына  айналдыру 

арқылы  экологиялық  таза  энергия  алуға  болады.  Сондай-ақ  биогаздан  жəне 

микробты этанолдан экологиялық таза энергия алуға болады. 

Биогаз метан (65%) мен көмір қышқыл газының (30%), күкіртті сутектің 

(1%) жəне өте аздаған мөлшердегі азот, оттек, СО газдарының қоспасы. 

Қалдықтарды  утилизациялауда  метандық  ашыту  үлкен  орын  алады.  Бұл 

əдіс  жергілікті  шикізаттан  биогаз  –  энергия  алуға  мүмкіндік  береді,  сондай-ақ 

органикалық  тыңайтқыштың  сапасын  жақсартуға  жəне  қоршаған  ортаны 

ластанудан  қорғауға  мүмкіндік  береді.  Экологиялық  таза  энергия  көздері 

қоргшаған ортаға кері əсер етпейді. 

Биогаз  алу  үшін  ауыл  шаруашылығы  қалдықтарын,  бұзылған  өнімдерді, 

крахмал  өңдейтін  заводтардың  ағынды  суларын,  қант  заводтарының  сұйық 

қалдықтарын,  тұрмыстық  қалдықтарды,  қалалық  ағынды  суларды  жəн  спирт 

заводының ағынды суларын қолдануға болады. Процесс 30-60

0

С температурада 

жүргізіледі, рН 6-8.  Биогаз  алудың  бұл  əдісі  Индия,  Кытай,  Японияда  кеңінен 

қолданылады. 

Қалдықтарды  өңдейтін  реакторларда  қалдықты  енгізу  жəне  шығару 

астыңғы жағынан жүргізіледі. Жұмыс режимі периодты немесе үздіксіз болуы 

мүмкін.  Реактор  əдетте  екі  (немесе  көп)  секциялы  етіп  жасалады.  Биогаз 

сарқылмайтын энергия көзіне жатады. 

Өсімдіктерге қауіпті арам шөптермен күресу үшін химиялық пестицидтер 

мен  инсектицидтер  қолданылады.  Олармен  өңдеген  жерде  тез  жəне  қысқа 

уақытта  əсер  етеді.  Бірақ  бір  проблема  туады:  пестицидтер  химиялық  қауіп 

тудырады,  өсімдіктер  құрамына  кіруі  немесе  су  бетінде  батпай  қалқып  жүруі. 

Осы  болмау  үшін  арнайы  микроорганизмдерден  немесе  ферменттерден 

биопрепараттар алынады. 

ХХ  ғасыр  –  бұл  пластмасса  ғасыры.  Полиэтиленнен  жасалған  заттар, 

полипропиленнен  жəне  басқа  пластмассалардан  жасалған  заттар,    ашып 

айтқанда барлық жерде кездеседі. Пластмассалардың басты қасиеті  – ылғалда, 

жарықта,  жылуда  бұзылмайтын  тұрақтылығы  –  бұл  бізге    қажет    емес.    Жер 

шары пластмасса бөтелкелермен толып қалған десек те артық емес. 

Сондықтан қоршаған ортаны ойлайтын кейбір елдерде (АҚШ, Германия, 

Англия)  пластмассадан  жасалған  заттарды  аз  қолдануға  тырысады.  Орнына 

крахмал мен целюлозадан тазаланған полигидроксибутират немесе полилактат 

негізінде жасалған құтылар қолданылады. Полилактаттан жасалынған  пакеттер 

35 

 

мен  флакондар  жерге  түсіп  микроорганизмдермен  əрекеттесіп  суға  айналады. 

Бұл қоршаған ортаның ластанбауына мүмкіндік береді. 

Көптеген  ауыл  шаруашылық  өндірісінің  жəне  тамақ  өнеркəсібінің 

қалдықтары 

микроорганизмдердің 

жəне 

құрттардың 

көмегімен 

утилизацияланады (іске асады). Құрттардың ең пайдалы түрі – Калифорниялық 

қызыл құрттар, олар жерді түрлі органикалық қалдықтарымен бірге “майдалап” 

– жақсы тыңайтқышқа айналдырады. Бірақ жақын жерде шаруа қожалығы болу 

қажет,  бұл  құрттар  тауық  пен  үйректерге  жем  болып  табылады.  Мұны 

вермикультивирлеу деп атайды. 

Шыбындар  да  көп  мөлшерде  жұмыртқа  тастайды,  олар  тез  өсіп  шіріген 

қалдықтар  түзеді.  Бұл  личинкалар  құстар  мен  шошқаларға  жем  болып 

табылады. Бұл жағдайда-копрокультивирлеу деп атайды. 

Негізгі əдебиеттер: 4[16-25]. 

Қосымша əдебиеттер: 3[41-50]. 

Бақылау сұрақтары: 

1.  Қоршаған ортаны қорғауда биотехнологияның ролі қандай? 

2.  Ағынды суларды аэробты тазарту əдістері. 

3.  Биокомпостау деген не жəне не үшін қолданылады? 

4.  Биогаз деген не жəне қалай алынады? 

5.  Мұнай қалдықтарының биодеградациясында биотехнологияның ролі 

қандай? 

6.  Полимерлердің ыдырауы жайында не білесіз?