ДЕМОКРАТИЧНА УКРАЇНА НАУКА
БІОРЕАКТОР НА СМІТНИКУ
Хто і як здатний розгребти гори сміття, що стрімко ростуть навколо наших міст і сіл? Яку альтернативу пропонують дослідники?
Традиційний спосіб боротьби зі сміттям — полігони твердих побутових відходів (ТПВ).

Що може бути простіше, ніж скидати непотріб у землю? У нас це споконвічний спосіб утилізації чого б то не було. Та нині всім зрозуміло, що звалища сміття псують навколишнє середовище. По-перше, з них витікають високотоксичні рідини, що потім потрапляють до ґрунтових вод. По-друге, виділяються гази. Спочатку людей турбували неприємні запахи. Потім стали говорити про парникові гази: метан і вуглекислий газ.
Багато хто вважає, що ТПВ потрібно спалювати. Однак ніхто не хоче, щоб сміттєспалювальний завод був поруч із його житлом. Та й вони всіх проблем не вирішать. Є й така думка: впоратися із ТПВ можна, якщо налагодити сортування сміття, якнайбільше фракцій пускати в обіг. Пластики, приміром, разом із битим склом і керамікою придатні для додавання до бетону й інших виробів, папір — для виготовлення дешевого картону. Такі технології існують. Однак десь їх вигідно застосовувати, а десь — ні. Київська влада не проти налагодити роздільне збирання сміття силами жителів. Однак поки особливих успіхів у цьому немає. Бо однієї лише просвіти та агітації — недостатньо. Потрібні ще й додаткові стимули. Проте це все-таки найбільш цивілізований спосіб боротьби зі сміттям, і тому не варто опускати руки.
Словом, виходить, що без звалищ сміття не обійтись. Як завжди, проблеми починаються там, де погано дотримуються технологій. Полігон ТПВ, як і будь-яке виробництво, потребує ретельного господаря. Приміром, аби затримати поширення стоків, треба зміцнювати водотривкі захисні дамби, пересипати відходи ґрунтом, очищати стічні води тощо. Крім того, поліпшувати існуючі технології, вести пошук нових.
У фахівців-мікробіологів і біотехнологів Інституту біоорганічної хімії та нафтохімії (ІБОНХ) НАН України кілька років тому з'явилась цікава ідея: розглядати полігони ТПВ як штучні природні системи, біореактори. Чому біореактори? А тому, що в товщі сміття відбуваються біологічні процеси, «працюють» мікроорганізми, здійснюються реакції, що призводять до деструкції органічних речовин. Водночас протікають різні хімічні реакції, фізико-хімічні процеси, змінюються вологість, кислотність тощо. Як результат (в ідеалі, звичайно), вся органіка перетворюється на вуглекислий газ, що потрапляє в атмосферу, а інші речовини (метали, скло і мінеральні фракції) ущільнюються. Потім на цій території знову можна складати сміття. Таким чином, сучасний полігон — це і є штучний біореактор. Оскільки в ньому «працюють» мікроорганізми, то цими процесами можна управляти, тобто створити біотехнології. «Адже розкладання органіки відбувається й у природі»,— розповідає Микола Павленко, кандидат біологічних наук, завідувач лабораторії екологічних досліджень Інституту. «Тим-то можна використати «технології» природи. І ці процеси добре відомі». Наприклад, це процеси, що відбуваються у донних опадах прісних водоймищ. Зазвичай, в їхніх верхніх шарах — аеробний режим. А трохи нижче починається анаеробіоз. Спочатку там відбувається бродіння, «працюють» мікроорганізми — факультативні анаероби. В аеробній фазі вони використовують увесь доступний їм кисень, а потім переходять до бродіння: всі органічні полімери — вуглеводи, білки — перетворюють на летучі жирні кислоти й спирти, тобто у те, чим тхне звичайна силосна яма. Крім того, під час бродіння виділяється багато водню. Після цього починають «працювати» інші групи бактерій: гомооцтові бактерії. Вони утворюють оцтову кислоту з водню і вуглекислого газу. Наприкінці — найпотужніша група: метаногени. Це окрема група мікробів, що належать до групи археїв. Вони живуть у жорстко анаеробних умовах. Археї — древні без'ядерні клітини (прокаріоти). Раніше їх відносили до бактерій, а нині вони мають однакову позицію з бактеріями і еукаріотами (тобто ті, які мають ядро). Це вельми цікаві живі істоти. Їх досліджують генетики. Їх шукають на Марсі. На Землі вони виділяють метан, що разом з вуглекислим газом надходить з донних опадів у водну товщу й там поступово окиснюється іншою групою мікроорганізмів. У них схожа назва — «метанотрофи», тобто вони «живляться» метаном. Це бактерії, строгі аероби, їм потрібен кисень. Увесь цей метан вони поступово окиснюють та перетворюють у вуглекислий газ і власну біомасу.
У деяких країнах, де витрачають значні кошти на полігони ТПВ, метан цілеспрямовано збирають. Тіло біореактора пронизують нержавіючими трубами, із них відкачують метан. Однак його не просто видаляють, а використовують для одержання електроенергії. Отут слід згадати, що в Бірмі, Південній Індії та Китаї з рослинних відходів роблять біогаз — основне джерело енергії в сільській місцевості.
Можливі варіанти «навпаки»: припинити анаеробні процеси й запустити аеробні. Для цього потрібно встановити компресори та продувати тіло полігона повітрям. Тоді в ньому розвиватимуться аеробні організми, що окиснюють органіку до кінця, тобто до вуглекислоти і води.
Тож фахівці ІБОНХ запропонували: якщо залишити сміття розкладатися без усяких труб, без дуття кисню, але при цьому інакше, без великих витрат «впливати» на мікроорганізми? Тоді можна створити керований реактор, що працюватиме як єдиний організм або замкнута екосистема. Нехай там утворюється метан. Більше того, його ще можна прискорювати різними прийомами, щоб деструкція відбувалася ще швидше. А над товщею сміття, що розкладається, створити верхні покривні шари, які видалятимуть метан, немов у природної екосистеми. Зробити, приміром, як у водоймі, де одні організми виробляють метан, а інші споживають його. Мікробів у тіло полігона вносити не потрібно. Вони там є завжди (це — догма мікробіології). Деякі чудово там ростуть, інші «сплять» і чекають, коли щось зміниться. Якщо в ґрунт, яким обов'язково треба пересипати шари сміття, внести певні речовини, то мікроби, які добре засвоюють такі речовини, почнуть розмножуватися. Ось і виходить, що потрібно лише віднайти придатні органічні та неорганічні речовини, визначити їхню кількість, кратність внесення й додавати в тіло полігона. Бажано брати дешеві. Насамперед, це активний мул із полів аерації, що містить метаногени та безліч речовин, що стимулюють початкову стадію розкладання. Знадобляться й відходи різних біотехнологічних виробництв. Інший бажаний компонент — мало очищені мінеральні добрива, які містять усім відомі біогенні елементи: азот, фосфор, калій потрібні мікроорганізмам для їх активного росту. Щоправда, у відходах, що містять багато органіки, азоту і фосфору й так вистачає. Та вони перебувають саме в органічній фазі, а в насипних ґрунтових прошарках цих елементів мало. Вони не відразу туди просочуються. Якщо додати мінеральні добрива — не ті, що везуть на поля, добре очищені, а найдешевшу фракцію — все піде значно швидше. До речі, внесення вапна — теж спосіб для керування співтовариством мікробів, оскільки воно змінює кислотність середовища. Можна досипати у реактор дешеву доломітову крихту, карбонат калію і магнію. Так стає можливим управляти процесами, що відбуваються у біореакторі.
Стандартних способів контролю цього процесу поки немає. Вчені моделюють полігон ТПВ, перевіряють склад мікробного співтовариства, ступінь і швидкість ущільнення продуктів деструкції, шукають заінтересованих технологіями господарів полігонів, упроваджують оригінальні методи очищення стічних вод полігонів.
Для пересічної людини критерій роботи керованого біологічного реактора має бути естетичним: аби після закриття полігона не залишилося ні шкідливих запахів, ні спотвореного пейзажу.

Григорій КОВТУН,
заступник директора
Інституту біоорганічної хімії
та нафтохімії НАН України
також у паперовій версії читайте:

• ЛІД ЗА КІМНАТНОЇ ТЕМПЕРАТУРИ
• ПАСИВНЕ КУРІННЯ — ПРИЧИНА СЛІПОТИ
• ДОСЬЄ НА РАК
• КАРТИ ЗАБРУДНЕННЯ ПОВІТРЯ

назад »»»