Смекни!
smekni.com

Живые утилизаторы (стр. 2 из 5)

Нефтью и нефтепродуктами сегодня загрязнена даже Антарктида. В России же вообще добыча, транспортировка и переработка нефти воспринимаются как страшная угроза живой природе. И не без оснований – в Западной Сибири, где сорок лет назад начали осваивать крупнейшие месторождения, на огромных территориях нефть уничтожила все живое.

Проблема оказывается в центре внимания СМИ, когда случаются крупные разливы (аварии танкеров, разрывы нефтепроводов). Но проходит время, это перестает быть новостью, и о «нефтяной угрозе» биосфере благополучно забывают, хотя покрытые нефтяной пленкой акватории, пляжи или участки тайги не восстановятся и через десятилетия. На автозаправочных станциях, аэродромах, военных базах (точнее, под ними) все чаще находят огромные «линзы» нефтепродуктов. Загрязнения нефтепродуктами крайне опасны, ибо некоторые их компоненты, в частности полиароматические углеводороды, весьма токсичны (канцерогенны) и разрушаются крайне медленно.

Бороться с загрязнением окружающей среды, как оказалось, могут микроорганизмы. Они эффективнее любых других живых существ превращают сложные соединения в простые. Для микробов это просто процесс питания – использование сложных органических соединений в качестве источников азота, углерода, фосфора и т.д. Сложные соединения служат пищей, а простые поступают в биосферу, участвуя в знакомом со школы цикле органических соединений. Но микроорганизмам приходится иметь дело и с новыми для них соединениями, которые прежде были надежно спрятаны в тайниках планеты, скажем, глубоко под ее поверхностью. Так произошло и с нефтью, которую «вытащили» на поверхность. С каждым днем в биосферу попадают все новые синтетические органические соединения, которых никогда не было в природе. И микробы не только демонстрируют фантастическую способность к их переработке, но и непрерывно эволюционируют. И здесь специалисты возлагают надежды на микроорганизмы, полученные методами генной инженерии и обладающие нужными свойствами. Однако общество боится гипотетических рисков генной инженерии, в том числе и «выведенных» с ее помощью микроорганизмов. Кстати, далеко не все генетически модифицированные микроорганизмы – продукты генной инженерии: они прекрасно обмениваются генами и в природе.

Кроме очевидного использования микроорганизмов в решении экологических проблем, существует и их «косвенное» участие.

Легко растворимая за­кись железа выносится с водой на поверхность. Здесь под действием железобактерий она окисляется, превращается в нерастворимую гидроокись и выпадает в осадок. В результате железо перекочевывает из глубин Земли на поверхность и откладывается в виде железной руды. На это еще в 1888 году указывал известный русский микробиолог С. Виноградский (1856—1953).[5;56]. Все важнейшие мировые месторождения железа, по мнению ряда ученых, имеют бактериальную основу. Член-корреспондент АН СССР А. Вологдин (1896— 1971) отмечал, что ему приходилось наблюдать под микроскопом останки древних железобактерий во многих рудах — из Кривого Рога, с Кольского полуострова, из Казахстана, из Сибири, с Дальнего Востока. И на дне Мирового океана океанологи обнаруживают колоссаль­ное количество скоплений железомарганцевых конкре­ций, как полагают, микробиологического происхождения.

А поскольку эти бесконечно малые организмы ведут такую титаническую геологическую деятельность в масштабах нашей планеты, если они так могущественны и всесильны, то их, естественно, нужно заставить работать на челове­ка не только в микробиологической, химической, пище­вой, фармацевтической промышленности, в сельском хозяйстве, в горнорудной и металлургической промышленности, но и в биометаллургии и биогорнорудной промышленности.. Здесь для них необъятное поле деятельности.

Более тридцати лет назад провели исследование ржа­вого осадка в шахтных и рудничных водах. Предполага­лось, что он образуется только в результате окисления. Опыты же показали, что в стерилизованной воде железо практически не окисляется, зато в шахтной... Трое суток — и оно покрылось красноватым налетом. Виновники этой «химической диверсии» были обнаружены с помощью микроскопа. То, что раньше принимали за обычную реакцию, оказалось биологическим процессом, в котором главную роль играют серо- и железобактерии. Те же самые серобактерии по собственному почину освобо­ждают уголь от соединений серы: за месяц они окисляют до 30 процентов серы и удаляют ее в виде серной кисло­ты. Процесс этот протекает слишком медленно, чтобы применять его в промышленности. Но зато он не требует никакого специального оборудования.

В своей жизнедеятельности серобактерии выступают, подобно двуликому Янусу, сразу в двух амплуа: в роли создателей месторождений серы и в роли рудных бра­коньеров. Они разрушают вскрытые месторождения сульфидных руд, окисляя нерастворимые в воде сульфиды металлов и превращая их в легкорастворимые соеди­нения. Разумеется, сульфоредуцирующие микробы об этом даже не подозревают. Добывая себе энергию за счет реакции окисления, они, как отмечалось выше, хищнически разоряют залежи сернистых руд. Переведен­ные в растворимую форму соединения металла вымы­ваются дренажными и почвенными водами. Ценный продукт беспрепятственно уходит из руды и теряется безвозвратно.

А можно ли рудных браконьеров перевоспитать, превратить из хищников в обогатителей бедных руд, в дея­тельных металлургов? - Можно! Продукты собственного химического производства не интересуют железо- и се­робактерии. Неорганические молекулы для них лишь своеобразные «дрова». Сжигая их в «пламени химиче­ского костра», они получают необходимую для себя энергию. Следовательно, не ущемляя интересов бакте­рий, с ними можно заключить взаимовыгодный дого­вор: вам — вершки, а нам — корешки, вам — тепло «химического костра», а нам — его золу. Именно с этой целью и вступили уральские ученые «в союз» с серобак­териями. Они разработали схему первой опытно-про­мышленной установки по бактериальному (подземному) выщелачиванию металла из медных и цинковых руд. Она оказалась предельно простой. По трубопроводу в скважины подается бактериальный раствор. Он увлажняет руду. Бактерии окисляют металл, и он переходит в раст­вор (концентрат), который выкачивается на поверхность в специальные желоба. На этом производство концентра­та заканчивается. Содержание металла в нем достигает 80 процентов. Только за время опытов на Дегтярском месторождении с помощью бактериального выщелачи­вания были добыты десятки тонн меди, причем руда бра­лась с отработанных участков месторождения. Получен­ная этим способом медь почти втрое дешевле, чем при использовании других методов.

Не секрет, что металлургам все чаще и чаще прихо­дится иметь дело с бедными рудами, волей-неволей приходится затрачивать огромные средства на сооруже­ние больших комбинатов, единственное назначение которых — увеличить содержание металла в руде. От всего этого нас освободит будущая высокоскоростная биоме­таллургия, фундамент которой закладывается сегодня.

Опыт подземного выщелачивания показал, что ис­пользование бактерий особенно эффективно на послед­ней, завершающей стадии эксплуатации рудников. На этом этапе они вообще незаменимы. Обычно в выра­ботанных месторождениях, как правило, еще остается от 5 до 20 процентов руды. Извлечь ее современными техническими средствами почти невозможно. Добраться до этого подземного кладбища меди можно лишь одним-единственным путем — мобилизовав многомиллиард­ную армию бактерий. Подобно трудолюбивым муравьям или сказочным гномам, они будут без устали работать, переводя металл из невыработанных остатков руды в раствор. Так можно вернуть, по меньшей мере, три четвер­ти оставшихся запасов медной руды. Тридцать пять лет назад закрылось месторождение Южная Выклинка. Марк­шейдеры сказали — меди нет. Призвали на помощь бактерии — начали получать десятки тонн металла. Таким же путем на мексиканском руднике из старых, заброшен­ных забоев за один только год было «вычерпано» 10 тысяч тонн меди.

По мере выработки природных месторождений цен­ных ископаемых взоры специалистов все чаще и чаще обращаются к накопившимся у шахт и рудников отвалам пород. Уже в первых опытах бактерии и здесь зарекомен­довали себя самыми экономными и непривередливыми металлургами. За многие годы в Мексике на месторожде­нии Кананеа возле шахт скопилось около 40 миллионов тонн отвалов породы. Содержание меди в них мизерное — всего 0,2 процента. Отвалы начали орошать шахтной во­дой, которая стекала затем в подземные резервуары. Из каждого литра собранной воды бактерии извлекли по три грамма меди. В итоге — 650 тонн дорогого металла в месяц!

Методом выщелачивания с помощью микроорганиз­мов можно добывать такое важное в наше время топли­во, как уран. Обычно он находится в рудах в очень невысо­кой концентрации. Поэтому для добычи урана выгодны малоэнергоемкие методы. Уран может быть извлечен с помощью кислых растворов, образованных бактериаль­ным окислением сульфидов. Сама организация бакте­риального выщелачивания урана довольно проста. Дроб­леную руду складывают в штабеля на водоупорной пло­щадке, например асфальтированной. Затем кучи высо­той до 2 метров увлажняют, и в них происходит развитие тионовых бактерий за счет имеющихся сульфидов. При­мерно за два года происходит выщелачивание до 80 процентов урана. При подземном выщелачивании забалансированную пиритизированную урановую руду орошают в выработках. Орошающие воды выкачивают на поверхность, и уран извлекают из раствора на ионо­обменных смолах. Вода с сернокислым закисным железом поступает в прудки, где происходит окисление железа, и кислый раствор вновь поступает на орошение руды.