Атты халықаралық Ғылыми тəжірибелік конференцияның ЕҢбектері

432 

 

повторных  (параллельных)  результатов  в  условиях  повторяемости.  Количество 

лабораторий,  принимающих  участие  в  эксперименте,  должно  быть  оптимизировано,  так 

как  это  влияет  на  неопределенность  полученных  оценок.  Обычно  выбирают  значение  р 

между 8 и 15.  

Под  уровнем  понимают  идентичные  образцы  с  различным  содержанием 

определяемого вещества, различные материалы (например, различные типы сталей) и др. в 

зависимости от области действия методики выполнения измерений. 

Объектами  испытаний  могут  служить  эталонные  образцы  или  любые  исследуемые 

образцы.  В  случае  использования  эталонных  образцов  эксперимент  по  оценке 

прецизионности может быть совмещен с экспериментом по оценке правильности [2]. 

Полученные статистические данные заносят в таблицу 1. 

Таблица 1 - Форма  представление исходных данных 

 

Лаборато

рия 

Уровень 

1 

1 

2 

… 

j 

… 

q-

1 

q 

2 

 

 

 

 

 

 

 

… 

… 

i 

… 

 

 

 

… 

… 

ijk

y

 

… 

 

 

 

… 

 

 

 

 

 

 

 

P 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходными данными испытаний являются: 

n

ij

 – число результатов испытаний в ячейке для i-ой  лаборатории j –того уровня; 

p

j

  – количество лабораторий для уровня j (

1, 2,...,

ij

k

n

=

); 

y

ijk

  – k результат измерений в i –той  лаборатории для уровня j. 

Под  «ячейкой»  понимают  результаты  испытаний  на  одном  уровне,  полученные  в 

одной лабораторий. 

Полученные  данные  подвергают  предварительной  обработке  с  целью  обнаружения 

среди результатов выбросов. Для чего используют метод графического анализа (критерий 

Манделя) или числовые методы – критерии Кохрена и Граббса. 

Критерий  Кохрена    используется  для  проверки  однородности  дисперсий  данных, 

полученных в каждой лаборатории (

ji

S

), перед тем, как рассчитывать внутрилабораторную 

дисперсию  

{

}

2

max

2

1

2

2

2

max

1

max

,...,

j

j

p

ji

i

j

j

jp

S

C

S

S

S

S

=

=

=

∑

  (2) 

 

Критерий  Граббса  используют  для  проверки  однородности  средних  значений  (

ji

y

), 

представленных 

разными 

 

лабораториями 

перед 

вычислением 

показателей 

воспроизводимости методики: 

max

ji

j

i

p

j

y

y

G

S

−

=

;   (3) 

433 

 

Где 

j

y

 и 

ij

y

 соответственно среднее арифметическое уровня в разных лабораториях 

и среднее значение в ячейке вычисляемые по следующим формулам: 

1

p

ij

i

j

y

y

p

=

=

∑

;       (4) 

1

1

ij

n

ij

ijk

k

ij

y

y

n

=

=

∑

;  (5) 

(

)

2

1

1

1

p

j

ji

j

S

y

y

p

=

−

−

∑

 – стандартное отклонение. 

 

После проверки экспериментальных данных на выбросы,  вычисляют меру рассеяния 

в ячейках – внутриячейковое стандартное отклонение 

ij

S

.  

2

1

1

(

)

1

ij

n

ij

ijk

ij

k

ij

S

y

y

n

=

=

−

−

∑

;  (6) 

где,  y

ijk

  – k результат измерений в i –той  лаборатории для уровня j; 

ij

y

 – среднее значение в ячейке, рассчитанное по формуле ( 5 ) 

ij

n

 – количество результатов в ячейке. 

Для  каждого  уровня  j  вычисляют  дисперсию  повторяемости 

2

rj

S

,  межлабораторную 

дисперсию 

2

Lj

S

и дисперсию воспроизводимости 

2

Rj

S

по следующим формулам:   

       

(

)

(

)

2

2

1

1

1

1

p

ij

ij

i

rj

p

ij

i

n

S

S

n

=

=

−

=

−

∑

∑

         (6) 

2

2

2

dj

rj

Lj

j

S

S

S

n

−

=

               (7)         

(

)

2

2

1

1

1

p

dj

ij

j

ij

i

S

n

y

y

p

=

=

−

−

∑

 (8) 

2

1

1

1

1

1

p

ij

p

i

j

ij

p

i

ij

i

n

n

n

p

n

=

=

=









=

−





−













∑

∑

∑

     (9) 

2

2

2

Rj

rj

Lj

S

S

S

=

+

 

По  полученным  значениям  дисперсий  рассчитывают  стандартные  отклонения 

повторяемости 

rj

S

и  воспроизводимости 

Rj

S

как  корень  квадратный  из  соответствующих 

дисперсий.  Так  как  оценки  получены  по  результатам  полномасштабных  исследований,  то 

можно считать что  

r

r

S

σ

=

, а 

R

R

S

σ

=

. 

В  дальнейшем,  когда  речь  идет  о  показателях  прецизионности  стандартного  метода 

используется символ 

σ

, когда о показателях, полученных по более ограниченному числу 

данных – 

S

. 

 

434 

 

Литература 

1.  Оценка  неопределенности  измерений:  учеб.-метод.  Пособие  для  студентов 

специальности  1-54  01  03  «физико-химические  методы  и  приборы  контроля 

качества продукции»  / н. И. Заяц, о.в. стасевич. – минск: бгту, 2012. – 60 с. 

2. Гост исо 5725-(1-6)-2003. Точность (правильность и прецизионность) методов и 

результатов измерений»закон рк «об обеспечении единства измерений»

 

от 7 июня 

2000 года № 53-ii с изменениями   и дополнениями по состоянию на 13.01.2014 г.    

 

ƏОЖ

 66.0.76 

 

ҚАЛДЫҚТАРДЫ БИОЛОГИЯЛЫҚ ҚАЙТА ӨҢДЕУ ЖОЛДАРЫ 

 

Үкібаева А.Т., Жатқанбаев Е.Т., Əлібекова М.А.  

 

М. Əуезов атындағы ОҚМУ, Шымкент, Қазақстан 

 

Резюме

 

 

В  предлагаемой  статье  рассматриваются  биотехнологические  методы  в  решении  проблем 

окружающей  среды:  основы  получения  биогаза,  очистка  сточных  вод  и  пути  выделения  металлов 

из руд. А также, раскрываются отдельные процессы, механизмы и применяемые методы.         

 

Summary 

 

In  the  present  article  deals  with  biotechnological  methods  in  solving  environmental  problems:  the 

basics  of  biogas,  sewage  treatment  and  ways  of  extraction  of  metals  from  ores. Also  disclosed  separate 

processes, mechanisms and methods used. 

 

Қалдықтарды  қайта  өңдеу,  су  тазалау,  ластануларды  қалпына  келтіру  секілді 

қоршаған  орта  мəселелерін  шешу  үшін  қолданылатын  биотехнологиялық  əдістер 

экологиялық  биотехнология  бағытына  кіреді.  Енді  осы  əдістердің  бірнешеуіне  тоқтала 

кетейік. 

Биогаз алу 

Биогаз  –  бұл  65%-ы  метаннан,  30%-ы  СО

2

  газынан  жəне  1%-ы  күкіртсутектен 

тұратын  қоспа.  28  м

3

  биогазда  болатын  энергия:  16,8  м

3

  табиғи  газ;  20,8 л  мұнай 

энергияларына эквивалентті. Биогазды алу негізінде метандық ашу немесе биометаногенез 

үрдісі жатыр. 

Биометаногенез  –  бұл  анаэробты  жағдайларда  органикалық  зат  көміртегі  диоксиді 

мен  метанға  дейін  ыдырайтын  күрделі  микробиологиялық  үрдіс  [1].  Микробиологиялық 

анаэробты 

ыдырауға 

іс-жүзінде 

табиғитекті 

барлық 

қосылыстар 

ұшырайды. 

Биометаногенездің  анаэробты  үрдісінде  190-нан  астам  түрлі  микроағзалар  қатысатын 

кезекті  үш  сатыны  бөліп  көрсетуге  болады.  Экстрацеллюлярлық  ферменттер  əсерінен 

бірінші  сатыда  ферменттік  гидролизге  күрделі  көпкөміртекті  қосылыстар  –  ақуыздар, 

липидтер  жəне  плисахаридтер  ұшырайды.  Ферменттелу  үрдісіндегі  екінші  (ацидогенез) 

сатысына  микроағзалардың  екі:  ацетогендік  жəне  гомоацетаттық  топтары  қатысады. 

Ацетогендік  Н

2

-продуцирлегіш  микроағзалар  моносахаридтер,  спирттер  мен  органикалық 

қышқылдарды ферменттей  отырып,  Н

2

,  СО

2

,  төменгі  май  қышқылдарын,  негізінен  ацетат, 

спирттер  мен  басқа  да  кейбір  төменгі  молекулалық  қосылыстар  түзеді.  Гомоацетаттық 

микроағзалар  ацетил-КоА  түзілуінің  сатысы  арқылы  Н

2

  жəне  СО

2

,  сонымен  қатар  кейбір 

біркөміртекті  қосылыстарды  сіңіре  отырып,  оны  төмен  молекулалық  қышқылдарға, 

негізінен  ацетатқа  айналдырады.  Соңғы  қалдықтардың  анаэробты  ыдырауының  үшінші 

сатысында  метан  түзіледі.  Ол  молекулалық  сутегімен,  сондай-ақ,  ацетаттың  метильдік 

тобымен СО

2 

тотықсыздану сатысы арқылы синтезделуі мүмкін: 

 

4Н

2

 + СО

2

 = СН

4

 + 2Н

2

О 

435 

 

 

3Н

2

 + СО = СН

4

 + Н

2

О 

 

2Н

2

О + 4СО = СН

4

 + 3СО

2 

 

4НСООН = СН

4

 + 3СО

2

+ 2Н

2

О 

 

4 СН

3

ОН = 3СН

4

 + СО

2

+ 2Н

2

О 

 

СН

3

СООН = СН

4

 + СО

2 

 

Метантүзгіш 

бактериялар 

қолданылатын 

көміртегінің 

90–95%-ын 

метанға 

айналдырса,  көміртегінің  тек  5–10%-ы  ғана  биомассаға  түрленеді.  Үрдіс  30–60  ºС 

температурадағы  6-8  рН  кезінде  жүреді.  Биогаз  алудың  бұл  тəсілі  Үндістанда,  Қытай  мен 

Жапонияда кеңінен қолданылады. Қазіргі кезде биогаз өндіру үшін реакцияға қабілеттілігі 

салыстырмалы  түрде  төмен,  əрі  алдын-ала  өңдуді  қажет  ететін  біріншілік  қалдықтарға 

(астық,  егін  шаруашылығының  қалдықтарына)  қарағанда  екіншілік  қалдықтар  (мал 

шараушылығының  қалдықтары  мен  қалалардың  ақаба  сулары)  жиі  қолданылады. 

Биогаздың негізгі артықшылығы – ол энергияның жанданушы жəне экологиялық таза көзі 

болып табылады. 

Ақаба суларды тазалау 

Ақаба суларды тазарту əдістері [2]: 

1.  Механикалық  əдістер.  Бұл  əдістердің  маңызы  келесіде  –  тұндыру  жəне  сүзу 

жолдары  арқылы  ақаба  сулардан  механикалық  қоспаларды  жояды.  Механикалық  тазарту 

тұрмыстық  ақаба  сулардан  ерімейтін  қоспалардың  60–75%-ын,  ал  өнеркəсіптік  ақаба 

сулардан – 95%-ын бөліп алуға мүмкіндік береді. 

2.  Химиялық  əдіс.  Ақаба  суларға  түрлі  реагенттер  (AІ

2

(SO

4

)

3

)  қосады.  Онда  бұлар 

ластағыштармен реакцияға түсіп, оларды ерімейтін тұнбалар түрінде шөктіреді. Химиялық 

тазарту ерімейтін қоспалар мөлшерін 95%-ға дейін, ал еритіндерді – 25%-ға дейін кемітеді. 

3.  Физика-химиялық  əдістерді  ұсақ  дисперстік  жəне  еріген  бейорганикалық 

қоспаларды  жою  үшін,  сонымен  қатар  органикалық  жəне  нашар  тотығатын  заттарды 

ыдырату  үшін  пайдаланады.  Бұл  əдістердің  арсеналына  электролиз,  тотықтыру, 

сорбциялау, экстракциялау, ионалмасу хроматография, ультрадыбыс, жоғары қысым жəне 

басқалар кіреді. 

4.  Биологиялық  əдіс  өзендер  мен  басқа  да  су  тоғандарының  биохимиялық  жəне 

физиологиялық  өзіндік  тазалану  заңдылықтарын  пайдалануға  негізделген.  Ақаба  суларды 

тазалау үшін биосүзгілерді, биологиялық тоғандар мен аэротенктерді пайдаланады. 

Биосүзгілерде  (перколяциялық  сүзгілер  сонау  1890  жылдардан  бері  белгілі)  ақаба 

сулар  жұқа  бактериялық  қабықшамен  қапталған  ірі  дəнді  материалды  қабаты  арқылы 

өткізіліп, осының нəтижесінде биологиялық тотығу үрдісі қарқынды түрде жүреді. Мұнда 

1970 жылдан  бастап  клинкерлер  мен  қиыршықтар  орнына  кеуекі  материалдар  ретінде 

пластмассалар келді. 

Аэротенктер  –  темірлі  бетоннан  жасалған  ауқымды  резервуарлар.  Мұнда 

бактериялары жəне микроскопиялық жəндіктері бар белсенді базбалшық көмегімен тазарту 

жүргізіліп  (əдіс  1914  жылдан  белгілі),  аталған  қондырғыдағы  үрдістің  қарқындауына 

берілетін  ауа  ағынындағы  оттегінің  артық  мөлшері  мен  ақаба  сулардың  органикалық 

заттары жол ашады. Сүзуге қарағанда үрдіс біршама тиімді болғанымен, эксплуатациялау 

(аэрациялау) шығындарының жоғары болуымен сипатталады. 

1980 жылдан  бастап  қазіргі  күнге  дейін  ақаба  суларды  тазалау  технологиясында 

«жалғансұйылтылған  қабат»  қағидасы  –  алғашқы  екі  əдіс  қосындысы  қолданылады.  Бұл 

қағида  Саймон-Хартли  қаққышында  (биомассаның  кезеңмен  өсірілуі  кеуекті  полиэфир 

қуысында  жүргізіледі)  жəне  Дорр-Оливер  оксигенераторында  (төсеніш  болып  құм 

табылады) жүзеге асырылады. 

Биотазалаудан  кейін  сұйық  хлормен  немесе  хлорлы  əкпен  хлорлау  жүргізіледі. 

Дезинфекциялау үшін ультрадыбыс, озондау жəне электролиз де қолданылады. 

436 

 

Микробтық сілтілендіру 

Қышқыл  ертінділермен  өңдеу  арқылы  құрамында  минералдары  бар  жыныстардан 

мысты  бөліп  алу  əдістері  көптеген  ғасырлардан  бері  қолданылып  келеді.  Дегенмен  ХХ 

ғасырдың  50-60  жылдары  ғана  минералдардан  металдарды  бөліп  алуда  бактериялардың 

шешуші  рөл  атқаратындығы  белгілі  болды  [2].  1947 жылы  Колмер  мен  Хинкл  шахталық 

дренаждық  сулардан  Tiobacillus  ferrooxydans  бактериясын  бөліп  алды.  Бұл  ағза  екі 

валенттік  темірді  тотықтырып,  күкіртқұрамдас  қосылыстарды,  сонымен  қатар  кейбір 

металдарды  тотықсыздандырады.  Кейін  оның  кен  минералдарынан  мысты  ертіндіге 

өткізуге қатысатындығы анықталды. 

Бактериялар катализдейтін тотығу үрдісі болып темірдің:  

 

4FeSO

2

 + O

2 

+ 2H

2

SO

4

 = 2Fe

2 

(SO

4

)

3

 + 2H

2

O, 

 

 

(1) 

 

жəне күкірттің тотығуы табылады: 

 

S

8

 + 12O

2

 + 8H

2

O = 8H

2

SO

4

 

 

 

 

 

(2) 

 

Бірқатар минералдарды кейбір сілтілегіш ағзалар тікелей тотықтырады. Бұған мысал 

ретінде пириттің тотығуын: 

 

2FeS

2

 + 15O

2

 + 2H

2

O = 2Fe

2 

(SO

4

)

3

 + 2H

2

SO

4

 

 

 

(3) 

 

жəне сфалериттің тотығуын алуға болады: 

 

ZnS + 2O

2

 = ZnSO

4

 

 

 

 

 

(4) 

 

Үшваленттік  темір  ионы  көптеген  минералдарды  ертіндіге  өткізетін  күшті 

тотықтырғыш агент болып табылады, мысалы халькоцит: 

 

Cu

2

S + 2Fe

2 

(SO

4

)

3

 = 2CuSO

4

 + 2Fe

2

SO

4

 +Sº, 

 

 

(5) 

 

жəне уранинит: 

 

UO

2

 + Fe

2 

(SO

4

)

3

 = UO

2

SO

4

 + 2FeSO

4

 

 

 

 

(6) 

 

Бактериялардың  тіршілік  əрекеті  нəтижесінде  түзілетін  үшваленттік  темір  ионының 

қатысуымен  жүретін  сілтілену  «жанама»  экстракция  деп  аталады.  Қазіргі  кезде 

биогидрометаллургия  жəне  биоэкстракциялық  металлургия  ретінде  танымал  бактериялық 

сілтілеу  мыс  пен  уранды  еріген  формаға  өткізу  үшін  өнеркəсіптік  масштабтарда 

қолданылады. 

Мыс кендерін сілтілеу. Сілтілеу үрдісін бастау үшін күкірт қышқылымен 1,5-3,0 рН-

қа дейін қышқылданған сумен кенді ылғалдайды. Бұл қышқыл ертінді немесе «сілтілегіш» 

кен  немесе  кендік  минералдар  арқылы  өткізіледі.  Оның  құрамында  оттегі  мен  көмір 

қышқыл  газы  болғандықтан,  сульфидтік  кендерде  кеңінен  тараған  ацидофильдік 

гиобацилдердің көбеюі үшін қолайлы орта тудырады. Кейбір жағдайларда 1 кг жыныстағы 

жəне 1 мл сілтілегіш ертіндідегі Tiobacillus ferrooxydans мөлшері 10

6

 жасуша болады. Бұл 

ағза  екі  валенттік  темірдің  ерігіш  иондарын  (1)  белсенді  түрде  тотықтырып,  күкірт  пен 

темірқұрамдас  минералдарға  (2)  (3)  əсер  етеді.  Мыс-сульфидтік  минералдар  тотығуы 

кезінде  элементтік  күкірт  (5)  жиі  түзіледі.  Бұл  күкірт  үш  валенттік  темір  тарапынан 

болатын əсерлерді шектей отырып, минерал бөліктерін бүркемелейді. 1 г жыныста жəне 1 

мл  сілтілегіш  ертіндіде  10

3

-10

5

  жасуша  мөлшерінде  болатын  T.  Ferrooxydans  күкірттің 

кейбір  ерімейтін  қосылыстарын  жəне  элементтік  күкіртті  (2)  тотықтырады.  Бұл  ағзаның 

күкіртті  бүлдіруі  минералдардың  кейбір  бөліктерін  қоршаған  күкірттің  бүркемелегіш 

қабатының  жойылуына  алып  келіп,  сілтілену  үрдісін  күшейтеді.  Сілтіленген  кендерден 

құрамында  1  л-де  0,75-2,2  г  болатын  ертінділер  ағады.  Бұл  ертінділерді  тұндырғыштарға 

437 

 

жібереді;  олардан  мысты  темірді  қолдана  отырып  тұндыру  немесе  еріткіштермен 

экстракциялау  арқылы  алады.  Қолданылған  сілтілегіш  ертінділер  қайтадан  кендерге 

жіберіледі. 

Уранды  сілтілеу.  Уранды  бактериялық  сілтілеу  өндірілген  алаңдардан,  сонымен 

қатар  кендерден  қалдықтық  уранды  бөліп  алу  үшін  Канаданың  шығыс  аудандарында 

қолданылады.  Бактериялар  өсуі  үшін  3-4  ай  жеткілікті,  ал  бұл  уақытта  T.  ferrooxydans 

темірді үшваленттік күйге дейін тотықтырады. Кейін үшваленттік темір (6) реакцияға сай 

тотықсызданған уранды еріген тотыққан күйге дейін тотықтырады. Құрамында ураны бар 

шайма  суларды  жинақтап,  олардан  уранды  иондық  алмасу  көмегімен  бөліп  алады  немесе 

еріткіштермен  экстракциялайды.  Бактериялық  сілтілеу  Канадада  уранды  алуға  арналған 

біріншілік  құрал  ретінде  қолданылды.  Кенді  дене  жарылыс  арқылы  бөлшектеніп,  in  situ 

арқылы сілтіленді. 

Бактериялық  сілтілеудің  практикалық  қолданысы  бірқатар  себептер  бойынша 

тежелуде.  Басты  кедергі  мынада,  үрдіс  тəжірибелік  қондырғыларда  да,  далалық 

жағдайларда  да  əлі  де  болса  нашар  зерттелген.  Бактериялық  сілтілеу  үрдістері  химиялық 

үрдістерге қарағанда көбінесе баяу жүреді. Темір мен күкіртті тотықтыратын бактериялар 

үшін қышқылдық орта қажет. Сондықтан қышқылдарды үлкен мөлшерде сіңіретін кендер 

мен қалдықтар өңдеу үшін жарамайды. Ертінділер көмегімен жерастылық сілтілеу кезінде 

бактериялар  белсенділігіне  жоғары  гидростатикалық  қысым  мен  гипербариялық 

оксигенация əсері секілді факторларды естен шығармау қажет. 

 

Əдебиеттер 

1.  Егорова Т.А.,  Клунова С.М.,  Живухина Е.А. Основы  биотехнологии  –  М.:  «Академия», 

2003 – 208 с. 

2.  Биотехнология.  Принципы  и  применение:  Перевод  с  английского //  Под  редакцией 

И. Хиггинса, Д. Беста и Дж. Джонса. – М.: Мир, 1988. – 480 с. 

жүктеу/скачать 8,24 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: