ЦЕОЛИТ

Направления поиска природных аналогов и  биоэталонов 
объектов
автотранспортного комплекса*

 

Развитие автомобилизации привело на урбанизированных территориях к чрезмерному загрязнению окружающей среды, деградации экосистем, нарушению регенерационных свойств природных ландшафтов.

   Одно из перспективных направлений инженерной защиты окружающей среды в автотранспортном комплексе (АТК) – использование биотехнических принципов конструирования и обеспечения функционирования наземных транспортных объектов с минимальным негативным воздействием на окружающую среду. 

   Решение этой проблемы видится на путях поиска необходимых биоэталонов и природных (био) аналогов, их анализ, обоснование требований к природным аналогам, биоэталонам, конструкциям транспортных средств и объектам транспортной инфраструктуры, формирование принципов создания биотехнических транспортных объектов, систем и приборов, необходимых для решения проблем АТК с минимальным негативным воздействием на окружающую среду..

Обзор литературы по данной проблематике позволил выявить перспективные направления исследований для транспортных средств и объектов транспортной инфраструктуры. Так, исследования в области рецепторов, анализаторов и распознавания образов живым организмам интересны для поиска аналогов систем слежения АТС за условиями движения, диагностики состояния узлов и агрегатов, а так же совместно с исследованием нейронов, нервных сетей, нервных центров и мозга позволят выйти на аналоги систем обеспечения эксплуатационной надежности автомобиля. Последнее направление может внести неоценимый вклад в оптимизацию связи человек-машина и увеличение степени автономности работы автомобиля. Изучение проблемы «человек и машина» одновременно даст более четкие характеристики возможностей человека управлять транспортным средством с позиций обеспечения безопасности дорожного движения.

       Совершенствование системы слежения может облегчить и ведение мониторинга за состоянием дорог, транспортными потоками и их воздействием на придорожную территорию. Исследования в области ориентации, навигации и локации, кроме определения местонахождения АТС позволит более эффективно при меньших затратах решать вопросы, связанные с фрагментацией и дефрагментацией территории дорогами.

*) Исследование проведено при финансовой поддержке Минобразования РФ

 

На основании исследований в области биомеханики и биоэнергетики  также можно решить многие транспортные проблемы (выбор конструкционных материалов, использование новых принципов движения и т.д.). Решение первой проблемы позволит уменьшить объем образования отходов (включая твердые, жидкие и газообразные) которое создаются в АТК, решение второй проблемы - выйти на качественно новый уровень выполнения транспортной работы, поскольку живые организмы обладают большим КПД, лучшей маневренностью и не нуждаются в дорогах.

    Однако практические шаги по решению проблем, касающихся совершенствования конструкций транспортных средств, еще предстоит сделать. Другое дело автомобильная дорога, мостовой переход, которые становятся элементом ландшафта и должны органично вписываться в окружающую среду. Здесь природные аналоги и эталоны уже давно используются для снижения загрязнения придорожной территории в частности природные материалы-адсорбенты, биологические методы очистки, что нашло отражение в работах [1-3].

       Дорога является источником комплексных воздействий на окружающую среду, которые могут привести к следующим последствиям:

·               деградация качества поверхностных вод от эрозии почвы, расчищенной в результате строительства дороги, неправильно спроектированной системы дренажа, проходящей через водораздел дороги;

·               деградация или разрушение экосистем из-за ухудшения водного регулирования и фильтрующей способности почвы, когда размещение новой дороги через лес ведет к внутренней миграции видов;

·               появление устойчивых тепловых аномальных полей, связанных в основном, с функционированием инженерных коммуникаций.

       Транспортные объекты (дорога, транспортные средства) вызывают негативные изменения в экосистеме придорожной полосы, что сказывается на ее качестве. Одновременно происходит и ухудшение качества транспортного объекта, т.е. инженерный объект и окружающая среда находятся в тесном взаимодействии друг с другом (рис.1). Чтобы предотвратить (замедлить) деградацию придорожной экосистемы, необходимо одновременно повышать регенерационные свойства экосистемы и снижать негативное воздействие транспортных объектов на неё (рис.2.).

       Повысить регенерационные свойства экосистемы можно, очищая поверхностные сточные воды с проезжей части, внося в почву биопрепараты, повышающие устойчивость зеленых насаждений к антигололедным реагентам, снижающие концентрацию нефтепродуктов в почве. Эти мероприятия позволят восстановить механизмы самоочищения придорожной экосистемы, угнетенные в результате чрезмерного негативного воздействия транспортного объекта.

       Второе направление - поддержание дороги и транспортных средств в  исправном состоянии, а также использование биологически разлагаемых эксплуатационных материалов.

Рис.1. Схема текущей взаимосвязи транспортных объектов с экосистемой придорожной полосы

Рис.2. Схема текущей взаимосвязи транспортных объектов с экосистемой придорожной полосы после применения биотехнологий

 

       Степень загрязнения поверхностных сточных вод с дорог зависит от многих факторов и содержит такое количество органики, биогенов, нефтепродуктов, солей тяжелых металлов, что в ряде случаев их очистка является обязательной.

Используются разные методы очистки сточных вод, большинство из которых неприменимы для очистки поверхностных сточных вод с дорог из-за высоких энергозатрат, требования больших площадей, высокой стоимости строительства и обслуживания, необходимости постоянного контроля квалифицированным персоналом работы сооружения, необходимости расхода химических реагентов и т.д.  Кроме того, очистные сооружения сами загрязняют окружающую среду.

Указанные выше недостатки преодолимы при использовании биологических методов очистки воды, основанные на способности микроорганизмов использовать в качестве ростовых субстратов различные соединения, входящие в состав загрязненных вод.

Многие микроорганизмы способны накапливать металлы в больших количествах. В ходе эволюции в них сформировались системы поглощения отдельных металлов и их концентрирования в клетках. Микроорганизмы, помимо включения в цитоплазму, способны также сорбировать металлы на поверхности клеточных стенок, связывать их метаболитами в нерастворимые формы, а также переводить в летучую форму. Селекция в этом направлении и применение новых генноинженерных методов позволяют получать формы, активно аккумулирующие металлы, и на их основе создавать системы биоочистки.

       Выпускаются специальные биосорбенты, например «Биосорбент М» (Чехия), изготовленный в виде зёрен размером 0,3-0,8 мм (микробных клеток и носителя); сорбент используют в установках, работающих на ионообменных смолах. Возможно производство сорбентов на основе микробных полисахаридов, которые можно широко применять в различных условиях, включая природные, они просты в употреблении. Металлы на следующей стадии после концентрирования микроорганизмами следует извлечь из микробной биомассы. Существуют различные недеструктивные способы, экстракция путем разрушения клеток. Активизация процесса биологического разрушения нефте­продуктов требует интенсификации бактериального разложения углеводородов и организации в пространстве процесса переработки этой бактериальной биомассы в пищевых цепях. 

Требования  к  характеристикам бактериальных препаратов используемых для очистки поверхностных сточных вод с проезжих частей от нефтепродуктов: широкий диапазон к реакции среды; физиологическая активность при возможно более низких температурах; не патогенность; устойчивость к тяжелым металлам; высокая эффективность деструкции, как в водной, так и в почвенной среде.

Влияние разных материалов, используемых в очистных сооружениях, на активность микроорганизмов.

         В связи с тем, что в очистных сооружениях все чаще начинают применять природные сорбенты, такие как шунгит и цеолит, проведены исследования целью которых было определить степень влияния шунгита и цеолита на жизнеспособность бактерий.

         В качестве опытного микроорганизма выбран типичный представитель нефтедеструкторов Pseudomonas, который был посеян методом штриха на питательную среду, содержащую размельченный шунгит. Как видно из рис. 3 линии посева, проходящие через область питательной среды, содержащей шунгит, значительно утончались, что свидетельствует о резком снижении численности бактерий в этом месте. В областях, не содержащих шунгит, линии посева были более широкими, что свидетельствует о большей численности бактерий вследствие более благоприятных условий (в данном случае отсутствие шунгита).

       Отсюда следует, что шунгит обладает антибактериальным действием. Этому воздействию подвержены все микроорганизмы в большей или меньшей степени. По это причине при проектировании очистного сооружения с фильтрующей засыпкой из шунгита и биологическим фильтром необходимо конструктивно обеспечить их изоляцию и разделить потоки очищаемой сточной воды. Допустимо использовать вначале очистку в биологическом фильтре, а затем фильтрацию через шунгит. 

       Аналогичные исследования проведены для цеолита, который также широко используется в очистных сооружениях. В качестве опытного микроорганизма выбран характерный представитель бактерий нефтедеструкторов вида Pseudomonas, который был посеян методом штриха на питательную среду содержащую размельченный цеолит. Цеолит не влияет на рост бактерий в отличие от шунгита, ибо все линии посева с ярко выраженными колониями. Но характерный флуоресцентный окрас для данного штамма на посевах отсутствовал. Видимо причиной стал цеолит, который сорбировал вещества, отвечающие за флуорисцирующий пигмент микроорганизмов. Однако какого-либо угнетения роста бактерий замечено не было.  Применение цеолита в биологическом фильтре не угрожает бактериям, более того, обладая хорошими сорбционными свойствами, он будет адсорбировать оставшееся нефтепродукты, тяжелые металлы, промежуточные вещества процесса деструкции нефтепродуктов.
 

Определение влияния современных моторных масел на микроорганизмы и возможности их деструкции.

      О способностях микроорганизмов использовать в качестве единственного источника углерода нефть и моторные топлива из неё приведено много данных в литературе, однако об использовании моторных масел в качестве единственного источника углерода, данные отсутствуют. В связи с тем, что в сточных водах с проезжей части основными представителями нефтепродуктов являются бензин, дизельное топливо и масла проведены исследования по определению возможности деструкции моторных масел микроорганизмами. В качестве единственного источника углерода были взяты следующие моторные масла:

  1. Castrol Formula RS Racing Syntec SJ/CF; A3/B3/B4, SAE 10W-60 на синтетической основе. Это масло было слито с автомобиля ВАЗ 21083 после пробега 8200 км. Пробег автомобиля на то время составлял 20400 км. (образец №1)

  2. Castrol Formula RS Racing Syntec SJ/CF; A3/B3/B4, SAE 10W-60  на синтетической основе. Новое масло. (образец №1Н)

  3. Mobil 1 Rally Formula SJ/CF; A3/B3/B4, SAE 5W-50  на синтетической основе. Это масло было слито с автомобиля BMW 525 после пробега 15000 км. Пробег автомобиля на то время составлял 250000 км. (образец №2)

  4. Mannol Molibden Benzin SJ/CE; A3/B3, SAE 10W-40  на частично синтетической основе. Это масло было слито с автомобиля WV GOLF-2 1300 после пробега 18000 км. Пробег автомобиля на то время составлял 250000 км. (образец №3)

  5. ТНК Супер Ойл SG/CD; SAE 5W-40  на частично синтетической основе. Это масло было слито с автомобиля Opel Ascona 1.6 D после пробега 7000 км. Пробег автомобиля на то время составлял 260000 км. (образец №4)

  6. ТНК Супер Ойл SG/CD; SAE 5W-40  на частично синтетической основе. Это масло было слито с автомобиля ВАЗ 21063 после пробега 8000 км. Пробег автомобиля на то время составлял 45000 км. (образец №5)

  7. Лукойл Стандарт SF/CC; SAE 10W-40  на минеральной основе. Это масло было слито с автомобиля Москвич 2141 после пробега 7000 км. Пробег автомобиля на то время составлял 90000 км. (образец №6)

         После посева штаммов на все указанные типы масел наблюдалась характерная граница между маслом и зоной деструкции. В результате проведенного опыта установлено, что моторные масла не только не оказывают угнетающего воздействия на бактерии, но ещё и пригодны в качестве источника углерода (справедливо для всех образцов масел).

        Таким образом, проведенные экспериментальные исследования позволили выявить некоторые новые закономерности взаимодействия (совместимости) типичных микроорганизмов с материалами, используемыми в очистных сооружениях (цеолит, шунгит) и автомобильными моторными маслами, которые в больших концентрациях содержатся в поверхностном стоке с проезжей части автомобильных дорог.

 

ЛИТЕРАТУРА

1.     Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Промышленно-транспортная экология. Учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 2001.

2.     Трофименко Ю.В., Лобиков А.В. Биологические методы снижения автотранспортного загрязнения придорожной полосы. Автомобильные дороги. Обзорная информация. Выпуск 5. М.: Информавтодор, 2001.

3.     Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе. Сборник докладов 5-й международной научно-технической конференции 1-2 февраля 2001 г. – М.: МАДИ, 2001 .

 

НАЗАД

manezh@smila.com