Тірі организмдердің ыдырауы

Кіріспе

Биодеградация – бактериялар мен саңырауқұлақтар сияқты микроорганизмдердің органикалық заттарды ыдыратуы. Бұл, әдетте, табиғи процесс деп есептеледі, ол оны компосттаудан ерекшелендіреді. Компосттау – адамның бақылауымен жүзеге асырылатын процесс, онда биодеградация белгілі бір жағдайларда өтеді. Биодеградация процесі үш кезеңнен тұрады: біріншіден, зат биодеградацияға ұшырайды, яғни оның құрылымы механикалық түрде әлсірейді; одан кейін биофрагментация жүреді, яғни микроорганизмдер материалдарды ыдыратады; және соңында ассимиляция, яғни ескі материал жаңа жасушалар құрамына енгізіледі. Іс жүзінде, барлық химиялық қосылыстар мен материалдар биодеградацияға ұшырайды, мұндағы басты фактор – уақыт. Көкөністер сияқты заттар күндер ішінде ыдырай алады, ал шыны мен кейбір пластиктердің ыдырауына мыңдаған жылдар қажет. Еуропалық Одақ қолданатын биодеградация стандарты бойынша, бастапқы материалдың 90%-дан астамы 6 ай ішінде биологиялық процестер арқылы су мен минералдарға айналуы керек.

Биологиялық ыдырайтын технология

Биологиялық ыдырау технологиясы – өнімдерді қаптау, өндіріс және медицина салаларында қолданылатын дамыған технология. Оны кеңінен енгізуге кедергі келтіретін басты фактор – биологиялық ыдырау қабілеті мен өнімділік арасындағы қарым-қатынас. Мысалы, лактид негізіндегі пластиктердің қаптамалық қасиеттері дәстүрлі материалдармен салыстырғанда нашар. Оксибиологиялық ыдырау CEN (Еуропалық стандарттау ұйымы) тарапынан «окистеу және жасушалық процестердің бірдей немесе кезең-кезеңімен жүзеге асыруынан туындайтын ыдырау» деп анықталған. Кейде «оксифрагменттелу» және «окситозылу» деп сипатталғанымен, бұл терминдер тек алғашқы немесе окистелу фазасын ғана көрсетеді және CEN анықтаған оксибиологиялық ыдырау арқылы ыдырайтын материалдарға қолданылмауы керек. Дұрыс термині – «оксибиологиялық ыдырау». Оксибиологиялық ыдырау формулалары ыдырау процесін үдетсе де, өнімнің белгілі бір мерзімге пайдалы болуын қамтамасыз ету үшін оның құрамындағы ингредиенттерді дұрыс теңгеруге білімі мен тәжірибесі мол мамандардың қатысуы қажет. Биологиялық ыдырау технологиясын биомедициналық қауымдастық ерекше пайдаланады. Биологиялық ыдырайтын полимерлер үш топқа бөлінеді: медициналық, экологиялық және екі мақсатта қолданылатын, ал шығу тегі бойынша екі топқа бөлінеді: табиғи және синтетикалық. Басқа биомедициналық қолданыстарға биологиялық ыдырайтын, серпімді пішін жады полимерлерін қолдану жатады. Биологиялық ыдырайтын имплантаттарды енді ыдырайтын термопластикалық полимерлер арқылы минималды инвазивті хирургиялық процедураларда қолдануға болады. Бұл полимерлер температураның жоғарылауына байланысты пішінін өзгерте алады, пішін жады қабілетін және оңай ыдырайтын тігістерді қамтамасыз етеді. Осының нәтижесінде имплантаттар кішкентай тіліктер арқылы енгізіледі, дәрігерлер күрделі деформацияларды оңай орындай алады, ал тігістер мен басқа материалдық көмекші құралдар операция аяқталғаннан кейін табиғи түрде биологиялық ыдырай алады.

Биологиялық ыдырау мен компостирлеу

Биологиялық ыдыраудың жалпыға бірдей анықтамасы жоқ, ал компостингтің әртүрлі анықтамалары бар, бұл терминдер арасында көптеген шатасуларға әкелді. Олар көбінесе бірге жинақталады, бірақ мағыналары бірдей емес. Биодеградация – бактериялар мен саңырауқұлақтар сияқты микроорганизмдер немесе басқа да биологиялық әрекеттер арқылы материалдардың табиғи түрде ыдырауы. Компостинг – адам бақылауымен жүзеге асырылатын процесс, онда биологиялық ыдырау белгілі бір жағдайларда өтеді. Екі процестің арасындағы басты айырмашылық – біреуі табиғи түрде, екіншісі адамның араласуымен жүреді. Биологиялық ыдырайтын материал оттегізсіз (анаэробтық) жағдайда көмірқышқыл газы, су және биомассаға ыдырай алады, бірақ ыдырау мерзімі нақты анықталмаған. Сол сияқты, компосталатын материал да көмірқышқыл газы, су және биомассаға ыдырайды; алайда, компосталатын материал органикалық емес қосылыстарға да ыдырайды. Компостирлеу процесі нақтырақ анықталған, себебі оны адамдар басқарады. Негізінен, компостирлеу – оңтайландырылған жағдайлардың нәтижесінде жүретін үдетілген биологиялық ыдырау процесі. Сонымен қатар, компостирлеудің соңғы өнімі бұрынғы күйіне оралып қана қоймай, топыраққа пайдалы микроорганизмдерді, яғни гумусты да қосады. Бұл органикалық заттарды бау-бақшаларда және фермаларда қолданып, болашақта өсімдіктердің сау өсуіне көмектеседі. Компостирлеу, басқарылатын және жеделдетілетін процесс болғандықтан, әдетте қысқа мерзімде жүзеге асырылады. Биологиялық ыдырау әртүрлі жағдайларда әртүрлі уақыт аралығында жүруі мүмкін, бірақ ол адамның араласуынсыз табиғи түрде өтуге тиіс. Компостирлеудің өзінде де, осы процесс әртүрлі жағдайларда жүзеге асырылуы мүмкін. Компостирлеудің екі негізгі түрі – үйде жасау және коммерциялық компостирлеу. Екеуі де қайта пайдалануға жарамды топырақ береді, басты айырмашылық – процеске қандай материалдар қолданылуы мүмкін. Келесі зерттеулер компостирлеудің ғылыми контексте биологиялық ыдыраудың бір бөлігі ретінде анықталған мысалдарды келтіреді. "Лабораториялық сынақ жағдайындағы симуляциялық компостирлеу жағдайындағы пластиктердің биологиялық ыдырауына бағалау" атты бірінші зерттеуде компостирлеу, ыдырау санатына жататын жағдайлар жиынтығы ретінде қарастырылған. Сонымен қатар, келесі зерттеу химиялық және физикалық байланысқан полилактив қышқылының биологиялық ыдырау және компостирлеу әсерлерін қарастырған, компостирлеу мен биологиялық ыдырауды екі бөлек термин ретінде талқылаған. Үшінші және соңғы зерттеуде қаптама өнеркәсібіндегі биологиялық ыдырайтын және компосталатын материалдардың еуропалық стандарты қарастырылған, терминдер қайтадан бөлек қолданылған. Бұл терминдердің арасындағы айырмашылықты түсіну өте маңызды, өйткені қалдықтарды басқарудағы шатасулар адамдардың күнделікті материалдарды дұрыс тастамауына себеп болады. Биологиялық ыдырау технологиясы қалдықтарды жою тәсілдерінде үлкен жетістіктерге әкелді; қазірде қоқыс, қайта өңдеу және компост контейнерлері қалдықтарды жою процесін оңтайландыру үшін қолданылады. Алайда, егер бұл қалдық ағындары жиі шатастырылса, жою процесі тиімді болмайды. Биологиялық ыдырайтын және компосталатын материалдар адамның қалдықтарының көбірек бөлігінің ыдырап, бұрынғы күйіне оралуын қамтамасыз ету үшін әзірленді, ал компостирлеу жағдайында тіпті топыраққа қоректік заттар қосады. Егер компосталатын өнім қоқысқа тасталса, оның тиімділігі жоғалады. Сондықтан, азаматтардың осы терминдердің айырмашылығын түсінуі маңызды, осылайша материалдар дұрыс және тиімді тасталады.

There is no universal definition for biodegradation and there are various definitions of composting, which has led to much confusion between the terms. They are often lumped together; however, they do not have the same meaning. Biodegradation is the naturally occurring breakdown of materials by microorganisms such as bacteria and fungi or other biological activity. Composting is a human driven process in which biodegradation occurs under a specific set of circumstances. The predominant difference between the two is that one process is naturally occurring and one is human driven. Biodegradable material is capable of decomposing without an oxygen source (anaerobically) into carbon dioxide, water, and biomass, but the timeline is not very specifically defined. Similarly, compostable material breaks down into carbon dioxide, water, and biomass; however, compostable material also breaks down into inorganic compounds. The process for composting is more specifically defined, as it is controlled by humans. Essentially, composting is an accelerated biodegradation process due to optimized circumstances. Additionally, the end product of composting not only returns to its previous state, but also generates and adds beneficial microorganisms to the soil called humus. This organic matter can be used in gardens and on farms to help grow healthier plants in the future. Composting more consistently occurs within a shorter time frame since it is a more defined process and is expedited by human intervention. Biodegradation can occur in different time frames under different circumstances, but is meant to occur naturally without human intervention. Even within composting, there are different circumstances under which this can occur. The two main types of composting are at home versus commercial. Both produce healthy soil to be reused the main difference lies in what materials are able to go into the process. The following studies provide examples in which composting has been defined as a subset of biodegradation in a scientific context. The first study, "Assessment of Biodegradability of Plastics Under Simulated Composting Conditions in a Laboratory Test Setting," clearly examines composting as a set of circumstances that falls under the category of degradation. Additionally, this next study looked at the biodegradation and composting effects of chemically and physically crosslinked polylactic acid. Notably discussing composting and biodegrading as two distinct terms. The third and final study reviews European standardization of biodegradable and compostable material in the packaging industry, again using the terms separately. The distinction between these terms is crucial because waste management confusion leads to improper disposal of materials by people on a daily basis. Biodegradation technology has led to massive improvements in how we dispose of waste; there now exist trash, recycling, and compost bins in order to optimize the disposal process. However, if these waste streams are commonly and frequently confused, then the disposal process is not at all optimized. Biodegradable and compostable materials have been developed to ensure more of human waste is able to breakdown and return to its previous state, or in the case of composting even add nutrients to the ground. When a compostable product is thrown out as opposed to composted and sent to a landfill, these inventions and efforts are wasted. Therefore, it is important for citizens to understand the difference between these terms so that materials can be disposed of properly and efficiently.

Экологиялық және әлеуметтік әсерлері

Заңсыз төгілген пластик ластануы жануарлар мен фаунаның денсаулығына қауіп төндіреді. Жануарлар көбінесе пластикті тамақ деп жаңылыстырады, нәтижесінде ішек-қарынға түйілу пайда болады. Полихлорилендірілген бифенилдер (ПХБ), нонилфенол (НП) және пластикте кездесетін пестицидтер сияқты жай ыдырайтын химиялық заттар қоршаған ортаға бөлініп, кейіннен жануарлармен бірге жұтылады. Бұл химиялық заттар адам денсаулығына да әсер етеді, себебі ластанған тағамды тұтыну (биомагнификация және биожинақталу процестері арқылы) қатерлі ісік, неврологиялық дисфункция және гормональдық өзгерістер сияқты мәселелерге байланысты. Биомагнификацияның денсаулыққа әсерінің жақсы белгілі мысалы – балықтағы сынаптың қауіпті деңгейге дейін жоғарылауы, ол адамның жыныс гормондарына әсер етуі мүмкін. Адамдар жасаған пластик, жуғыш заттар, металдар және басқа да ластаушы заттардың жай ыдырауынан туған зиянды жоюға бағытталған күш-жігерде экономикалық шығындар маңызды мәселеге айналды. Теңіз қоқысының мөлшерін анықтау және қарастыру ерекше қиындық тудырады. Дүниежүзілік сауда институтының зерттеушілері тазалау шараларының құны (әсіресе мұхит экожүйелерінде) жылына он үш миллиард долларға жуық екенін бағалап отыр. Басты алаңдаушылық теңіз ортасынан туындайды, ең ірі тазалау жұмыстары мұхиттағы қоқыс жиынтықтарына бағытталған. 2017 жылы Тынық мұхитында Мексиканың аумағымен шамалас қоқыс жиынтығы табылды. Оның ауданы миллион шаршы мильден аспайды деп есептеледі. Жиынтықта пластик бөтелкелер, банкалар және қаптар сияқты көзге көрінетін қоқыстар көп болғанымен, ұсақ микропластиктерді тазалау дерлік мүмкін емес. National Geographic хабарлағандай, жыл сайын шамамен 38 миллионнан астам биоразлаганбас материалдар осал орталарға еніп жатыр. Ыдырамаған материалдар түтік құрттары мен бетегелер сияқты инвазивті түрлерге пана бола алады. Экожүйе инвазивті түрлерге жауап ретінде өзгеретін болса, жергілікті түрлердің және ресурстардың табиғи тепе-теңдігі, генетикалық әртүрлілік және түрлердің байлығы өзгереді. Бұл факторлар аң аулау және аквакультура сияқты жергілікті экономиканы қолдауы мүмкін, бірақ өзгеріске байланысты олар да зардап шегеді. Сонымен қатар, экожүмыс туризміне тәуелді жағалау қауымдастықтары ластанудың күшеюіне байланысты кірістен айырылады, өйткені олардың жағажайлары немесе жағалаулары саяхатшылар үшін тартымды болмайды. Дүниежүзілік сауда институтының мәліметінше, нашар биодеградацияның салдарынан ең көп зардап шегетін қауымдастықтар – тазалауға қаражаты жетпейтін кедей елдер.

Plastic pollution from illegal dumping poses health risks to wildlife. Animals often mistake plastics for food, resulting in intestinal entanglement. Slow degrading chemicals, like polychlorinated biphenyls (PCBs), nonylphenol (NP), and pesticides also found in plastics, can release into environments and subsequently also be ingested by wildlife. These chemicals also play a role in human health, as consumption of tainted food (in processes called biomagnification and bioaccumulation) has been linked to issues such as cancers, neurological dysfunction, and hormonal changes. A well known example of biomagnification impacting health in recent times is the increased exposure to dangerously high levels of mercury in fish, which can affect sex hormones in humans. In efforts to remediate the damages done by slow degrading plastics, detergents, metals, and other pollutants created by humans, economic costs have become a concern. Marine litter in particular is notably difficult to quantify and review. Researchers at the World Trade Institute estimate that cleanup initiatives' cost (specifically in ocean ecosystems) has hit close to thirteen billion dollars a year. The main concern stems from marine environments, with the biggest cleanup efforts centering around garbage patches in the ocean. In 2017, a garbage patch the size of Mexico was found in the Pacific Ocean. It is estimated to be upwards of a million square miles in size. While the patch contains more obvious examples of litter (plastic bottles, cans, and bags), tiny microplastics are nearly impossible to clean up. National Geographic reports that even more non biodegradable materials are finding their way into vulnerable environments nearly thirty eight million pieces a year. Materials that have not degraded can also serve as shelter for invasive species, such as tube worms and barnacles. When the ecosystem changes in response to the invasive species, resident species and the natural balance of resources, genetic diversity, and species richness is altered. These factors may support local economies in way of hunting and aquaculture, which suffer in response to the change. Similarly, coastal communities which rely heavily on ecotourism lose revenue thanks to a buildup of pollution, as their beaches or shores are no longer desirable to travelers. The World Trade Institute also notes that the communities who often feel most of the effects of poor biodegradation are poorer countries without the means to pay for their cleanup.

"Биодеградияланатын" сөзінің этимологиясы

Биологиялық контексте "биоразлагаюшы" термині алғаш рет 1959 жылы қолданылды, ол микроорганизмдердің әрекетімен материалдың зиянсыз компоненттерге ыдырауын сипаттау үшін пайдаланылды. Қазір "биоразлагаюшы" дегеніміз, көміртегі айналымы сияқты Жердің табиғи циклдерінің бір бөлігі болып табылатын және табиғи элементтерге қайта ыдырай алатын, экологиялық таза өнімдермен байланысты.