Защита окружающей среды от нефтяного

Защита окружающей среды от нефтяного загрязнения с применением
биотехнологий. Реальности и перспективы.
1
Соловьев В.И., 2Кожанова Г.А., 1Шевяков В.В.
1
Научно-производственное предприятие «Эконад»
2
Одесский национальный университет им. И.И. Мечникова
В последние десятилетия, благодаря все увеличивающимся объемам
добычи и переработки нефти, особую актуальность приобрела проблема
предотвращения загрязнения окружающей среды углеводородами нефти, а
также ликвидации уже существующих очагов загрязнения. Практика
показала, что по совокупности качеств, наиболее экономически
целесообразными
и
экологически
приемлемыми
являются
биотехнологические методы очистки и восстановления природной среды.
Они позволяют не только достичь быстрого очищающего эффекта, но и
обеспечить длительное пролонгированное действие по восстановлению
природных биоценозов. В этой связи, особенно перспективными являются
микробные биотехнологии.
Одной из основных экологических проблем на предприятиях топливноэнергетического комплекса являются аварии на нефтепроводах, в связи с их
износом, старением, а также при перевозках нефти и нефтепродуктов
различными видами транспорта. Большой вред в последние годы причиняют
также аварии на трубопроводах, связанные с несанкционированными
врезками в нефте- и продуктопроводы. Нефть и нефтепродукты, попадая в
почву в результате аварий, проникают по трещинам, каппилярам вглубь
почвы. Дальнейшая адгезия их почвенными частицами приводит к
заполнение почвенных пор, которые составляют от 10 до 60 % объема почвы.
Высокий уровень загрязнения почвы приводит к полному подавлению
деятельности
микрофлоры,
существенному снижению активности
гидролитических и окислительно-восстановительных ферментов. Это влечет
за собой гибель высших растений в зоне разлива и уменьшение
растительности на прилегающих участках. На сельскохозяйственных угодьях
снижается урожайность. Вот почему основной задачей при ликвидации
аварийных разливов на почве является устранение загрязнения в кратчайшие
сроки.
Научно производственным предприятием «Эконад» разработана и
успешно внедрена на практике технология биоремедиации объектов
окружающей среды, пострадавших в результате загрязнения углеводородами
нефти. Она включила в себя:
разработку методических приемов локализации нефтяного
загрязнения;
- изучение возможности использования природных минералов 14
украинских месторождений, промышленных отходов для сорбции и
химической детоксикации нефти;
-
изучение зональных особенностей почвенного профиля, подбора
травосмесей и норм их высева для фитомелиорации;
- разработку норм внесения минеральных и органических удобрений,
биогенных добавок (отходов пищевых предприятий) для
биоремедиации нефтезагрязненных почв;
разработку технологии применения бактериального препарата
«Эконадин» - сорбента и деструктора нефти и нефтепродуктов для
очистки почвы.
разработку технологии применения сорбционных и биосорбционных
бонов «Эконад» в комплексе биоремедиационных мероприятий.
По результатам проведенных исследований, по заказу одной из структур
НАК «Нафтогаз Украины», нашим предприятием были разработаны
методические рекомендации по применению биотехнологических методов
ремедиации загрязненных нефтью земель, которые успешно прошли
согласование в Министерстве охраны окружающей природной среды и
госкомитете Украины по земельным ресурсам (Госкомзем Украины).
Технология биоремедиации основана на применении в комплексе
биотехнологических мероприятий биопрепарата «Эконадин» - сорбента и
деструктора углеводородов нефти. Хотелось бы детально обозначить
особенности, делающие «Эконадин» уникальным, не имеющим аналогов в
мировой практике по совокупности потребительских и экологических
характеристик.
Прежде всего, технология его получения основана на использовании
выделенных из природной среды двух штаммов псевдомонад –
супердеструкторов углеводородов нефти, которые прошли проверку на
отсутствие патогенных и инвазивных свойств, а также потенциальной
генетической активности в тест-системах культур клеток человека и
животных. Более того, указанные штаммы обладают набором биологически
позитивных свойств: проявляют антагонистическую активность
к
патогенным и фитопатогенным бактериям, холерным вибрионам. Они же
стимулируют рост и развитие растений, повышают их устойчивость к низким
температурам, к бактериальным и вирусным заболеваниям, что важно при
проведении работ по рекультивации почв. Бактерии рода Pseudomonas
являются постоянными обитателями вод океана, внутренних вод, почв и
грунтов. Высокая углеводородокисляющая активность, эмульгирующие
свойства псевдомонад, способность расщеплять углеводороды, как в
аэробных условиях, так и в условиях дефицита кислорода, позволяет
использовать наиболее активные штаммы для борьбы с нефтяным
загрязнением воды и почвы.
В природных условиях микроорганизмы находятся в иммобилизованном
состоянии
и прикреплены
к твердым
частицам.
Закрепление
микроорганизмов на микро- и макроагрегатах имеет важное значение в
первую очередь для проявления их метаболической активности. Работая по
принципу биокатализаторов, иммобилизованные клетки
проявляют
высокую метаболическую активность без значительного прироста биомассы
свободных
клеток.
Поэтому
в
современных
природоохранных
биотехнологиях широко используются именно иммобилизованные бактериидеструкторы углеводородов нефти с заведомо повышенной способностью к
прикреплению к твердой поверхности и более быстрой колонизации
субстратов по сравнению со свободными клетками бактерий. Эти свойства
иммобилизованных бактерий обеспечивают их быструю интродукцию в
природные экониши и высокую деструктивную активность.
В настоящее время иммобилизованные клетки микроорганизмов
эффективно используются в промышленных биотехнологиях как
потенциально высокоактивные биокатализаторы, способные осуществлять
полиферментные процессы. Продуктом такой технологии является
«Эконадин» - разработанный НПП «Эконад», первый в СНГ биопрепарат сорбент и деструктор углеводородов нефти, основанный на использовании
иммобилизованных клеток бактерий.
При изготовлении «Эконадина»
используется новая запатентованная биотехнология, которая делает
возможным фиксацию на органическом субстрате – торфе, не отдельных
клеток бактерий, как а их биофлоков (англ. Bioflakes, flakes – хлопья) - один
из видов агрегации микробных клеток, имеющих вид своеобразных
«хлопьев» . В биофлоке концентрируется определенный запас питательных
веществ – минеральных и органических, что способствует длительному
поддержанию жизнеспособности
бактерий, их физиологической и
деструктивной (функциональной) активности. Биофлоки проявляют
повышенную устойчивость бактерий к загрязняющим веществам и
обуславливают активную интродукцию бактерий-деструкторов в водоемы и в
другие природные экологические ниши. Биофлоки обеспечивают буферность
среды на уровне рН=7, что важно для стабильного осуществление глубокого
распада углеводородов нефти и других органических соединений. Биофлоки
могут прочно фиксироваться без повреждения клеток на носителях – т. е. на
любых субстратах (почва, песок, растительные остатки, минералы и др.),
независимо от их пористости.
Помимо этого, такой вид агрегации бактерий сообщает товарному
сорбенту-деструктору потребительские свойства, недостижимые при простом
нанесении живых клеток бактерий на субстрат. Это повышенная
устойчивость к перепаду температур, что облегчает хранение на складах, без
создания заданного микроклимата, как минимум вдвое больший срок
хранения, обусловленный повышенной жизнестойкостью бактерий в виде
биофлоков, а также их большую резистентность к иным неблагоприятным
физико-химическим факторам. В препарате «Эконадин» использована
ассоциация штаммов бактерий многоцелевого назначения, способствующая
очищению окружающей среды не только от
нефти, но и других
биорезистентных поллютантов. Более чем двадцатилетний
опыт
использования этих штаммов, показал их эффективность при очистке
промливневых стоков от стойких органических азокрасителей, пестицидов,
СПАВ, фенолов, полициклических ароматических углеводородов,
формальдегида и др.
Следующая составляющая концепции биоремедиации – использование
сорбционных и биосорбционных бонов «Эконад».
Боны производятся в
виде отдельных секций, из которых делаются плети длиной до 20 – 50 м.
Секция бона представляет оболочку круглой формы диаметром 80 – 160 мм,
длиной 1 – 5 метров из прочной полиэтиленовой сетки с ячейкой 3 – 8 мм. И
внутреннего сетчатого рукава из эластичного полиэтилена. Выпускаются
различные модификации сорбирующих бонов, но условно их можно
разделить на два типа: сорбирующие и биосорбирующие. Сорбирующие
боны представляют собой доступное и эффективное средство для
локализации нефтяного загрязнения на твердых поверхностях и на воде.
Оболочка
наполнена
синтетическим
сорбирующим
материалом
пенополистирольными гранулами, придающими плавучесть. По желанию
заказчика предусмотрена обработка жидкой бактериальной культурой
бактерий-деструкторов.
Биосорбирующие
боны
наполнены
сорбентом
органического
происхождения, в качестве которого используется верховой сфагновый торф
(возможно добавление измельченной соломы, лузги подсолнечника, отходов
текстильного,
канатного
производств),
обработанный
суспензией
нефтеокисляющих микроорганизмов и раствором питательных веществ для
микроорганизмов-деструкторов углеводородов нефти, либо препаратом
«Эконадин».
Оба типа бонов предназначены для поддержания чистоты водной среды в
местах вероятного появления нефтяных пленок (в превентивных целях в
районах нефтепромыслов, нефтетерминалов, причалов портов и
судоремонтных заводов и др.); локализации и сбора нефти в случаях
незначительных (очаговых) разливов; локализации и сбора нефти на
мелководье (наиболее предпочтительный
метод); защиты берега от
загрязнения нефтью; на твердых поверхностях с целью локализации
загрязнения, в том числе и в превентивных целях. Они могут быть
установлены поперек потока воды в случаях разлива нефти, нефтепродуктов
в местах вероятного перемещения нефтяного пятна; вдоль береговой линии,
которая может быть загрязнена нефтью в случаях её разлива; на мелководье,
где нефтемусоросборщики или другие нефтесборные устройства (скиммеры)
не могут быть использованы; вокруг отдельных нефтяных пятен, как на воде
так и на суше.
Введение в состав загрузки биосорбирующих бонов непатогенных
селекционированных
промышленных
штаммов
нефтеокисляющих
микроорганизмов и питательных веществ обеспечивает: стимуляцию
природных самоочищающих процессов; практическое отсутствие явления
десорбции нефтепродуктов; возможность повторного (многократного)
использования бона «Эконад»
при ликвидации загрязнения легкими
нефтепродуктами (газовым конденсатом, бензином, керосином, дизельным
топливом); возможность утилизации наполнителя отработанных бон путем
запахивания на неудобьях, вывоза на свалку, сжигания при ликвидации
загрязнений тяжелыми нефтепродуктами - мазутом и нефтью.
Более того, даже при использовании синтетических сорбирующих бонов
без микробной составляющей при ликвидации аварийного разлива на водной
поверхности, уже одного присутствия в локализованном бонами
пространстве водоема препарата «Эконадин» достаточно для того, чтобы они
были
колонизированы
как
привнесенными
нефтеокисляющими
микроорганизмами, так и аборигенными. На рисунке показан такой участок
через 2 года после крупного разлива нефти.