Современные тенденции в развитии биотехнологий защиты окружающей среды от нефтяного загрязнения и их реализация в Украине

Загрязнение окружающей среды приобрело глобальный характер и требует принятия адекватных по масштабам мер для предотвращения этого процесса и ликвидации уже существующих очагов загрязнения. В этой связи особую актуальность для обеспечения экологической безопасности предприятий морехозяйственного и нефтегазового комплексов Украины приобретает разработка и применение принципиально новых биотехнологий, основанных в первую очередь на использовании микробиологических методов.
Наиболее перспективным направлением в ликвидации нефтяного загрязнения является метод биоремедиации, который не имеет альтернативы при больших площадях загрязнения. Биоремедиация, как метод восстановления загрязненных нефтью почв и водных экосистем, основана в первую очередь на использовании биохимического потенциала микроорганизмов-деструкторов.
В последнее десятилетие для этих целей предложено несколько десятков препаратов. Наиболее известными из них являются препараты «Путидойл», «Олеоворин», «Нафтокс» , «Uni-rem», «Родер», «Центрин», «Псевдомин», «Дестройл», «Микромицет», «Лидер», «Валентис», «Деворойл» (Россия), «Родобел», «Родобел-Т» (Беларусь), «Десна», «Консорциум микроорганизмов», «Simbinal», «Родекс» (Украина). В состав этих препаратов входят монокультуры или ассоциации более 20 видов различных нефтеокисляющих микроорганизмов: бактерий, грибов, дрожжей. Они представлены в виде концентрированных суспензий, паст, порошков (лиофилизированной бактериальной культуры). К недостаткам их использования для ликвидации нефтезагрязнения водоемов, особенно в открытом море, относится проблематичность создания и поддержания необходимой концентрации микроорганизмов-деструкторов, из-за быстрого ее снижения, обусловленного водообменом.
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 бактерии-деструкторы 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 разработанный НПП «Эконад», первый в СНГ биопрепарат «Эконадин» — сорбент и деструктор углеводородов нефти, основанный на использовании иммобилизованных клеток бактерий. Технология изготовления этого препарата, основанная на использовании в качестве реагентов природных компонентов, обеспечивает получение иммобилизованных клеток бактерий в виде биофлоков – одного из видов агрегации клеток, которые в свою очередь, могут прочно фиксироваться без повреждения клеток на носителях – т. е. на любых субстратах (почва, песок, растительные остатки, минералы и др.), независимо от их пористости. Препарат «Эконадин» представляет собой биофлоки бактерий Pseudomonas fluorescens (ассоциация двух штаммов), фиксированные на органическом субстрате – торфе. В биофлоке содержится определенный запас питательных веществ – минеральных и органических, что способствует длительному поддержанию жизнеспособности бактерий, их физиологической и деструктивной (функциональной) активности и активному синтезу псевдомонадами эмульгатора нефтепродуктов экзополисахаридной природы. Вследствии этого, эмульгированные нефтепродукты легче поддаются деструкции в водной среде. Биофлоки проявляют повышенную устойчивость к загрязняющим веществам и обуславливают активную интродукцию бактерий-деструкторов в почвенные и водные экосистемы. При этом биофлоки обеспечивают буферность среды на уровне рН 7, что способствует глубокому распаду углеводородов нефти и других органических соединений.
Сорбционная способность препарата «Эконадин» в отношении углеводородов нефти превосходит известные органические сорбенты. Адсорбция нефти на препарате сопровождается ее биокаталитической трансформацией, при этом десорбция практически отсутствует. В отличие от бактериальных препаратов, полученных посредством закрепления микроорганизмов на нейтральных сорбентах синтетического или минерального происхождения, “Эконадин” полностью утилизируется в природной среде за счёт естественного органического носителя.
Более чем двадцатилетний опыт использования штаммов микроорганизмов бактерий деструкторов, входящих в состав «Эконадина», показал их эффективность при очистке промливневых стоков от стойких органических азокрасителей, пестицидов, СПАВ, фенолов, полициклических ароматических углеводородов, формальдегида и др.
В настоящее время НПП «Эконад» продолжает разработку новых типов сорбентов – деструкторов углеводородов нефти. Так, на основе отечественного сорбента — вспученного гидрофобизированного перлита «Жемчуг» был создан принципиально новый сорбент, обладающий также выраженной деструктивной активностью. Этот сорбент-деструктор представляет собой гранулы алюмосиликатов с пористой поверхностью, обработанные гидрофобизатором, а в качестве деструктивного начала он содержит биофлоки бактерий рода Pseudomonas.
К перспективным разработкам нового направления «эконадиновых» природоохранных биотехнологий относится способ получения биоэмульгатора, продуцируемого бактериями-деструкторами. Эмульгатор нетоксичен, не содержит синтетических поверхностно-активных веществ и ускоряет процессы деструкции нефтепродуктов в водных экосистемах не только специализированными культурами бактерий-деструкторов, интродуцированных в водоем, но и представителями аборигенной микрофлоры.
Помимо этого, НПП «Эконад» созданы специальные биосорбционные боны, обладающие как сорбционной, так и деструктивной активностью в отношении широкого спектра нефтепродуктов, за счет применения в качестве наполнителя препарата «Эконадин». Вместе с тем, производится их упрощенный вариант – сорбирующие боны с синтетическим наполнителем, что позволяет существенно снизить их стоимость. Боны 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.); для локализации и сбора нефти в случаях незначительных (очаговых) разливов; для локализации и сбора нефти на мелководье, для защиты береговой линии от загрязнения нефтью, для ликвидации нефтяного загрязнения морских акваторий и внутренних водоемов. На суше они используются для локализации разливов и предотвращения распространения загрязнения.
Существенной экологической проблемой на предприятиях топливно-энергетического комплекса остаются аварии на нефтепроводах, в связи с их износом, старением, а также при перевозках нефти и нефтепродуктов различными видами транспорта. Значительный экологический ущерб причиняют также повреждения трубопроводов, связанные с несанкционированными врезками. Мероприятия по ликвидации такого рода аварийных ситуаций в первую очередь должны быть направлены на локализацию нефтяного загрязнения, предотвращение его проникновения в подпочвенные воды и водоемы. Разработанный НПП «Эконад» комплекс мероприятий по восстановлению загрязненного почвенного покрова и сельскохозяйственных земель включает: локализацию нефтяного загрязнения, сбор товарных нефтепродуктов, а также загрязненных растительных остатков для переработки или утилизации; химическую мелиорацию (применение минералов – бентонитовых глин, каркасных силикатов, красного шлама, бокситовых руд) и биоремедиацию. Применяемая технология основана на применении комплекса агротехнических мероприятий (вспашка, внесение минеральных удобрений, орошение) и специальных биотехнологических мероприятий с использованием препарата «Эконадин» и жидкой культуры бактерий-деструкторов нефтепродуктов. Для сельскохозяйственных земель дополнительно проводится биологическая рекультивация (фитомелиорация).
Важное значение в снижении уровня загрязнения природной среды нефтепродуктами и другими биорезистентными поллютантами имеет создание локальных очистных сооружений и замкнутых систем водоснабжения, основанных на микробиологических методах очистки, в том числе с использованием эконадиновых технологий. Это фильтры «Эконад», биоплато, применение биосорбирующих бонов в системах каскадов прудов-отстойников. Использование их на очистных сооружениях предприятий «Карпатнафтохим» (г. Калуш), АК «Каргилл» (г. Донецк), СТО «VOLVO», парка «Победы», трамвайно-троллейбусного депо (г. Киев), на 5 базах отдыха курорта Затока и др., показало высокую эффективность таких решений.
Эконадиновые технологии широко используются для очистки акваторий портов Одесса, Измаил, Керчь, Рени. Большой опыт накоплен специалистами-экологами морского торгового порта Южный, неоднократно и с успехом применявшими препарат даже в открытом море.
С равным успехом наши технологии применяются и для ликвидации последствий аварий и восстановления нефтезагрязненных земель и внутренних водоемов компаниями «Укрнафта», «Уктранснафта», «Укргаздобыча» и др. Но и этим сфера их применения не ограничивается. Так, Украинско-Американским предприятием «Рейтеон текникал сервисез» проводившим в рамках программы «Совместное сокращение угрозы» демонтаж стратегических бомбардировщиков и другой военной техники накоплен положительный опыт применения препарата «Эконадин» для устранения неизбежных при таких операциях техномобильные аптечкифтепродукты, НПП «Эконад» разработан и начат выпуск экологических аптечек «Эконад». Эти мобильные аптечки снабжены набором средств для быстрого сбора пролившихся нефтепродуктов с поверхности грунта, асфальта и бетонных поверхностей, а также для предотвращения их попадания в ливневую канализацию.
Несмотря на явные преимущества и многолетний позитивный опыт применения биотехнологий на предприятиях нефтегазового, морехозяйственного комплексов масштабы их промышленного внедрения на сегодняшний день явно недостаточны. В первую очередь это связано с отсутствием отечественных нормативных документов по использованию биотехнологий, недостаточным уровнем подготовки в этом вопросе специалистов-экологов, совершенно мизерным финансированием научно-исследовательских работ по этой проблематике, как научными учреждениями Минобразования Украины и НАН Украины, так и ведомственными научно-исследовательскими учреждениями.