Сорбенты и биопрепараты для ликвидации нефтяного загрязнения моря

Нефтяные загрязнения относятся к числу наиболее массовых и опасных по своим последствиям проявлений антропогенного воздействия на природные экосистемы. В воды рек, озер и Мирового океана ежегодно по разным причинам поступает от 2 до 10 млн. тонн нефти. Космической съемкой зафиксировано, что уже почти 30% поверхности океана покрыто нефтяной пленкой [1].
В значительной степени нефтяному загрязнению подвержена и украинская часть шельфа Черного моря и, в первую очередь, его северо-западный район, находящийся под сильным влиянием стоков Дуная, Днестра, Днепра и Южного Буга [2, 3]. Существенными источниками загрязнения нефтепродуктами морской среды являются также крупные порты и перевалочные комплексы, а также недостаточно очищенные производственные, хозяйственно-бытовые и ливневые воды приморских городов [4].
Разноплановое и крупномасштабное антропогенное воздействие на экосистемы северо-западной части Черного моря (интенсивное судоходство, урбанизация и индустриализация прибрежных территорий, создание новых крупных перевалочных комплексов, освоение запасов нефти и газа на шельфе, рефулирование песка и т.д.), на фоне эвтрофирования и периодической гипоксии, привели к снижению самоочищающей способности морских экосистем и их трансформации в нежелательном направлении [5]. Дальнейшая интенсификация антропогенных нагрузок на экосистемы северо-западной части Черного моря, в том числе связанных с загрязнением нефтью и нефтепродуктами (строительство нефтяного терминала в Южном, добыча нефти на шельфе, увеличение интенсивности судоходства), без совершенствования комплекса природоохранных мер приведут к дальнейшей деградации морских биоценозов и снижению рекреационного потенциала Черноморского бассейна.
Для ликвидации нефтяного загрязнения воды наибольшее распространение получили механические методы. Произошедшие разливы нефтепродуктов немедленно локализуются бонами. Для сбора основной массы разлитых нефтепродуктов используют нефтемусоросборщики (НМС). В результате их применения достигается сбор 80-90% разлитых нефтепродуктов. Однако эти суда не могут работать на глубинах менее 2 м. Для сбора нефти на мелководье используются малогабаритные переносные нефтесборные устройства (скиммеры), в тоже время до сих пор украинские порты не имеют такого оборудования. Кроме того, следует отметить, что если механические методы частично решают проблему сбора основного количества нефти при масштабных авариях для ее повторного использования, то в природоохранном аспекте их роль не столь значительна. Они малоэффективны в ликвидации нефти, растекшейся тонкой (радужной) пленкой по водной поверхности или перешедшей в эмульгированное состояние [6].
Для ликвидации тонких радужных пленок и скопления нефти в недоступных для НМС или скиммеров местах, используются методы «второго эшелона» – физико-химические и биологические. В основу этих методов положены процессы разрушения пленок нефти с помощью СПАВ (диспергирования), сорбции пленочной и эмульгированной нефти природными и синтетическими сорбентами, разрушения углеводородов нефти нефтеокисляющими микроорганизмами.
Однако каждый из перечисленных методов имеет ряд недостатков. Большинство диспергентов обладают токсическими свойствами и их применение имеет ряд ограничений или вообще запрещено в ряде стран [7]. В портах Украины диспергенты не применяются.
Правилами ведения работ по очистке загрязненных акваторий портов предусматривается применение сорбентов, нормативный запас которых должен быть во всех портах [8]. В числе сорбентов, рекомендуемых правилами, перечислены отходы деревообрабатывающей промышленности и сельского хозяйства — вылущенные початки кукурузы, солома, опилки, а также измельченный торф. Использование этих сорбентов в портах не нашло широкого применения из-за низкой нефтеемкости (в связи с этим возникает необходимость применения больших объемов), отсутствия у них гидрофобности, сложности в создании и хранении необходимых запасов, отсутствия механизмов для их нанесения.
Из промышленно выпускаемых сорбентов, которые обладают высокой нефтеемкостью и гидрофобностью, наиболее эффективными являются сорбенты из полимеров — от мелкодисперсных порошков, гранул, до матов, тканей и сорбирующих бон. К недостаткам этих препаратов следует отнести плохую поглощаемость тонких нефтяных пленок, канцерогенность мелкодисперстных порошков (по мнению специалистов фирмы «Маннесман-Италия), сложности в утилизации путем сжигания [1]. Сведения о применении таких препаратов в портах Украины отсутствуют.
С точки зрения дешевизны сырья и экологической чистоты наиболее привлекательны сорбенты на базе органических природных веществ-торфа, опилок, сельскохозяйственных отходов, (отрубей, соломы, рисовой шелухи и т.п.). Наибольшее количество сорбентов этой категории производится на основе торфа: «Пит-сорб» (Канада), «Фин-сорб» (Великобритания), «Элькосорб» (Финляндия), «Мукат-4», «Лесорб» (Белоруссия), «Сорбойл» (Россия). Из разрабатываемых на Украине сорбентов нефти в промышленных объемах выпускается только «Жемчуг» — вспученный перлит.
Все эти сорбенты обладают высокой нефтеемкостью (от 4 до 10 г/г) и гидрофобностью. Применение их для очистки морской поверхности обеспечивает получение первичного экологического эффекта — разрыв сплошного пленочного загрязнения, сорбцию эмульгированных нефтей. Применение зарубежных препаратов этой группы в портах Украины сдерживается, по нашему мнению, их дороговизной для украинского потребителя (8-12 долларов США за 1 кг).
Общим недостатком вышеназванных сорбентов является необходимость их сбора, который весьма трудоемок, требует специальных средств и практически неосуществим при значительном волнении. Практика ликвидаторов нефтяных разливов, использующих сорбенты, показывает, что в большинстве случаев не удается собрать больше 25% нанесенного на водную поверхность сорбента. К моментам, осложняющим применение сорбентов, относится отсутствие технологии и оборудования для их утилизации путем сжигания.
В последние годы за рубежом были предприняты попытки создания сорбентов нового поколения, которые стимулируют природные самоочищающие процессы биодеградации сорбированных нефтепродуктов. Примером таких препаратов может служить сорбент, созданный на основе слоистого алюмосиликата, с добавкой калийных, азотных и фосфорных солей – «С-верад».
В природных водоемах микроорганизмы — это иммунная система природных биоценозов, обеспечивающая резистентность к антропогенному загрязнению. В аспекте изложенного, разработка эффективных микробиологических технологий стимуляции природных самоочищающих процессов, методов глубокой очистки и детоксикации нефтесодержащих сточных вод, препаратов для деструкции углеводородов нефти, загрязняющих природные водоемы, относится к приоритетным направлениям.
Микробное разрушение нефтяных загрязнений — один из важнейших процессов, способствующих их элиминации из водных экосистем. Особая биохимическая организация микробной клетки снабдила ее полифункциональной энзиматической активностью. Благодаря ей микроорганизмы способны использовать углеводороды нефти в процессе энергетического и конструктивного метаболизма и разрушать их. Изучение этих процессов и целенаправленная работа по селекции штаммов микроорганизмов-деструкторов углеводородов нефти позволила разработать ряд препаратов на их основе. Только за последние 10 лет в странах СНГ создано более двух десятков биопрепаратов на основе нефтеокисляющих микроорганизмов, в то время как предлагаемые методы стимуляции природных самоочищающих процессов не вышли за рамки опытных обработок.
В Украине наиболее известными являются препараты: «Десна» — (разработка Украинского исследовательского центра экологии нефти и газа, г. Киев), Консорциум микроорганизмов — (Институт высоких технологий, г. Киев), «Деворойл», который производится по российской лицензии ОАО «Фермент», (г. Ладыжин) и недавно рекомендованный Минэкологией «Simbinal» (разработка Института ботаники НАН Украины). В России широко применяются «Путидойл», «Олеоворин», «Деворойл», «Валентис», «Нафтокс», «Микромицет», в Беларуси — «Родобел», «Родобел-Т». Эти препараты представляют собой лиофилизированные культуры или пасту, на основе которых приготавливаются рабочие растворы для обработки нефтяного загрязнения. Однако применение таких препаратов не рационально в условиях акваторий портов и открытого моря в связи с невозможностью создания необходимых эффективных концентраций бактерий-деструкторов углеводородов нефти из-за больших объемов воды, смыва культуры с нефтяного загрязнения при волнении и атмосферных осадках. Кроме того, указанные выше бактериальные препараты не могут быть применены для ликвидации аварийных разливов нефти в режиме немедленного реагирования, так как для их приготовления требуется не менее 2-3 суток. Применение большинства из вышеперечисленных бактериальных препаратов на море (водоеме второй категории водопользования в соответствии с СанПиН 4630-88. 1.01.89 г.) сомнительно по соображениям медико-санитарного характера [9].
Оптимальным вариантом решения проблемы очистки морских вод является разработка препаратов, обладающих свойствами сорбентов и препаратов на основе микробов-деструкторов углеводородов нефти.
К таким препаратам относится первый отечественный биопрепарат нового поколения «Эконадин», являющийся бактериальным препаратом с высокой сорбционной и деструктивной активностью в отношении широкого спектра углеводородов нефти.
«Эконадин» (ТУ У 30171732-001-2000 Препарат бактериальный «Эконадин», регистрация в Госстандарте 11.09.2000, № 095/004466) представляет собой порошок коричневого цвета, дисперсный, либо с волокнистыми включениями, плавучий, гидрофобный. В основе препарата – бактерии супердеструкторы углеводородов нефти, иммобилизованные по специальной технологии на органическом субстрате – торфе. Экологически чистый, не токсичный, без запаха. Сорбционная емкость от 1:5 до 1:10 в зависимости от вида нефтепродукта и модификации препарата. Явление десорбции нефтепродуктов, в отличие от других сорбентов, практически отсутствует.
Препарат «Эконадин» защищен патентами [10-12], разрешен Минздравом Украины, рекомендован Министерством Украины по чрезвычайным ситуациям и защите населения от последствий Чернобыльской катастрофы, Министерством экологии и природных ресурсов Украины.
Первичная сорбция углеводородов нефти препаратом сопровождается биокаталитической трансформацией с последующей деструкцией нефтя-ного загрязнения в природных естественных условиях. Естественная нефтеокисляющая микрофлора природной среды не подавляется, а активизируется, кроме того, улучшаются санитарно-гигиенические показатели воды, за счет проявления антагонистического действия на патогенные микроорганизмы.
Биотехнологический метод с использованием препарата «Эконадин» применяется в едином комплексном решении ликвидации нефтяного разлива после сбора основного загрязнения механическими средствами. Использование биотехнологии с применением препарата «Эконадин» в арсенале средств для быстрого реагирования при ликвидации нефтяного загрязнения воды и береговой зоны позволяет:
— блокировать загрязнение в кратчайшие сроки и предупредить его распространение;
— ликвидировать загрязнение с минимальным экологическим ущербом;
— обеспечить дальнейшее пролонгированное действие по восстановлению природных биоценозов с привлечением и стимуляцией самоочищающих механизмов.
Препарат предназначен:
для быстрой ликвидации разливов нефти, нефтепродуктов, газового конденсата на поверхности воды (в акваториях портов и судоремонтных заводов, открытом море, лиманах, особенно при ликвидации загрязнения в местах, недоступных механическим средствам сбора нефтепродуктов — в глухих карманах причалов и подпричальных просветах, на плавневых участках, болотах и др.);
для очистки береговой полосы, загрязненной нефтепродуктами в результате аварийных разливов на воде, в том числе в рекреационных зонах (на пляжах);
для глубокой очистки нефтесодержащих сточных вод нефтеперевалочных комплексов, балластных и льяльных судовых вод.
В настоящее время во всех крупных портах Украины создан неснижаемый запас препарата «Эконадин», который применяется не только для очистки акваторий от нефтяного загрязнения, но и на береговых объектах (причалах, АЗС, котельных, гаражах и т.д.) [13, 14].