Aktualne trendy w rozwoju biotechnologii w celu ochrony środowiska przed zanieczyszczeniem ropą naftową i ich wdrażanie na Ukrainie

Zanieczyszczenie środowiska nabrało charakteru globalnego i wymaga podjęcia adekwatnych do skali działań zapobiegających temu procesowi oraz eliminujących już istniejące źródła zanieczyszczeń. W związku z tym rozwój i zastosowanie zasadniczo nowych biotechnologii, opartych przede wszystkim na wykorzystaniu metod mikrobiologicznych, ma szczególne znaczenie dla zapewnienia bezpieczeństwa środowiskowego przedsiębiorstw kompleksów morskich i naftowo-gazowych Ukrainy.
Najbardziej obiecującym kierunkiem eliminacji zanieczyszczeń ropopochodnych jest metoda bioremediacji, dla której nie ma alternatywy w przypadku zanieczyszczenia dużych obszarów. Bioremediacja, jako metoda rekultywacji gleb i ekosystemów wodnych zanieczyszczonych olejami, opiera się przede wszystkim na wykorzystaniu potencjału biochemicznego rozkładających się mikroorganizmów.
W ostatniej dekadzie zaproponowano do tych celów kilkadziesiąt leków. Najbardziej znane z nich to leki „Putidoil”, „Oleovorin”, „Naftoks”, „Uni-rem”, „Roder”, „Centrin”, „Pseudomin”, „Destroyle”, „Micromycete”, „Leader”, „Valentis ”, „Devoroil” (Rosja), „Rodobel”, „Rodobel-T” (Białoruś), „Desna”, „Konsorcjum mikroorganizmów”, „Simbinal”, „Rodex” (Ukraina). Skład tych preparatów obejmuje monokultury lub asocjacje ponad 20 rodzajów różnych mikroorganizmów utleniających olej: bakterii, grzybów, drożdży. Występują w postaci skoncentrowanych zawiesin, past, proszków (liofilizowane kultury bakteryjne). Wadą ich zastosowania do likwidacji zanieczyszczeń olejowych zbiorników wodnych, zwłaszcza na otwartym morzu, jest trudność w wytworzeniu i utrzymaniu wymaganego stężenia mikroorganizmów degradujących, ze względu na jego szybki spadek w wyniku wymiany wody.
W warunkach naturalnych mikroorganizmy znajdują się w stanie unieruchomionym i przyczepiają się do cząstek stałych. Utrwalenie mikroorganizmów na mikro- i makroagregatach jest ważne przede wszystkim dla manifestacji ich aktywności metabolicznej. Działając na zasadzie biokatalizatorów, unieruchomione komórki wykazują wysoką aktywność metaboliczną bez znacznego wzrostu biomasy wolnych komórek. Dlatego we współczesnych biotechnologiach środowiskowych szeroko stosowane są immobilizowane bakterie rozkładające węglowodory ropopochodne o znanej zwiększonej zdolności przyczepiania się do powierzchni stałej i szybszej kolonizacji substratów w porównaniu z wolnymi komórkami bakteryjnymi. Te właściwości immobilizowanych bakterii zapewniają ich szybkie wprowadzenie do naturalnych ekosystemów i wysoką aktywność destrukcyjną.
Obecnie immobilizowane komórki mikroorganizmów są skutecznie wykorzystywane w biotechnologii przemysłowej jako potencjalnie wysoce aktywne biokatalizatory zdolne do przeprowadzania procesów polienzymatycznych. Produktem tej technologii jest opracowany przez NPP Econad biopreparat Econadin, pierwszy w WNP — sorbent i węglowodorowy olej destruktorowy, oparty na wykorzystaniu immobilizowanych komórek bakteryjnych. Technologia wytwarzania tego leku, oparta na wykorzystaniu naturalnych składników jako odczynników, zapewnia wytwarzanie unieruchomionych komórek bakteryjnych w postaci biofloków – jednego z rodzajów agregacji komórek, które z kolei można trwale utrwalić bez uszkadzania komórek na nośnikach – czyli na dowolnych podłożach (gleba, piasek, pozostałości roślinne, minerały itp.), niezależnie od ich porowatości. Econadin to bioflok bakterii Pseudomonas fluorescens (połączenie dwóch szczepów) utrwalony na podłożu organicznym – torfie. Biofloc zawiera pewien zapas składników odżywczych – mineralnych i organicznych, co przyczynia się do długotrwałego utrzymania żywotności bakterii, ich aktywności fizjologicznej i destrukcyjnej (funkcjonalnej) oraz aktywnej syntezy przez pseudomonady emulgatora produktów olejowych o charakterze egzopolisacharydowym . Dzięki temu zemulgowane produkty ropopochodne łatwiej ulegają rozkładowi w środowisku wodnym. Biofloki wykazują podwyższoną odporność na zanieczyszczenia i powodują aktywne wprowadzanie bakterii degradujących do ekosystemów glebowych i wodnych. Jednocześnie biofloki zapewniają buforowanie pożywki przy pH 7, co przyczynia się do głębokiego rozkładu węglowodorów ropopochodnych i innych związków organicznych.
Zdolność sorpcyjna leku „Econadin” w stosunku do węglowodorów olejowych przewyższa znane sorbenty organiczne. Adsorpcji oleju na preparacie towarzyszy jego przemiana biokatalityczna, podczas gdy desorpcja praktycznie nie występuje. W przeciwieństwie do preparatów bakteryjnych otrzymywanych poprzez utrwalanie mikroorganizmów na neutralnych sorbentach pochodzenia syntetycznego lub mineralnego, Econadin jest w pełni wykorzystywany w środowisku naturalnym dzięki naturalnemu nośnikowi organicznemu.
Ponad dwudziestoletnie doświadczenie w stosowaniu szczepów mikroorganizmów niszczących bakterie, wchodzących w skład „Econadin”, wykazało ich skuteczność w oczyszczaniu przemysłowych wód burzowych z trwałych organicznych barwników azowych, pestycydów, surfaktantów, fenoli, wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych , formaldehyd itp.
Obecnie Przedsiębiorstwo Badawczo-Produkcyjne Econad kontynuuje prace nad nowymi rodzajami sorbentów – destruktorów węglowodorów ropopochodnych. Tak więc, na bazie domowego sorbentu – ekspandowanego hydrofobizowanego perlitu „Zhemchug”, powstał zasadniczo nowy sorbent, który ma również wyraźną aktywność niszczącą. Ten sorbent-destruktor to granulki glinokrzemianowe o porowatej powierzchni, potraktowane środkiem hydrofobowym, a jako destrukcyjny początek zawiera biokłaczki bakterii z rodzaju Pseudomonas.
Do obiecujących osiągnięć w nowym kierunku biotechnologii środowiskowych „ekonadyny” należy sposób otrzymywania bioemulgatora wytwarzanego przez bakterie destrukcyjne. Emulgator jest nietoksyczny, nie zawiera syntetycznych środków powierzchniowo czynnych i przyspiesza procesy niszczenia produktów ropopochodnych w ekosystemach wodnych nie tylko przez wprowadzone do zbiornika wyspecjalizowane kultury bakterii degradujących, ale także przez przedstawicieli rodzimej mikroflory.
Ponadto Przedsiębiorstwo Badawczo-Produkcyjne Econad stworzyło specjalne wysięgniki biosorpcyjne, które dzięki zastosowaniu Econadin jako wypełniacza wykazują zarówno działanie sorpcyjne, jak i destrukcyjne w stosunku do szerokiej gamy produktów ropopochodnych. Jednocześnie produkowana jest ich uproszczona wersja – bomsy sorpcyjne z syntetycznym wypełniaczem, który pozwala obniżyć ich koszt. Bomy przeznaczone są do utrzymania czystości środowiska wodnego w miejscach, w których może pojawić się film olejowy (prewencyjnie w rejonach pól naftowych, terminali naftowych, nabrzeży portowych, stoczniowych itp.); do lokalizacji i zbierania oleju w przypadku niewielkich (ogniskowych) wycieków; do lokalizacji i zbierania ropy naftowej w płytkich wodach, do ochrony linii brzegowej przed zanieczyszczeniem olejami, do likwidacji zanieczyszczeń olejami obszarów morskich i wód śródlądowych. Na lądzie służą do zatrzymywania wycieków i zapobiegania rozprzestrzenianiu się zanieczyszczeń.
Wypadki na rurociągach naftowych pozostają poważnym problemem środowiskowym w przedsiębiorstwach kompleksu paliwowo-energetycznego, ze względu na ich zużycie, starzenie się, a także podczas transportu ropy i produktów naftowych różnymi środkami transportu. Uszkodzenia rurociągów związane z nieautoryzowanymi połączeniami powodują również znaczne szkody w środowisku. Działania zmierzające do likwidacji takich sytuacji powinny być przede wszystkim ukierunkowane na lokalizowanie zanieczyszczeń olejowych, zapobieganie ich przedostawaniu się do wód podziemnych i zbiorników. Opracowany przez NPP Econad zestaw działań na rzecz rekultywacji zanieczyszczonej pokrywy glebowej i gruntów rolnych obejmuje: lokalizację zanieczyszczenia olejami, odbiór handlowych produktów ropopochodnych, a także zanieczyszczonych resztek roślinnych do przetworzenia lub unieszkodliwienia; rekultywacja chemiczna (wykorzystanie minerałów – glin bentonitowych, krzemianów szkieletowych, mułu czerwonego, rud boksytów) oraz bioremediacja. Stosowana technologia opiera się na zastosowaniu kompleksu zabiegów agrotechnicznych (orka, stosowanie nawozów mineralnych, nawadnianie) oraz specjalnych zabiegów biotechnologicznych z wykorzystaniem preparatu Econadin oraz płynnej kultury bakterii-niszczycieli produktów naftowych. Dla gruntów rolnych dodatkowo prowadzona jest rekultywacja biologiczna (fitomelioracja).
Tworzenie lokalnych oczyszczalni ścieków i zamkniętych systemów wodociągowych opartych na mikrobiologicznych metodach oczyszczania, w tym z wykorzystaniem technologii econadin, ma ogromne znaczenie w zmniejszaniu poziomu zanieczyszczenia środowiska produktami ropopochodnymi i innymi zanieczyszczeniami bioodpornymi. Są to filtry Econad, bioplato, zastosowanie belek biosorbentowych w systemach kaskad osadników. Ich zastosowanie w zakładach leczniczych przedsiębiorstw Karpatnaftohim (Kałusz), AK Cargill (Donieck), stacji paliw VOLVO, parku Pobedy, zajezdni tramwajowej i trolejbusowej (Kijów), w 5 ośrodkach wypoczynkowych kurortu Zatoka i innych wykazało wysoką skuteczność takie rozwiązania.
Technologie ekodynamiczne są szeroko stosowane do oczyszczania wód portów Odessa, Izmail, Kercz, Reni. Bogate doświadczenie zgromadzili ekolodzy z komercyjnego portu morskiego Jużny, którzy wielokrotnie iz powodzeniem stosowali lek nawet na pełnym morzu.
Z równym powodzeniem nasze technologie wykorzystywane są również do usuwania skutków awarii i rekultywacji zanieczyszczonych ropą gruntów i wód śródlądowych przez firmy Ukrnafta, Uktransnafta, Ukrgasdobycha itp. Ale ich zakres nie ogranicza się do tego. Tak więc ukraińsko-amerykańskie przedsiębiorstwo Raytheon Technical Services, które przeprowadzało demontaż bombowców strategicznych i innego sprzętu wojskowego w ramach programu Joint Threat Reduction, zgromadziło pozytywne doświadczenia w stosowaniu leku Econadin w celu wyeliminowania techno-mobilnego apteczek, które są nieuniknione podczas takich działań, Przedsiębiorstwo Badawczo-Produkcyjne Econad opracowało i wyprodukowało ekologiczną pierwszą pomoc Econad zestawy rozpoczęło się. Te mobilne apteczki wyposażone są w zestaw narzędzi do szybkiego zbierania rozlanych produktów ropopochodnych z powierzchni gruntu, nawierzchni asfaltowych i betonowych oraz zapobiegania ich przedostawaniu się do kanalizacji burzowej.
Mimo oczywistych zalet i wielu lat pozytywnych doświadczeń w stosowaniu biotechnologii w przedsiębiorstwach przemysłu naftowego i gazowniczego oraz morskiego, skala ich przemysłowego wdrożenia jest dziś wyraźnie niewystarczająca. Wynika to przede wszystkim z braku krajowych dokumentów regulacyjnych dotyczących stosowania biotechnologii, niewystarczającego poziomu wyszkolenia specjalistów ds. Edukacji Ukrainy i Narodowej Akademii Nauk Ukrainy oraz wydziałowe instytucje badawcze.