Sorbenti un biopreparāti jūras naftas piesārņojuma likvidēšanai

Naftas piesārņojums ir viena no visizplatītākajām un pēc sekām bīstamākajām antropogēnās ietekmes izpausmēm uz dabas ekosistēmām. Upju, ezeru un Pasaules okeāna ūdeņos dažādu iemeslu dēļ ik gadu nonāk no 2 līdz 10 miljoniem tonnu naftas. Kosmosa attēlos fiksēts, ka gandrīz 30 % okeāna virsmas klāj naftas plēve [1].
1] Arī Ukrainas Melnās jūras šelfa daļa un, pirmkārt, tās ziemeļrietumu reģions, kas atrodas spēcīgā Donavas, Dņepras, Dņepras un Dienvidbugas sateces ūdeņu ietekmē, ir lielā mērā pakļauta naftas piesārņojumam. Lielas ostas un pārkraušanas kompleksi, kā arī nepietiekami attīrīti piekrastes pilsētu rūpnieciskie, sadzīves un lietus ūdeņi arī ir nozīmīgi jūras vides piesārņojuma ar naftu avoti [4].
Daudzveidīgā un plaša mēroga antropogēnā ietekme uz Melnās jūras ziemeļrietumu daļas ekosistēmām (intensīva kuģošana, piekrastes teritoriju urbanizācija un industrializācija, jaunu lielu pārkraušanas kompleksu izveide, naftas un gāzes krājumu izstrāde jūrā, smilšu uzbēršana u. c.) uz eitrofikācijas un periodiskas hipoksijas fona ir izraisījusi jūras ekosistēmu pašattīrīšanās spēju samazināšanos un to pārveidi nevēlamā virzienā [5]. Turpmāka antropogēnās slodzes pastiprināšanās uz Melnās jūras ziemeļrietumu daļas ekosistēmām, tostarp ar naftas un naftas produktu piesārņojumu (naftas termināļa būvniecība Južnijā, naftas ieguve jūrā, intensīvāka kuģošana), ja netiks uzlabots vides aizsardzības pasākumu komplekss, izraisīs turpmāku jūras biocenozes degradāciju un Melnās jūras baseina rekreācijas potenciāla samazināšanos.
Visizplatītākās ir mehāniskās metodes ūdens piesārņojuma ar naftu likvidēšanai. Naftas produktu noplūdes nekavējoties lokalizē ar bonas palīdzību. Lai savāktu lielāko daļu izlijušo naftas produktu, izmanto naftas atkritumu savācējus (OWC). To izmantošanas rezultātā tiek savākti 80-90 % no izlijušajiem naftas produktiem. Tomēr šie kuģi nevar darboties ūdens dziļumā, kas mazāks par 2 metriem. Neliela izmēra pārvietojamos naftas skimmerus izmanto, lai savāktu naftu seklos ūdeņos, taču Ukrainas ostās joprojām nav šāda aprīkojuma. Turklāt jāatzīmē, ka, ja mehāniskās metodes daļēji atrisina problēmu, kas saistīta ar naftas masas savākšanu liela mēroga avārijās, lai to izmantotu atkārtoti, tad to loma vides aspektā nav tik nozīmīga. Tās ir neefektīvas naftas likvidēšanā, uz ūdens virsmas izkliedējot plānu (varavīksnes) plēvīti vai pārvēršoties emulģētā stāvoklī [6].
Plānu varavīksnes plēvju likvidēšanai un naftas uzkrāšanās NMS vai skimmeriem nepieejamās vietās tiek izmantotas “otrā ešelona” metodes – fizikāli ķīmiskās un bioloģiskās metodes. Šo metožu pamatā ir naftas plēves iznīcināšanas procesi ar SPAW (dispersijas) palīdzību, plēves un emulģētās naftas sorbcija ar dabīgiem un sintētiskiem sorbentiem, naftas ogļūdeņražu iznīcināšana ar naftas oksidējošiem mikroorganismiem.
Tomēr katrai no iepriekš minētajām metodēm ir vairāki trūkumi. Lielākajai daļai dispersantu piemīt toksiskas īpašības, un to izmantošanai ir vairāki ierobežojumi vai dažās valstīs to lietošana ir aizliegta [7]. Ukrainas ostās dispersantus neizmanto.
Piesārņoto ostu akvatoriju attīrīšanas noteikumi paredz sorbentu izmantošanu, kuru normatīvajam krājumam jābūt pieejamam visās ostās [8]. Starp noteikumos ieteiktajiem sorbentiem ir uzskaitīti kokapstrādes rūpniecības un lauksaimniecības atkritumi – lobītas kukurūzas vārpas, salmi, zāģu skaidas, kā arī sasmalcināta kūdra. Šo sorbentu izmantošana ostās nav plaši izplatīta, jo tiem ir maza eļļas ietilpība (kas rada nepieciešamību izmantot lielus apjomus), tiem trūkst hidrofobitātes, ir grūti izveidot un uzglabāt nepieciešamos krājumus, kā arī trūkst mehānismu to izmantošanai.
No rūpnieciski ražotajiem sorbentiem, kuriem ir augsta eļļas ietilpība un hidrofobitāte, visefektīvākie ir polimēru sorbenti – no smalkiem pulveriem, granulām līdz paklājiem, audumiem un sorbējošiem boniem. Šo preparātu trūkumi ir slikta plānas eļļas plēves uzsūktspēja, smalko pulveru kancerogenitāte (saskaņā ar uzņēmuma “Mannesman-Italy” speciālistu sniegto informāciju), grūtības likvidēt, sadedzinot [1]. Nav informācijas par šādu preparātu izmantošanu Ukrainas ostās.
No izejvielu lētuma un ekoloģiskās tīrības viedokļa vispievilcīgākie ir sorbenti, kuru pamatā ir organiskas dabas vielas – kūdra, zāģu skaidas, lauksaimniecības atkritumi (klijas, salmi, rīsu sēnalas utt.). Visvairāk šīs kategorijas sorbentu ražo uz kūdras bāzes: “Pit-sorb” (Kanāda), “Fin-sorb” (Apvienotā Karaliste), “Elkosorb” (Somija), “Mukat-4”, “Lesorb” (Baltkrievija), “Sorboyl” (Krievija). No Ukrainā izstrādātajiem naftas sorbentiem komerciālos apjomos ražo tikai “Zhemchug” – keramzītu perlītu.
Visiem šiem sorbentiem ir augsta eļļas ietilpība (no 4 līdz 10 g/g) un hidrofobitāte. To izmantošana jūras virsmas attīrīšanai nodrošina primārā ekoloģiskā efekta iegūšanu – nepārtrauktas plēves piesārņojuma izjaukšanu, emulģēto eļļu sorbciju. Šīs grupas ārvalstu preparātu izmantošanu Ukrainas ostās, mūsuprāt, ierobežo to augstā cena Ukrainas patērētājiem (8-12 ASV dolāru par 1 kg).
Iepriekš minēto sorbentu kopējais trūkums ir to savākšanas nepieciešamība, kas ir ļoti darbietilpīga, prasa speciālus līdzekļus un ir praktiski neiespējama ievērojamu viļņu gadījumā. Naftas noplūdes seku likvidētāju prakse, izmantojot sorbentus, liecina, ka vairumā gadījumu nav iespējams savākt vairāk par 25 % sorbenta, kas uzklāts uz ūdens virsmas. Viena no problēmām, kas apgrūtina sorbentu izmantošanu, ir tehnoloģiju un iekārtu trūkums to utilizācijai sadedzināšanas procesā.
Pēdējos gados ārvalstīs ir veikti mēģinājumi radīt jaunas paaudzes sorbentus, kas stimulē sorbēto naftas produktu dabiskos pašattīrīšanās procesus biodegradācijas procesā. Šādu preparātu piemērs ir sorbents, kas izveidots uz slāņaina aluminosilikāta bāzes ar kālija, slāpekļa un fosfora sāļu piedevu – “C-verad”.
Dabiskajās ūdenstilpēs mikroorganismi ir dabisko biocenozes imūnsistēma, kas nodrošina noturību pret antropogēno piesārņojumu. Minētajā aspektā prioritāte ir efektīvu mikrobioloģisko tehnoloģiju izstrāde dabisko pašattīrīšanās procesu stimulēšanai, naftas notekūdeņu dziļas attīrīšanas un detoksikācijas metožu, preparātu izstrādāšana dabiskos ūdensobjektus piesārņojošo naftas ogļūdeņražu iznīcināšanai.
Naftas piesārņotāju mikrobioloģiskā destrukcija ir viens no svarīgākajiem procesiem, kas veicina to izvadīšanu no ūdens ekosistēmām. Mikrobu šūnas īpašā bioķīmiskā organizācija ir nodrošinājusi tai polifunkcionālu fermentatīvo aktivitāti. Pateicoties tai, mikroorganismi spēj izmantot naftas ogļūdeņražus enerģētiskā un konstruktīvā metabolisma procesā un tos iznīcināt. Šo procesu izpēte un mērķtiecīgs darbs pie naftas ogļūdeņražu destruktīvo mikroorganismu celmu atlases ļāva uz to bāzes izstrādāt vairākus preparātus. Tikai pēdējo 10 gadu laikā NVS valstīs ir radīti vairāk nekā divi desmiti biopreparātu uz naftas oksidējošo mikroorganismu bāzes, bet piedāvātās dabisko pašattīrīšanās procesu stimulēšanas metodes nav izgājušas ārpus eksperimentālās apstrādes.
Ukrainā pazīstamākie preparāti ir: “Desna” (izstrādājis Ukrainas Naftas un gāzes ekoloģijas pētniecības centrs, Kijeva), Mikroorganismu konsorcijs (Augsto tehnoloģiju institūts, Kijeva), “Devoroil”, ko ar Krievijas licenci ražo AS “Ferment” (Ladyžina) un nesen ieteica Ekoloģijas ministrija “Simbinal”. (izstrādājis Ukrainas Nacionālās zinātņu akadēmijas Botānikas institūts). Krievijā plaši izmanto Putidoyl, Oleovorin, Devoroyl, Valentis, Naftox un Micromycet, bet Baltkrievijā plaši izmanto Rodobel un Rodobel-T. Šie preparāti ir liofilizētas kultūras vai pastas, uz kuru bāzes tiek gatavoti darba šķīdumi naftas piesārņojuma attīrīšanai. Tomēr šādu preparātu izmantošana nav racionāla ostu un atklātas jūras akvatoriju apstākļos, jo nav iespējams izveidot vajadzīgās efektīvās naftas ogļūdeņražu iznīcinošo baktēriju koncentrācijas, jo ir lieli ūdens apjomi, kultūras izskalošanās no naftas piesārņojuma viļņos un atmosfēras nokrišņu dēļ. Turklāt iepriekšminētos baktēriju preparātus nevar izmantot naftas noplūdes seku likvidēšanai tūlītējas reaģēšanas režīmā, jo to sagatavošanai nepieciešamas vismaz 2-3 dienas. Lielākās daļas iepriekš minēto bakteriālo preparātu izmantošana jūrā (otrās kategorijas ūdenstilpes ūdens izmantošana saskaņā ar SanPiN 4630-88. 1.01.89) ir apšaubāma medicīnisku un sanitāru apsvērumu dēļ [9].
Jūras ūdens attīrīšanas problēmas risināšanas optimālais variants ir tādu preparātu izstrāde, kuriem piemīt sorbentu īpašības, un preparātu, kuru pamatā ir naftas ogļūdeņražu mikrobi-destruktori.
Pie šādiem preparātiem pieder pirmais vietējais jaunās paaudzes biopreparāts “Econadine”, kas ir baktēriju preparāts ar augstu sorbcijas un destruktīvo aktivitāti pret plašu naftas ogļūdeņražu klāstu.
“Econadine” (TU U 30171732-001-2000 Bakteriālais preparāts “Econadine”, reģistrācija Gosstandart 11.09.2000., Nr. 095/004466) ir brūns pulveris, disperss vai ar šķiedrveida ieslēgumiem, peldošs, hidrofobisks. Preparāta pamatā ir naftas ogļūdeņražu superdestruktoru baktērijas, kas ar īpašu tehnoloģiju imobilizētas uz organiskā substrāta – kūdras. Ekoloģiski tīrs, netoksisks, bez smaržas. Sorbcijas spēja no 1:5 līdz 1:10 atkarībā no naftas produkta veida un preparāta modifikācijas. Atšķirībā no citiem sorbentiem naftas produktu desorbcijas parādība praktiski nepastāv.
Preparāts “Econadin” ir aizsargāts ar patentiem [10-12], to ir atļāvusi Ukrainas Veselības ministrija, rekomendējusi Ukrainas Ārkārtas situāciju un iedzīvotāju aizsardzības no Černobiļas katastrofas sekām ministrija, Ukrainas Ekoloģijas un dabas resursu ministrija.
Preparāta primāro naftas ogļūdeņražu sorbciju pavada biokatalītiska transformācija ar sekojošu naftas piesārņojuma iznīcināšanu dabiskos apstākļos. Dabiskās vides dabiskā naftu oksidējošā mikroflora netiek nomākta, bet aktivizēta, turklāt ūdens sanitāri higiēniskie rādītāji uzlabojas, pateicoties antagonistiskai iedarbībai uz patogēnajiem mikroorganismiem.
Biotehnoloģiskā metode, izmantojot preparātu “Econadine”, tiek pielietota vienotā kompleksā naftas noplūdes likvidācijas šķīdumā pēc galvenā piesārņojuma savākšanas ar mehāniskiem līdzekļiem. Biotehnoloģijas izmantošana ar preparātu “Econadine” ātras reaģēšanas līdzekļu arsenālā ūdens un piekrastes zonas naftas piesārņojuma likvidēšanā ļauj:
– bloķēt piesārņojumu pēc iespējas īsākā laikā un novērst tā izplatīšanos;
– likvidēt piesārņojumu ar minimālu kaitējumu videi;
– nodrošināt turpmāku ilgstošu dabisko biocenozes atjaunošanu, piesaistot un stimulējot pašattīrīšanās mehānismus.
Produkts ir izstrādāts:
ātrai naftas, naftas produktu, gāzes kondensāta noplūdes likvidēšanai uz ūdens virsmas (ostu un kuģu būvētavu akvatorijās, atklātā jūrā, grīvās, īpaši likvidējot piesārņojumu vietās, kas nav pieejamas mehāniskiem naftas produktu savākšanas līdzekļiem – piestātņu aklajās kabatās un zem piestātņu atverēm, peldvietās, purvos u.c.);
ar naftas produktiem piesārņotās piekrastes joslas attīrīšanai, kas radusies nejaušas noplūdes rezultātā uz ūdens, tostarp atpūtas zonās (pludmalēs);
naftas pārkraušanas kompleksu, kuģu balasta un tilpnes ūdeņu dziļai attīrīšanai.
Pašlaik visās lielākajās Ukrainas ostās ir izveidots pastāvīgs preparāta “Econadine” krājums, ko izmanto ne tikai akvatoriju attīrīšanai no naftas piesārņojuma, bet arī krasta objektos (piestātnēs, degvielas uzpildes stacijās, katlu mājās, garāžās u. c.) [13, 14].