Сорбенти и биопрепарати за елиминиране на замърсяването с нефт в морето

Замърсяването с нефт е една от най-разпространените и опасни по своите последици прояви на антропогенно въздействие върху природните екосистеми. По различни причини във водите на реките, езерата и Световния океан годишно попадат от 2 до 10 милиона тона нефт. Космически снимки са регистрирали, че почти 30% от повърхността на океана е покрита с нефтен филм [1].
Украинската част на черноморския шелф и преди всичко неговият северозападен район, който е под силното влияние на каналите на Дунав, Днестър, Днепър и Южен Буг, също е подложен на значително замърсяване с нефт [2, 3]. Големите пристанища и претоварни комплекси, както и недостатъчно пречистените промишлени, битови и дъждовни води от крайбрежните градове също са значителен източник на нефтено замърсяване на морската среда [4].
Разнообразното и широкомащабно антропогенно въздействие върху екосистемите на северозападната част на Черно море (интензивно корабоплаване, урбанизация и индустриализация на крайбрежните райони, създаване на нови големи претоварни комплекси, разработване на запаси от нефт и газ в шелфа, пясъчни убежища и т.н.), на фона на еутрофикацията и периодичната хипоксия, доведе до намаляване на самопречистващата способност на морските екосистеми и до трансформацията им в нежелана посока [5]. По-нататъшното засилване на антропогенния натиск върху екосистемите в северозападната част на Черно море, включително този, свързан със замърсяването с нефт и нефтопродукти (изграждането на нефтен терминал в Южен, добив на нефт в морето, увеличена интензивност на корабоплаването), без да се подобри комплексът от мерки за опазване на околната среда, ще доведе до по-нататъшна деградация на морските биоценози и намаляване на рекреационния потенциал на Черноморския басейн.
За отстраняване на нефтеното замърсяване на водата най-разпространени са механичните методи. Разливът на нефтопродукти се локализира незабавно с помощта на бонови заграждения. За събиране на по-голямата част от разлетите нефтопродукти се използват колектори за нефтени отпадъци (КНО). В резултат на тяхното използване се събират 80-90 % от разлетите нефтопродукти. Тези съдове обаче не могат да работят на дълбочина по-малка от 2 метра. За събиране на нефт в плитки води се използват преносими нефтосъбирачи с малки размери, но украинските пристанища все още не разполагат с такова оборудване. Освен това трябва да се отбележи, че ако механичните методи частично решават проблема със събирането на по-голямата част от нефта при мащабни аварии с цел повторното му използване, то тяхната роля в екологичен аспект не е толкова значителна. Те са неефективни при елиминирането на нефта, разпространявайки тънък (дъговиден) филм върху водната повърхност или преминавайки в емулгирано състояние [6].
За премахване на тънките иридесцентни слоеве и натрупването на нефт на места, недостъпни за NMS или скимери, се използват методи от „втория ешелон“ – физикохимични и биологични. Тези методи се основават на процесите на разрушаване на нефтения филм с помощта на СПАВ (диспергиране), сорбция на филма и емулгирания нефт от естествени и синтетични сорбенти, разрушаване на нефтените въглеводороди от микроорганизми, окисляващи нефта.
Всеки от горепосочените методи обаче има редица недостатъци. Повечето дисперсанти имат токсични свойства и използването им е свързано с редица ограничения или е забранено в някои страни [7]. В украинските пристанища не се използват дисперсанти.
Правилата за почистване на замърсените пристанищни акватории предвиждат използването на сорбенти, чийто нормативен запас трябва да е наличен във всички пристанища [8]. Сред препоръчаните от Правилата сорбенти са изброени дървесни и селскостопански отпадъци – олющени царевични кочани, слама, дървени стърготини, както и раздробена торф. Използването на тези сорбенти в пристанищата не е широко разпространено поради ниската им маслена вместимост (което налага използването на големи количества), липсата на хидрофобност, трудностите при създаването и съхранението на необходимите запаси и липсата на механизми за прилагането им.
От промишлено произвежданите сорбенти, които имат висока маслена вместимост и хидрофобност, най-ефективни са полимерните сорбенти – от фини прахове, гранули, до рогозки, тъкани и сорбиращи бонове. Недостатъците на тези препарати включват слаба абсорбираща способност на тънки маслени филми, канцерогенност на фино диспергираните прахове (според специалисти на Mannesman-Italy), трудности при обезвреждането чрез изгаряне [1]. Няма информация за използването на такива препарати в украинските пристанища.
От гледна точка на евтиността на суровините и екологичната чистота най-привлекателни са сорбентите на основата на органични природни вещества – торф, дървени стърготини, селскостопански отпадъци (трици, слама, оризови люспи и др.). Най-голям брой сорбенти от тази категория се произвеждат на основата на торф: „Pit-sorb“ (Канада), „Fin-sorb“ (Великобритания), „Elkosorb“ (Финландия), „Mukat-4“, „Lesorb“ (Беларус), „Sorboyl“ (Русия). От разработените в Украйна нефтени сорбенти само „Жемчуг“ – разширен перлит – се произвежда в търговски количества.
Всички тези сорбенти имат висока масленост (от 4 до 10 g/g) и хидрофобност. Прилагането им за почистване на морската повърхност осигурява получаването на първичен екологичен ефект – прекъсване на замърсяването с непрекъснат филм, сорбция на емулгирани масла. Прилагането на чуждестранните препарати от тази група в украинските пристанища според нас се ограничава от високата им цена за украинските потребители (8-12 USD за 1 kg).
Общ недостатък на гореспоменатите сорбенти е необходимостта от събирането им, което е трудоемко, изисква специално оборудване и е практически неосъществимо при значителни вълни. Практиката на ликвидаторите на нефтени разливи, използващи сорбенти, показва, че в повечето случаи не е възможно да се съберат повече от 25 % от нанесения на повърхността на водата сорбент. Използването на сорбенти се усложнява от липсата на технология и оборудване за унищожаването им чрез изгаряне.
През последните години в чужбина се правят опити за създаване на сорбенти от ново поколение, които стимулират естествените самоочистващи се процеси на биоразграждане на сорбираните нефтопродукти. Пример за такива препарати е сорбент, създаден на основата на слоест алумосиликат с добавка на калиеви, азотни и фосфорни соли – „С-верад“.
В естествените водни басейни микроорганизмите са имунната система на природните биоценози, която осигурява устойчивост на антропогенното замърсяване. В контекста на гореизложеното приоритет е разработването на ефективни микробиологични технологии за стимулиране на естествените самопречистващи се процеси, методи за дълбочинно пречистване и детоксикация на нефтени отпадъчни води, препарати за разграждане на нефтени въглеводороди, замърсяващи естествените водни обекти.
Микробното разграждане на нефтените замърсители е един от най-важните процеси, които допринасят за елиминирането им от водните екосистеми. Специалната биохимична организация на микробната клетка ѝ осигурява полифункционална ензимна активност. Благодарение на нея микроорганизмите са в състояние да използват нефтените въглеводороди в процеса на енергиен и конструктивен метаболизъм и да ги унищожават. Проучването на тези процеси и целенасочената работа по подбора на щамове микроорганизми деструктори на нефтени въглеводороди позволиха да се разработят редица препарати на тяхна основа. Само за последните 10 години в страните от ОНД са създадени повече от две дузини биопрепарати на базата на микроорганизми, разрушаващи нефтените въглеводороди, докато предлаганите методи за стимулиране на естествените самоочистващи процеси не са излезли извън рамките на експерименталните обработки.
В Украйна най-известните препарати са: „Десна“ (разработен от Украинския изследователски център за екология на нефта и газа, Киев), Консорциум на микроорганизмите (Институт за високи технологии, Киев), „Деворойл“, който се произвежда по руски лиценз от АО „Фермент“ (Ладижин) и наскоро препоръчан от Министерството на екологията „Симбинал“. (разработен от Института по ботаника на Националната академия на науките на Украйна). В Русия широко се използват Putidoyl, Oleovorin, Devoroyl, Valentis, Naftox и Micromycet, а в Беларус – Rodobel и Rodobel-T. Тези препарати представляват лиофилизирани култури или паста, въз основа на които се приготвят работни разтвори за третиране на нефтено замърсяване. Прилагането на такива препарати обаче не е рационално в условията на акваториите на пристанищата и открито море във връзка с невъзможността да се създадат необходимите ефективни концентрации на бактериите-разрушители на нефтени въглеводороди поради големите обеми вода, отмиването на културата от нефтеното замърсяване при вълните и атмосферните валежи. Освен това горепосочените бактериални препарати не могат да се използват за ликвидиране на нефтени разливи в режим на незабавно реагиране, тъй като тяхното приготвяне изисква поне 2-3 дни. Прилагането на повечето от горепосочените бактериални препарати в морето (воден обект от втора категория на водоползване в съответствие със SanPiN 4630-88. 1.01.89) е съмнително поради медицински и санитарни съображения [9].
Оптималният вариант за решаване на проблема с пречистването на морската вода е разработването на препарати, притежаващи свойствата на сорбенти, и на препарати, базирани на микроби-разрушители на нефтени въглеводороди.
Такива препарати включват първия местен биопрепарат от ново поколение „Econadine“, който е бактериален препарат с висока сорбционна и деструктивна активност срещу широк спектър от нефтени въглеводороди.
„Econadine“ (TU U 30171732-001-2000 Бактериален препарат „Econadine“, регистрация в Gosstandart 11.09.2000 г., № 095/004466) е кафяв прах, диспергиран или с влакнести включвания, плаващ, хидрофобен. Препаратът се основава на бактерии супердеструктори на нефтени въглеводороди, имобилизирани по специална технология върху органичен субстрат – торф. Екологично чист, нетоксичен, без мирис. Сорбционен капацитет от 1:5 до 1:10 в зависимост от вида на петролния продукт и модификацията на препарата. За разлика от други сорбенти, практически няма десорбция на нефтени продукти.
Препаратът „Econadin“ е защитен с патенти [10-12], разрешен е от Министерството на здравеопазването на Украйна, препоръчан е от Министерството на извънредните ситуации и защитата на населението от последиците от Чернобилската катастрофа, Министерството на екологията и природните ресурси на Украйна.
Първичната сорбция на нефтени въглеводороди от препарата е придружена от биокаталитична трансформация с последващо унищожаване на нефтеното замърсяване в естествени условия. Естествената микрофлора на природната среда, която окислява нефта, не се потиска, а се активира, освен това санитарно-хигиенните показатели на водата се подобряват поради антагонистичния ефект върху патогенните микроорганизми.
Биотехнологичният метод с използване на препарата „Econadine“ се прилага в едно комплексно решение за ликвидиране на нефтени разливи след събиране на основното замърсяване с механични средства. Използването на биотехнологията с препарат „Еконадин“ в арсенала от средства за бързо реагиране при ликвидиране на нефтено замърсяване на водите и крайбрежната зона позволява:
– да блокират замърсяването възможно най-скоро и да предотвратят разпространението му;
– премахване на замърсяването с минимални щети за околната среда;
– да се осигури по-нататъшно продължително действие за възстановяване на естествените биоценози с участие и стимулиране на самопречистващите се механизми.
Лекарството е предназначено за:
за бързо ликвидиране на разливи на нефт, нефтопродукти и газов кондензат върху водната повърхност (в акваториите на пристанища и корабостроителници, открито море, устия, особено при ликвидиране на замърсявания в места, недостъпни за механични средства за събиране на нефтопродукти – в слепи джобове на кейови места и подкорабни отвори, на плаващи места, блата и др.);
почистване на крайбрежието, замърсено с нефтопродукти в резултат на случайни разливи във водата, включително в зоните за отдих (плажовете);
за дълбочинно пречистване на нефтени отпадъчни води от нефтени претоварни комплекси, баластни и трюмни води от кораби.
Понастоящем всички големи пристанища на Украйна са създали непосилен запас от препарата „Еконадин“, който се използва не само за почистване на акваториите от нефтено замърсяване, но и на бреговите съоръжения (кейове, бензиностанции, котелни, гаражи и др.) [13, 14].