Huidige trends in de ontwikkeling van biotechnologieën voor de bescherming van het milieu tegen olieverontreiniging en de toepassing ervan in Oekraïne

Milieuvervuiling heeft een mondiaal karakter gekregen en vereist de aanname van maatregelen die toereikend zijn in omvang om dit proces te voorkomen en reeds bestaande bronnen van vervuiling te elimineren. In dit opzicht is de ontwikkeling en toepassing van fundamenteel nieuwe biotechnologieën, voornamelijk gebaseerd op het gebruik van microbiologische methoden, van bijzonder belang voor het waarborgen van de milieuveiligheid van ondernemingen in de mariene en olie- en gascomplexen van Oekraïne.
De meest veelbelovende richting in het elimineren van olievervuiling is bioremediatiemethode, die geen alternatief heeft voor vervuiling van grote gebieden. Bioremediatie, een methode om met olie vervuilde bodems en aquatische ecosystemen te herstellen, is voornamelijk gebaseerd op het gebruik van het biochemische potentieel van micro-organismen die olie afbreken.
In de afgelopen tien jaar zijn enkele tientallen geneesmiddelen voorgesteld voor deze doeleinden. De bekendste zijn “Putidoil”, “Oleovorin”, “Naftoks”, “Uni-rem”, “Roder”, “Centrin”, “Pseudomin”, “Destroyle”, “Micromycete”, “Leader”, “Valentis”, “Devoroil” (Rusland), “Rodobel”, “Rodobel-T” (Wit-Rusland), “Desna”, “Consortium van Micro-organismen”, “Simbinal”, “Rodex” (Oekraïne). De samenstelling van deze preparaten omvat monoculturen of associaties van meer dan 20 soorten van verschillende olie-oxiderende micro-organismen: bacteriën, schimmels, gist. Ze worden aangeboden in de vorm van geconcentreerde suspensies, pasta’s, poeders (gevriesdroogde bacteriecultuur). De nadelen van het gebruik ervan voor het verwijderen van olievervuiling van waterlichamen, vooral in open zee, zijn onder andere dat het moeilijk is om de vereiste concentratie afbrekende micro-organismen te creëren en te handhaven, omdat deze snel afneemt door waterverversing.
Onder natuurlijke omstandigheden bevinden micro-organismen zich in een geïmmobiliseerde toestand en zijn ze gebonden aan vaste deeltjes. De fixatie van micro-organismen op micro- en macroaggregaten is in de eerste plaats belangrijk voor de manifestatie van hun metabolische activiteit. Volgens het principe van biokatalysatoren vertonen geïmmobiliseerde cellen een hoge metabolische activiteit zonder een significante toename van de biomassa van vrije cellen. Daarom worden in moderne milieubiotechnologieën op grote schaal geïmmobiliseerde bacteriën gebruikt die koolwaterstoffen afbreken en waarvan bekend is dat ze zich beter kunnen hechten aan een vast oppervlak en substraten sneller kunnen koloniseren dan vrije bacteriële cellen. Deze eigenschappen van geïmmobiliseerde bacteriën zorgen voor een snelle introductie in natuurlijke milieus en een hoge destructieve activiteit.
Momenteel worden geïmmobiliseerde cellen van micro-organismen effectief gebruikt in industriële biotechnologieën als potentieel zeer actieve biokatalysatoren die polyenzymatische processen kunnen uitvoeren. Het product van deze technologie is het biopreparaat Econadin, ontwikkeld door NPP Econad, het eerste in het GOS – absorberende en koolwaterstof vernietigende olie, gebaseerd op het gebruik van geïmmobiliseerde bacteriecellen. De productietechnologie van dit geneesmiddel, gebaseerd op het gebruik van natuurlijke componenten als reagentia, zorgt voor de productie van geïmmobiliseerde bacteriecellen in de vorm van bioflocs – een van de typen celaggregatie, die op hun beurt stevig kunnen worden gefixeerd zonder de cellen op dragers te beschadigen – d.w.z. op alle substraten (aarde, zand, plantenresten, mineralen, enz.), ongeacht hun poreusheid. Econadin is een biofloc van Pseudomonas fluorescens bacteriën (vereniging van twee stammen) gefixeerd op een organisch substraat – turf. Biofloc bevat een bepaalde toevoer van nutriënten – mineraal en organisch, wat bijdraagt aan het op lange termijn in stand houden van de levensvatbaarheid van bacteriën, hun fysiologische en destructieve (functionele) activiteit en de actieve synthese door pseudomonaden van een emulgator van olieproducten van exopolysaccharide aard. Hierdoor zijn geëmulgeerde olieproducten gemakkelijker af te breken in het aquatisch milieu. Bioflocs vertonen een verhoogde weerstand tegen vervuilende stoffen en zorgen voor een actieve introductie van afbrekende bacteriën in bodem- en waterecosystemen. Tegelijkertijd zorgen bioflocs voor buffering van het medium bij pH 7, wat bijdraagt aan de diepe afbraak van oliekoolwaterstoffen en andere organische verbindingen.
De sorptiecapaciteit van het geneesmiddel “Econadin” met betrekking tot olie-koolwaterstoffen overtreft de bekende organische sorbentia. De adsorptie van olie op het preparaat gaat gepaard met zijn biokatalytische transformatie, terwijl desorptie praktisch afwezig is. In tegenstelling tot bacteriële preparaten die worden verkregen door micro-organismen te fixeren op neutrale sorbentia van synthetische of minerale oorsprong, wordt Econadin volledig gebruikt in de natuurlijke omgeving dankzij de natuurlijke organische drager.
Meer dan twintig jaar ervaring in het gebruik van micro-organismenstammen van bacteriënvernietigers, die deel uitmaken van “Econadin”, heeft hun effectiviteit aangetoond bij het zuiveren van industrieel stormwater van persistente organische azokleurstoffen, pesticiden, oppervlakteactieve stoffen, fenolen, polycyclische aromatische koolwaterstoffen, formaldehyde, enz.
Op dit moment gaat Econad Research and Production Enterprise door met het ontwikkelen van nieuwe soorten sorbents – destructors van olie-koolwaterstoffen. Op basis van het binnenlandse sorbens – geëxpandeerd gehydrofobeerd perliet “Zhemchug”, werd een fundamenteel nieuw sorbens gecreëerd, dat ook een uitgesproken destructieve activiteit heeft. Deze sorbent-vernietiger bestaat uit aluminosilicaatkorrels met een poreus oppervlak, behandeld met een waterafstotend middel, en als destructief begin bevat het bioflokken van bacteriën van het geslacht Pseudomonas.
Veelbelovende ontwikkelingen in de nieuwe richting van “econadische” milieubiotechnologieën omvatten een methode voor het verkrijgen van een bio-emulgator geproduceerd door destructor bacteriën. De emulgator is niet giftig, bevat geen synthetische oppervlakteactieve stoffen en versnelt de processen van de vernietiging van aardolieproducten in aquatische ecosystemen, niet alleen door gespecialiseerde culturen van afbrekende bacteriën die in het reservoir worden geïntroduceerd, maar ook door vertegenwoordigers van de inheemse microflora.
Daarnaast heeft Econad Research and Production Enterprise speciale biosorptiekolven gemaakt die zowel sorberende als destructieve activiteit hebben met betrekking tot een breed scala aan aardolieproducten, dankzij het gebruik van Econadin als vulstof. Tegelijkertijd wordt hun vereenvoudigde versie geproduceerd – sorbent booms met synthetische vulstof, waardoor de kosten kunnen worden verlaagd. De booms zijn ontworpen om de zuiverheid van het watermilieu te behouden op plaatsen waar olielagen kunnen ontstaan (voor preventieve doeleinden in de buurt van olievelden, olieterminals, aanlegplaatsen van havens en scheepswerven, enz.); voor het lokaliseren en verzamelen van olie in geval van kleine (plaatselijke) lekkages; voor het lokaliseren en verzamelen van olie in ondiep water, voor de bescherming van de kustlijn tegen olievervuiling, voor het elimineren van olievervuiling van zeegebieden en binnenwateren. Aan land worden ze gebruikt om lekkages in te dammen en de verspreiding van vervuiling te voorkomen.
Ongelukken met oliepijpleidingen blijven een aanzienlijk milieuprobleem bij de ondernemingen van het brandstof- en energiecomplex, door hun slijtage, veroudering en tijdens het transport van olie en olieproducten met verschillende transportmiddelen. Schade aan pijpleidingen door ongeoorloofde aansluitingen veroorzaakt ook aanzienlijke milieuschade. Maatregelen om dergelijke noodsituaties te elimineren moeten in de eerste plaats gericht zijn op het lokaliseren van olievervuiling en het voorkomen dat deze doordringt in grondwater en reservoirs. Het door NPP Econad ontwikkelde pakket maatregelen voor het herstel van verontreinigde bodembedekking en landbouwgrond omvat: lokalisatie van olievervuiling, inzameling van commerciële olieproducten en verontreinigde plantenresten voor verwerking of verwijdering; chemische regeneratie (gebruik van mineralen – bentonietklei, kadersilicaten, rode modder, bauxieterts) en bioremediatie. De toegepaste technologie is gebaseerd op het gebruik van een complex van agrotechnische maatregelen (ploegen, toepassing van minerale meststoffen, irrigatie) en speciale biotechnologische maatregelen met behulp van het Econadin-preparaat en een vloeibare cultuur van bacteriën die olieproducten vernietigen. Voor landbouwgronden wordt bovendien biologische regeneratie (fytomelioratie) uitgevoerd.
Het creëren van lokale behandelingsfaciliteiten en gesloten watervoorzieningssystemen op basis van microbiologische reinigingsmethoden, waaronder het gebruik van econadin-technologieën, is van groot belang voor het verminderen van het niveau van milieuvervuiling met olieproducten en andere bio-resistente vervuilende stoffen. Dit zijn Econad filters, bioplato, het gebruik van biosorbent booms in systemen van cascades van bezinkingsvijvers. Hun gebruik in de behandelingsfaciliteiten van de Karpatnaftohim ondernemingen (Kalush), AK Cargill (Donetsk), VOLVO tankstation, Pobedy park, tram en trolleybus depot (Kyiv), in 5 recreatiecentra van het resort Zatoka en anderen toonde de hoge efficiëntie van dergelijke oplossingen.
Ecodynamische technologieën worden op grote schaal gebruikt voor het reinigen van de wateren van de havens van Odessa, Izmail, Kerch, Reni. Uitgebreide ervaring is opgedaan door ecologen van de commerciële zeehaven Yuzhny, die het middel herhaaldelijk en met succes hebben gebruikt, zelfs op volle zee.
Met evenveel succes worden onze technologieën ook gebruikt om de gevolgen van ongelukken op te heffen en met olie vervuilde grond en binnenwateren te herstellen door de bedrijven Ukrnafta, Uktransnafta, Ukrgasdobycha en anderen. Maar ook hun werkterrein is hier niet toe beperkt. Zo heeft de Oekraïens-Amerikaanse onderneming Raytheon Technical Services, die de ontmanteling van strategische bommenwerpers en ander militair materieel uitvoerde in het kader van het Joint Threat Reduction programma, positieve ervaring opgedaan met het gebruik van het middel Econadin voor het elimineren van de technomobiele eerstehulpkits die onvermijdelijk zijn tijdens dergelijke operaties, Econad Research and Production Enterprise heeft Econad ecologische eerstehulpkits ontwikkeld en de productie ervan is begonnen. Deze mobiele EHBO-kits zijn uitgerust met een set gereedschappen waarmee gemorste olieproducten snel van de bodem, asfalt en betonnen oppervlakken kunnen worden verzameld en waarmee kan worden voorkomen dat ze in de riolering terechtkomen.
Ondanks de duidelijke voordelen en de jarenlange positieve ervaring met de toepassing van biotechnologieën in bedrijven in de olie- en gasindustrie en de mariene sector, is de schaal waarop ze vandaag de dag industrieel worden toegepast duidelijk ontoereikend. Ten eerste is dit te wijten aan het gebrek aan binnenlandse regelgevende documenten over het gebruik van biotechnologieën, het ontoereikende opleidingsniveau van milieuspecialisten op dit gebied, de absoluut magere financiering van onderzoekswerk over dit onderwerp, zowel door wetenschappelijke instellingen van het Oekraïense Ministerie van Onderwijs en de Nationale Academie van Wetenschappen van Oekraïne, als door departementale onderzoeksinstellingen.