Sorbenten en biopreparaten voor het verwijderen van olieverontreiniging van de zee

Olievervuiling is een van de meest massale en gevaarlijke uitingen van antropogene invloed op natuurlijke ecosystemen. Het water van rivieren, meren en de wereldoceaan wordt jaarlijks om verschillende redenen met 2 tot 10 miljoen ton olie vervuild. Ruimtebeelden hebben aangetoond dat bijna 30% van het oceaanoppervlak bedekt is met een oliefilm [1].
1] Het Oekraïense deel van het Zwarte Zee-plateau en in de eerste plaats de noordwestelijke regio, die onder sterke invloed staat van de afvoeren van de Donau, Dnjester, Dnjepr en de Zuidelijke Boeg, is ook in aanzienlijke mate onderhevig aan olievervuiling. Grote havens en overslagcomplexen, evenals onvoldoende gezuiverd industrieel, huishoudelijk en stormwater van kuststeden zijn ook belangrijke bronnen van olieverontreiniging van het mariene milieu [4].
De diverse en grootschalige antropogene invloeden op de ecosystemen van het noordwesten van de Zwarte Zee (intensieve scheepvaart, verstedelijking en industrialisatie van kustgebieden, de aanleg van nieuwe grote overslagcomplexen, de ontwikkeling van olie- en gasreserves op het plat, zandreservoirs, enzovoort), tegen de achtergrond van eutrofiëring en periodieke hypoxie, hebben geleid tot een afname van het zelfreinigend vermogen van mariene ecosystemen en hun transformatie in een ongewenste richting [5]. Verdere intensivering van de antropogene druk op de ecosystemen van het noordwestelijke deel van de Zwarte Zee, waaronder de druk die samenhangt met de vervuiling door olie en olieproducten (bouw van de olieterminal in Yuzhny, olieproductie op het plat, toegenomen intensiteit van de scheepvaart), zonder verbetering van het complex van milieubeschermingsmaatregelen zal leiden tot verdere achteruitgang van de mariene biocenoses en vermindering van het recreatieve potentieel van het Zwarte-Zeebekken.
Mechanische methoden zijn het meest wijdverspreid voor het verwijderen van olievervuiling van water. Gemorste olieproducten worden onmiddellijk gelokaliseerd door middel van booms. Om het grootste deel van de gemorste olieproducten te verzamelen, worden olieafvalverzamelaars (OWC) gebruikt. Als gevolg van hun toepassing wordt 80-90% van de gemorste olieproducten verzameld. Deze schepen kunnen echter niet werken in waterdieptes van minder dan 2 meter. Kleine draagbare olieskimmers worden gebruikt om olie in ondiep water op te vangen, maar Oekraïense havens beschikken nog steeds niet over dergelijke apparatuur. Daarnaast moet worden opgemerkt dat mechanische methoden weliswaar het probleem van het verzamelen van de bulk van olie bij grootschalige ongevallen voor hergebruik gedeeltelijk oplossen, maar dat hun rol in het milieuaspect niet zo belangrijk is. Ze zijn niet effectief bij het verwijderen van olie die een dunne (regenboog)film op het wateroppervlak heeft gelegd of in een geëmulgeerde toestand is gekomen [6].
Voor het oplossen van dunne regenboogfilms en olieophoping op plaatsen die ontoegankelijk zijn voor NMS of skimmers, worden methoden van het “tweede echelon” gebruikt – fysisch-chemisch en biologisch. Deze methoden zijn gebaseerd op de processen van oliefilmvernietiging met behulp van SPAW (dispergeren), sorptie van film en geëmulgeerde olie door natuurlijke en synthetische sorbentia, vernietiging van oliekoolwaterstoffen door olie-oxiderende micro-organismen.
Echter, elk van de bovenstaande methoden heeft een aantal nadelen. De meeste dispergeermiddelen hebben toxische eigenschappen en het gebruik ervan heeft een aantal beperkingen of is in sommige landen verboden [7]. Dispergeermiddelen worden niet gebruikt in Oekraïense havens.
De regels voor het schoonmaken van verontreinigde watergebieden van havens voorzien in het gebruik van sorbents, waarvan de normvoorraad in alle havens beschikbaar moet zijn [8]. Onder de sorbentia die in de regels worden aanbevolen, worden houtbewerkings- en landbouwafval genoemd – gedopte maïskolven, stro, zaagsel en fijngestampte turf. Het gebruik van deze sorbentia in havens is niet wijdverbreid vanwege de lage oliecapaciteit (in dit verband moeten grote hoeveelheden worden gebruikt), hun gebrek aan hydrofobiciteit, de moeilijkheid om de nodige voorraden aan te leggen en op te slaan, en het gebrek aan mechanismen voor hun toepassing.
Van de industrieel geproduceerde sorbentia, die een hoge oliecapaciteit en hydrofobiciteit hebben, zijn de sorbentia uit polymeren het meest effectief – van fijne poeders, korrels tot matten, weefsels en sorberende bons. De nadelen van deze preparaten zijn onder andere de slechte absorbeerbaarheid van dunne oliefilms, kankerverwekkendheid van fijne poeders (volgens de specialisten van het bedrijf “Mannesman-Italy”), moeilijkheden bij gebruik door verbranding [1]. Er is geen informatie over het gebruik van dergelijke preparaten in Oekraïense havens.
Vanuit het oogpunt van goedkope grondstoffen en ecologische zuiverheid zijn sorbents op basis van organische natuurlijke stoffen – turf, zaagsel, landbouwafval (zemelen, stro, rijstvliezen, enz.) het aantrekkelijkst. Het grootste aantal sorbenten van deze categorie wordt geproduceerd op basis van turf: “Pit-sorb” (Canada), “Fin-sorb” (UK), “Elkosorb” (Finland), “Mukat-4”, “Lesorb” (Wit-Rusland), “Sorboyl” (Rusland). Van de oliesorbents die in Oekraïne zijn ontwikkeld, wordt alleen “Pearl” – geëxpandeerd perliet – in commerciële hoeveelheden geproduceerd.
Al deze sorbents hebben een hoge oliecapaciteit (van 4 tot 10 g/g) en hydrofobiciteit. Hun toepassing voor het reinigen van het zeeoppervlak zorgt voor het verkrijgen van een primair ecologisch effect – het breken van continue filmvervuiling, sorptie van geëmulgeerde oliën. Toepassing van buitenlandse preparaten van deze groep in Oekraïense havens wordt naar onze mening beperkt door hun hoge kosten voor Oekraïense consumenten (8-12 US dollar per 1 kg).
Het gemeenschappelijke nadeel van de bovengenoemde sorbents is de noodzaak van het verzamelen ervan, wat zeer arbeidsintensief is, speciale middelen vereist en praktisch onhaalbaar is in het geval van significante golven. Uit de praktijk van oliebestrijders die sorbents gebruiken, blijkt dat het in de meeste gevallen niet mogelijk is om meer dan 25% van het op het wateroppervlak aangebrachte sorbens op te vangen. De punten die het gebruik van sorbents bemoeilijken, zijn onder andere het gebrek aan technologie en apparatuur voor het gebruik ervan door verbranding.
De afgelopen jaren zijn in het buitenland pogingen ondernomen om een nieuwe generatie sorbentia te maken die natuurlijke zelfreinigende processen van biologische afbraak van gesorbeerde aardolieproducten stimuleren. Een voorbeeld van dergelijke preparaten is een sorbens gemaakt op basis van gelaagd aluminosilicaat met toevoeging van kalium-, stikstof- en fosforzouten – “C-verad”.
In natuurlijke waterlichamen vormen micro-organismen het immuunsysteem van natuurlijke biocenoses, die weerstand bieden tegen antropogene vervuiling. In het licht van het bovenstaande is de ontwikkeling van effectieve microbiologische technologieën voor het stimuleren van natuurlijke zelfzuiverende processen, methoden voor dieptereiniging en ontgifting van oliehoudend afvalwater en voorbereidingen voor de vernietiging van oliehoudende koolwaterstoffen die natuurlijke wateren vervuilen, een prioriteit.
Microbiële vernietiging van olieverontreinigende stoffen is een van de belangrijkste processen die bijdragen aan de eliminatie ervan uit aquatische ecosystemen. De speciale biochemische organisatie van de microbiële cel heeft deze voorzien van polyfunctionele enzymatische activiteit. Hierdoor zijn micro-organismen in staat om koolwaterstoffen uit olie te gebruiken in het proces van energie en constructieve stofwisseling en om ze te vernietigen. Door deze processen te bestuderen en doelgericht te werken aan de selectie van stammen van micro-organismen die oliekoolwaterstoffen vernietigen, kon een aantal preparaten op basis hiervan worden ontwikkeld. Alleen in de afgelopen 10 jaar zijn er in de GOS-landen meer dan twee dozijn biopreparaten gemaakt op basis van olie-oxiderende micro-organismen, terwijl de voorgestelde methoden voor het stimuleren van natuurlijke zelfreinigende processen niet verder gingen dan experimentele behandelingen.
In Oekraïne zijn de bekendste preparaten: “Desna” (ontwikkeld door het Oekraïense Onderzoekscentrum voor Olie- en Gasecologie, Kiev), Consortium van Micro-organismen (Instituut voor Hoge Technologieën, Kiev), “Devoroil”, dat onder een Russische licentie wordt geproduceerd door JSC “Ferment” (Ladyzhin) en onlangs aanbevolen door het Ministerie van Ecologie “Simbinal” (ontwikkeld door het Instituut voor Plantkunde van de Nationale Academie van Wetenschappen van Oekraïne). (ontwikkeld door het Instituut voor Plantkunde van de Nationale Academie voor Wetenschappen van Oekraïne). Putidoyl, Oleovorin, Devoroyl, Valentis, Naftox en Micromycet worden veel gebruikt in Rusland, en Rodobel en Rodobel-T worden veel gebruikt in Wit-Rusland. Deze preparaten zijn gelyofiliseerde culturen of pasta’s, op basis waarvan werkoplossingen voor de behandeling van olieverontreiniging worden bereid. De toepassing van dergelijke preparaten is echter niet rationeel in havengebieden en op open zee vanwege de onmogelijkheid om de noodzakelijke effectieve concentraties van bacteriën-destructoren van olie-koolwaterstoffen te creëren vanwege de grote hoeveelheden water, het wegspoelen van culturen van olievervuiling tijdens golven en neerslag. Bovendien kunnen de bovengenoemde bacteriële preparaten niet worden gebruikt voor de onmiddellijke bestrijding van olielekkages in noodsituaties, aangezien de bereiding ervan ten minste 2-3 dagen in beslag neemt. Toepassing van de meeste van bovenstaande bacteriepreparaten op zee (waterlichaam van de tweede gebruikscategorie overeenkomstig SanPiN 4630-88. 1.01.89) is twijfelachtig vanwege medische en sanitaire overwegingen [9].
De optimale oplossing voor het probleem van zeewaterzuivering is de ontwikkeling van preparaten met de eigenschappen van sorbents en preparaten op basis van microben die oliekoolwaterstoffen vernietigen.
Dergelijke preparaten omvatten het eerste binnenlandse biopreparaat van de nieuwe generatie “Econadine”, een bacteriepreparaat met een hoge sorptie en vernietigende activiteit tegen een breed scala aan oliekoolwaterstoffen.
“Econadine” (TU U 30171732-001-2000 Bacteriepreparaat “Econadine”, registratie in Gosstandart 11.09.2000, № 095/004466) is een bruin poeder, gedispergeerd, of met vezelige insluitsels, drijvend, hydrofoob. Het preparaat is gebaseerd op bacteriën die oliekoolwaterstoffen supervernietigen, geïmmobiliseerd door speciale technologie op organisch substraat – turf. Ecologisch schoon, niet giftig, geurloos. Sorptiecapaciteit van 1:5 tot 1:10, afhankelijk van het type olieproduct en de modificatie van het preparaat. In tegenstelling tot andere sorbentia is het fenomeen van desorptie van olieproducten praktisch afwezig.
Het preparaat “Econadin” is beschermd door patenten [10-12], goedgekeurd door het Ministerie van Volksgezondheid van Oekraïne, aanbevolen door het Ministerie van Oekraïne voor Noodsituaties en Bescherming van de bevolking tegen de gevolgen van de Tsjernobyl-ramp, Ministerie van Ecologie en Natuurlijke Hulpbronnen van Oekraïne.
Primaire sorptie van olie-koolwaterstoffen door het preparaat gaat gepaard met biokatalytische transformatie met daaropvolgende vernietiging van olievervuiling onder natuurlijke omstandigheden. De natuurlijke olie-oxiderende microflora van de natuurlijke omgeving wordt niet onderdrukt, maar geactiveerd. Bovendien worden de hygiënische indicatoren van het water verbeterd door het antagonistische effect op pathogene micro-organismen.
Biotechnologische methode met het gebruik van het preparaat “Econadine” wordt toegepast in een enkele geïntegreerde oplossing voor de liquidatie van olieverontreiniging na het opvangen van de belangrijkste verontreiniging met mechanische middelen. Het gebruik van biotechnologie met het preparaat “Econadine” in het arsenaal van middelen voor een snelle reactie bij de liquidatie van olieverontreiniging van het water en de kustzone maakt het mogelijk:
– de verontreiniging in de kortst mogelijke tijd te blokkeren en de verspreiding ervan te voorkomen;
– de verontreiniging te elimineren met minimale milieuschade;
– verdere langdurige actie te bieden om de natuurlijke biocenoses te herstellen door de betrokkenheid en stimulering van zelfreinigende mechanismen.

Het product is ontworpen:

voor het snel verwijderen van olie, olieproducten, gascondensaat die op het wateroppervlak terechtkomen (in de watergebieden van havens en scheepswerven, open zee, riviermondingen, vooral bij het verwijderen van verontreiniging op plaatsen die ontoegankelijk zijn voor mechanische middelen voor het verzamelen van olieproducten – in blinde ruimtes van ligplaatsen en openingen onder de kade, op drijvende gebieden, moerassen, enz.);
voor het schoonmaken van de kuststrook die is vervuild met olieproducten als gevolg van accidentele lozingen op het water, inclusief in recreatiegebieden (stranden);
voor de grondige behandeling van oliehoudend afvalwater van olieoverslagcomplexen, ballast- en bilgewater van schepen.
Op dit moment hebben alle grote havens van Oekraïne een onherleidbare voorraad van het preparaat “Econadine” aangelegd, dat niet alleen wordt gebruikt voor het reinigen van watergebieden van olieverontreiniging, maar ook op walfaciliteiten (pieren, benzinestations, ketelhuizen, garages, enz.) [13, 14].