Sorbenți și biopreparate pentru eliminarea poluării marine cu petrol

Poluarea cu hidrocarburi este una dintre cele mai răspândite și mai periculoase, prin consecințele sale, manifestări ale impactului antropogen asupra ecosistemelor naturale. Apele râurilor, lacurilor și ale Oceanului Mondial primesc anual, din diferite motive, între 2 și 10 milioane de tone de petrol. Imaginile spațiale au înregistrat faptul că aproape 30% din suprafața oceanului este acoperită cu pelicule de petrol [1].
Partea ucraineană a platformei Mării Negre și, în primul rând, regiunea de nord-vest a acesteia, care se află sub influența puternică a canalelor de scurgere a Dunării, Nistrului, Niprului și Bugului de Sud, este, de asemenea, supusă poluării cu petrol într-o măsură semnificativă [2, 3]. Porturile mari și complexele de transbordare, precum și apele industriale, menajere și pluviale insuficient tratate din orașele de coastă sunt, de asemenea, surse semnificative de poluare cu petrol a mediului marin [4].
Impactul antropic divers și pe scară largă asupra ecosistemelor din nord-vestul Mării Negre (navigația intensivă, urbanizarea și industrializarea zonelor de coastă, crearea de noi complexe mari de transbordare, dezvoltarea rezervelor de petrol și gaze pe platou, refugii de nisip etc.), pe fondul eutrofizării și al hipoxiei periodice, au dus la o scădere a capacității de autoepurare a ecosistemelor marine și la transformarea lor într-o direcție nedorită [5]. Intensificarea în continuare a presiunilor antropice asupra ecosistemelor din partea de nord-vest a Mării Negre, inclusiv a celor legate de poluarea cu petrol și produse petroliere (construirea terminalului petrolier de la Yuzhny, producția de petrol în largul mării, creșterea intensității transportului maritim), fără îmbunătățirea setului de măsuri de protecție a mediului, va duce la o degradare suplimentară a biocenozelor marine și la reducerea potențialului recreativ al bazinului Mării Negre.
Pentru eliminarea poluării apei cu petrol, cele mai răspândite sunt metodele mecanice. Deversările de produse petroliere sunt localizate imediat cu ajutorul unor baraje. Pentru a colecta cea mai mare parte a produselor petroliere deversate, se utilizează colectoare de deșeuri petroliere (OWC). Ca urmare a utilizării acestora, se colectează 80-90% din produsele petroliere deversate. Cu toate acestea, aceste nave nu pot funcționa la adâncimi ale apei mai mici de 2 metri. Pentru colectarea uleiului în apele puțin adânci se folosesc degresoare portabile de mici dimensiuni, dar porturile ucrainene nu dispun încă de astfel de echipamente. În plus, trebuie remarcat faptul că, dacă metodele mecanice rezolvă parțial problema colectării grosului de petrol în cazul accidentelor de mare amploare în vederea reutilizării acestuia, rolul lor în ceea ce privește aspectul de mediu nu este atât de semnificativ. Ele sunt ineficiente în eliminarea petrolului, răspândind o peliculă subțire (curcubeu) pe suprafața apei sau transformată în stare emulsionată [6].
Pentru a elimina peliculele subțiri irizate și acumularea de ulei în locuri inaccesibile pentru NMS sau skimmere, se folosesc metode de „al doilea eșalon” – fizico-chimice și biologice. Aceste metode se bazează pe procesele de distrugere a peliculei de ulei cu ajutorul SPAW (dispersie), sorbția peliculei și a uleiului emulsionat de către sorbenți naturali și sintetici, distrugerea hidrocarburilor petroliere de către microorganismele care oxidează uleiul.
Cu toate acestea, fiecare dintre metodele de mai sus are o serie de dezavantaje. Majoritatea dispersanților au proprietăți toxice, iar utilizarea lor are o serie de restricții sau este interzisă în unele țări [7]. Dispersanții nu sunt utilizați în porturile ucrainene.
Normele de curățare a zonelor de apă poluată din porturi prevăd utilizarea de sorbenți, al căror stoc normativ ar trebui să fie disponibil în toate porturile [8]. Printre sorbenții recomandați de Norme, sunt enumerate deșeurile de prelucrare a lemnului și agricole – știuleți de porumb decorticat, paie, rumeguș, precum și turbă mărunțită. Utilizarea acestor sorbenți în porturi nu a fost folosită pe scară largă din cauza capacității lor scăzute de ulei (care necesită utilizarea unor volume mari), a lipsei de hidrofobicitate, a dificultății de a crea și de a stoca stocurile necesare și a lipsei mecanismelor de aplicare a acestora.
Dintre sorbenții produși la nivel industrial, care au o capacitate mare de ulei și hidrofobicitate, cei mai eficienți sunt sorbenții polimerici – de la pulberi fine, granule, până la covorașe, țesături și bonuri de sorbție. Printre dezavantajele acestor preparate se numără absorbția slabă a peliculelor subțiri de ulei, carcinogenitatea pulberilor fin dispersate (conform specialiștilor de la Mannesman-Italia), dificultățile în eliminarea prin incinerare [1]. Nu există informații privind utilizarea unor astfel de preparate în porturile ucrainene.
Din punctul de vedere al ieftinirii materiilor prime și al purității ecologice, cei mai atractivi sunt sorbenții pe bază de substanțe naturale organice – turbă, rumeguș, deșeuri agricole (tărâțe, paie, coji de orez etc.). Cel mai mare număr de sorbenți din această categorie este produs pe bază de turbă: „Pit-sorb” (Canada), „Fin-sorb” (Marea Britanie), „Elkosorb” (Finlanda), „Mukat-4”, „Lesorb” (Belarus), „Sorboyl” (Rusia). Dintre sorbenții de petrol dezvoltați în Ucraina, doar „Zhemchug” – perlit expandat – este produs în cantități comerciale.
Toți acești sorbenți au o capacitate ridicată de absorbție a uleiului (de la 4 la 10 g/g) și hidrofobie. Aplicarea lor pentru curățarea suprafeței mării asigură obținerea unui efect ecologic primar – întreruperea poluării continue a peliculei, sorbirea uleiurilor emulsionate. Aplicarea preparatelor străine din această grupă în porturile ucrainene este limitată, în opinia noastră, de costul ridicat al acestora pentru consumatorii ucraineni (8-12 USD pentru 1 kg).
Un dezavantaj comun al sorbenților menționați mai sus este necesitatea de a le colecta, ceea ce necesită multă muncă, echipamente speciale și este practic imposibil de realizat în valuri semnificative. Practica celor care intervin în cazul deversărilor de hidrocarburi folosind sorbenți arată că, în majoritatea cazurilor, nu este posibil să se colecteze mai mult de 25% din sorbentul aplicat la suprafața apei. Lipsa tehnologiei și a echipamentelor de eliminare a absorbantelor prin incinerare îngreunează utilizarea acestora.
În ultimii ani, s-au făcut încercări în străinătate de a crea sorbenți de nouă generație care să stimuleze procesele naturale de autocurățare și biodegradare a produselor petroliere sorbite. Un exemplu de astfel de preparate este un sorbent creat pe bază de aluminosilicat stratificat cu adaos de săruri de potasiu, azot și fosfor – „C-verad”.
În corpurile de apă naturale, microorganismele reprezintă sistemul imunitar al biocenozelor naturale, oferind rezistență la poluarea antropogenă. În contextul celor de mai sus, dezvoltarea unor tehnologii microbiologice eficiente pentru stimularea proceselor naturale de autoepurare, a metodelor de tratare în profunzime și detoxificare a apelor uzate uleioase, a preparatelor pentru degradarea hidrocarburilor petroliere care poluează corpurile de apă naturale reprezintă o prioritate.
Degradarea microbiană a contaminanților petrolieri este unul dintre cele mai importante procese care contribuie la eliminarea acestora din ecosistemele acvatice. Organizarea biochimică specială a celulei microbiene a conferit acesteia o activitate enzimatică polifuncțională. Datorită acesteia, microorganismele sunt capabile să utilizeze hidrocarburile petroliere în procesul de metabolism energetic și constructiv și să le distrugă. Studiul acestor procese și munca intenționată de selectare a tulpinilor de microorganisme destructori de hidrocarburi petroliere au permis dezvoltarea unui număr de preparate pe baza lor. Numai în ultimii 10 ani, în țările CSI au fost create peste două zeci de biopreparate pe bază de microorganisme oxidante de petrol, în timp ce metodele propuse pentru stimularea proceselor naturale de autocurățare nu au trecut de tratamente experimentale.
În Ucraina, cele mai cunoscute preparate sunt: „Desna” (dezvoltat de Centrul ucrainean de cercetare pentru ecologia petrolului și gazelor, Kiev), Consorțiul de microorganisme (Institutul de Înalte Tehnologii, Kiev), „Devoroil”, care este produs sub licență rusă de către JSC „Ferment” (Ladyzhin) și recent recomandat de Ministerul Ecologiei „Simbinal”. (dezvoltat de Institutul de Botanică al Academiei Naționale de Științe din Ucraina). Putidoyl, Oleovorin, Devoroyl, Valentis, Naftox și Micromycet sunt utilizate pe scară largă în Rusia, iar Rodobel și Rodobel-T sunt utilizate pe scară largă în Belarus. Aceste preparate sunt culturi sau paste liofilizate, pe baza cărora se prepară soluții de lucru pentru tratarea poluării cu petrol. Cu toate acestea, aplicarea unor astfel de preparate nu este rațională în condițiile zonelor de apă din porturi și din largul mării, în legătură cu imposibilitatea de a crea concentrațiile eficiente necesare de bacterii care distrug hidrocarburile petroliere din cauza volumelor mari de apă, a spălării culturii de la poluarea cu petrol la valuri și a precipitațiilor atmosferice. În plus, preparatele bacteriene de mai sus nu pot fi utilizate pentru intervenția imediată în caz de deversare de hidrocarburi, deoarece pregătirea lor necesită cel puțin 2-3 zile. Aplicarea majorității preparatelor bacteriene de mai sus în mare (corp de apă din a doua categorie de utilizare a apei în conformitate cu SanPiN 4630-88. 1.01.89) este îndoielnică din considerente medicale și sanitare [9].
Varianta optimă de rezolvare a problemei purificării apei de mare este dezvoltarea unor preparate cu proprietăți de sorbenți și a unor preparate pe bază de microbi-distructori de hidrocarburi petroliere.
Printre aceste preparate se numără primul biopreparat intern de o nouă generație „Econadine”, care este un preparat bacterian cu o absorbție ridicată și o activitate distructivă împotriva unei game largi de hidrocarburi petroliere.
„Econadine” (TU U 30171732-001-2000 Preparat bacterian „Econadine”, înregistrare în Gosstandart 11.09.2000, № 095/004466) este o pulbere brună, dispersată sau cu incluziuni fibroase, plutitoare, hidrofobă. Preparatul are la bază bacterii superdistructoare de hidrocarburi petroliere imobilizate printr-o tehnologie specială pe un substrat organic – turbă. Ecologic curat, netoxic, inodor. Capacitate de sorbție de la 1:5 la 1:10 în funcție de tipul de produs petrolier și de modificarea preparatului. Spre deosebire de alți sorbenți, practic nu există desorbție a produselor petroliere.
Preparatul „Econadin” este protejat prin brevete [10-12], autorizat de Ministerul Sănătății din Ucraina, recomandat de Ministerul Ucrainei pentru Situații de Urgență și Protecția Populației împotriva consecințelor dezastrului de la Cernobîl, Ministerul Ecologiei și Resurselor Naturale din Ucraina.
Sorbția primară a hidrocarburilor petroliere de către preparat este însoțită de transformarea biocatalitică cu distrugerea ulterioară a poluării cu petrol în condiții naturale. Microflora naturală de oxidare a petrolului din mediul natural nu este suprimată, ci activată, în plus, indicatorii sanitari și igienici ai apei sunt îmbunătățiți datorită efectului antagonist asupra microorganismelor patogene.
Metoda biotehnologică cu utilizarea preparatului „Econadine” se aplică într-o singură soluție complexă de lichidare a deversărilor de petrol după colectarea poluării principale prin mijloace mecanice. Utilizarea biotehnologiei cu preparatul „Econadine” în arsenalul de mijloace de intervenție rapidă în lichidarea poluării cu petrol a apelor și a zonei de coastă permite:
– să blocheze contaminarea cât mai curând posibil și să prevină răspândirea acesteia;
– eliminarea poluării cu daune minime asupra mediului;
– să asigure o acțiune prelungită de refacere a biocenozelor naturale cu implicarea și stimularea mecanismelor de autoepurare.
Medicamentul este conceput pentru:
pentru eliminarea rapidă a deversărilor de petrol, produse petroliere, condensat de gaz de pe suprafața apei (în zonele de apă din porturi și șantiere navale, în largul mării, în estuare, în special atunci când se elimină poluarea în locuri inaccesibile mijloacelor mecanice de colectare a produselor petroliere – în buzunarele oarbe ale acostamentelor și deschiderile de sub acostare, în zonele plutitoare, în mlaștini etc.);
pentru a curăța linia de coastă poluată cu produse petroliere ca urmare a deversărilor accidentale pe apă, inclusiv în zonele de agrement (plaje);
pentru tratarea în profunzime a apelor uzate uleioase provenite de la complexele de transbordare a petrolului, a apei de balast și a apei de santină de pe nave.
În prezent, toate porturile importante din Ucraina au creat un stoc ireductibil de preparat „Econadine”, care este utilizat nu numai pentru curățarea zonelor de apă de poluarea cu petrol, ci și a instalațiilor de la țărm (dane, benzinării, cazangerii, garaje etc.) [13, 14].