Сорбенти та біопрепарати для ліквідації нафтового забруднення моря

Нафтові забруднення належать до числа найбільш масових і небезпечних за своїми наслідками проявів антропогенного впливу на природні екосистеми. У води річок, озер і Світового океану щорічно з різних причин надходить від 2 до 10 млн тонн нафти. Космічною зйомкою зафіксовано, що вже майже 30% поверхні океану вкрито нафтовою плівкою [1].
Значною мірою до нафтового забруднення схильна й українська частина шельфу Чорного моря і, насамперед, його північно-західний район, що перебуває під сильним впливом стоків Дунаю, Дністра, Дніпра та Південного Бугу [2, 3]. Істотними джерелами забруднення нафтопродуктами морського середовища є також великі порти і перевалочні комплекси, а також недостатньо очищені виробничі, господарсько-побутові та зливові води приморських міст [4].
Різноплановий і великомасштабний антропогенний вплив на екосистеми північно-західної частини Чорного моря (інтенсивне судноплавство, урбанізація та індустріалізація прибережних територій, створення нових великих перевантажувальних комплексів, освоєння запасів нафти та газу на шельфі, рефулювання піску тощо), на тлі евтрофування та періодичної гіпоксії, призвели до зниження самоочисної здатності морських екосистем та їхньої трансформації в небажаному напрямі [5]. Подальша інтенсифікація антропогенних навантажень на екосистеми північно-західної частини Чорного моря, зокрема пов’язаних із забрудненням нафтою і нафтопродуктами (будівництво нафтового терміналу в Южному, видобуток нафти на шельфі, збільшення інтенсивності судноплавства), без удосконалення комплексу природоохоронних заходів призведуть до подальшої деградації морських біоценозів і зниження рекреаційного потенціалу Чорноморського басейну.
Для ліквідації нафтового забруднення води найбільшого поширення набули механічні методи. Розливи нафтопродуктів, що сталися, негайно локалізуються бонами. Для збору основної маси розлитих нафтопродуктів використовують нафтосміттєзбирачі (НМС). У результаті їх застосування досягається збір 80-90% розлитих нафтопродуктів. Однак ці судна не можуть працювати на глибинах менше ніж 2 м. Для збору нафти на мілководді використовують малогабаритні переносні нафтозбірні пристрої (скімери), водночас досі українські порти не мають такого обладнання. Крім того, слід зазначити, що якщо механічні методи частково розв’язують проблему збору основної кількості нафти під час масштабних аварій для її повторного використання, то в природоохоронному аспекті їхня роль не настільки значна. Вони малоефективні в ліквідації нафти, що розтеклася тонкою (райдужною) плівкою по водній поверхні або перейшла в емульгований стан [6].
Для ліквідації тонких райдужних плівок і скупчення нафти в недоступних для НМС або скіммерів місцях, використовуються методи “другого ешелону” – фізико-хімічні та біологічні. В основу цих методів покладено процеси руйнування плівок нафти за допомогою СПАР (диспергування), сорбції плівкової та емульгованої нафти природними і синтетичними сорбентами, руйнування вуглеводнів нафти нафтоокисними мікроорганізмами.
Однак кожен з перерахованих методів має низку недоліків. Більшість диспергентів мають токсичні властивості та їх застосування має низку обмежень або взагалі заборонено в низці країн [7]. У портах України диспергенти не застосовуються.
Правилами ведення робіт з очищення забруднених акваторій портів передбачено застосування сорбентів, нормативний запас яких повинен бути у всіх портах [8]. Серед сорбентів, рекомендованих правилами, перераховані відходи деревообробної промисловості та сільського господарства – вилущені качани кукурудзи, солома, тирса, а також подрібнений торф. Використання цих сорбентів у портах не знайшло широкого застосування через низьку нафтоємність (у зв’язку з цим виникає необхідність застосування великих об’ємів), відсутність у них гідрофобності, складнощі у створенні та зберіганні необхідних запасів, відсутність механізмів для їхнього нанесення.
З сорбентів, що випускаються промисловим способом, які володіють високою нафтоємністю і гідрофобністю, найефективнішими є сорбенти з полімерів – від дрібнодисперсних порошків, гранул, до матів, тканин і сорбувальних бон. До недоліків цих препаратів слід віднести погане поглинання тонких нафтових плівок, канцерогенність дрібнодисперсних порошків (на думку фахівців фірми “Маннесман-Італія), складнощі в утилізації шляхом спалювання [1]. Відомості про застосування таких препаратів у портах України відсутні.
З погляду дешевизни сировини та екологічної чистоти найпривабливішими є сорбенти на базі органічних природних речовин – торфу, тирси, сільськогосподарських відходів (висівок, соломи, рисового лушпиння тощо). Найбільша кількість сорбентів цієї категорії виробляється на основі торфу: “Піт-сорб” (Канада), “Фін-сорб” (Великобританія), “Елькосорб” (Фінляндія), “Мукат-4”, “Лесорб” (Білорусія), “Сорбойл” (Росія). З розроблюваних в Україні сорбентів нафти в промислових обсягах випускається тільки “Жемчуг” – спучений перліт.
Усі ці сорбенти мають високу нафтоємність (від 4 до 10 г/г) і гідрофобність. Застосування їх для очищення морської поверхні забезпечує отримання первинного екологічного ефекту – розрив суцільного плівкового забруднення, сорбцію емульгованих нафт. Застосування зарубіжних препаратів цієї групи в портах України стримується, на нашу думку, їх дорожнечею для українського споживача (8-12 доларів США за 1 кг).
Загальним недоліком вищеназваних сорбентів є необхідність їхнього збирання, яке є досить трудомістким, потребує спеціальних засобів і практично нездійсненним за значного хвилювання. Практика ліквідаторів нафтових розливів, які використовують сорбенти, показує, що в більшості випадків не вдається зібрати більше 25% нанесеного на водну поверхню сорбенту. До моментів, що ускладнюють застосування сорбентів, належить відсутність технології та обладнання для їх утилізації шляхом спалювання.
Останніми роками за кордоном було зроблено спроби створення сорбентів нового покоління, які стимулюють природні самоочисні процеси біодеградації сорбованих нафтопродуктів. Прикладом таких препаратів може слугувати сорбент, створений на основі шаруватого алюмосилікату, з добавкою калійних, азотних і фосфорних солей – “С-верад”.
У природних водоймах мікроорганізми – це імунна система природних біоценозів, що забезпечує резистентність до антропогенного забруднення. В аспекті викладеного, розробка ефективних мікробіологічних технологій стимуляції природних самоочисних процесів, методів глибокого очищення і детоксикації нафтовмісних стічних вод, препаратів для деструкції вуглеводнів нафти, що забруднюють природні водойми, належить до пріоритетних напрямів.
Мікробне руйнування нафтових забруднень – один із найважливіших процесів, що сприяє їхній елімінації з водних екосистем. Особлива біохімічна організація мікробної клітини забезпечила її поліфункціональною ензиматичною активністю. Завдяки їй мікроорганізми здатні використовувати вуглеводні нафти в процесі енергетичного і конструктивного метаболізму і руйнувати їх. Вивчення цих процесів і цілеспрямована робота з селекції штамів мікроорганізмів-деструкторів вуглеводнів нафти дала змогу розробити низку препаратів на їхній основі. Тільки за останні 10 років у країнах СНД створено понад два десятки біопрепаратів на основі нафтоокисних мікроорганізмів, у той час як пропоновані методи стимуляції природних самоочисних процесів не вийшли за рамки дослідних обробок.
В Україні найбільш відомими є препарати: “Десна” – (розробка Українського дослідницького центру екології нафти і газу, м. Київ), Консорціум мікроорганізмів – (Інститут високих технологій, м. Київ), “Деворойл”, що виробляється за російською ліцензією ВАТ “Фермент” (м. Ладижин), та нещодавно рекомендований Мінекологією “Simbinal” (розробка Інституту ботаніки НАН України). У Росії широко застосовують “Путидойл”, “Олеоворін”, “Деворойл”, “Валентис”, “Нафтокс”, “Мікроміцет”, у Білорусі – “Родобел”, “Родобел-Т”. Ці препарати являють собою ліофілізовані культури або пасту, на основі яких готують робочі розчини для обробки нафтового забруднення. Однак застосування таких препаратів не є раціональним в умовах акваторій портів і відкритого моря у зв’язку з неможливістю створення необхідних ефективних концентрацій бактерій-деструкторів вуглеводнів нафти через великі об’єми води, змивання культури з нафтового забруднення під час хвилювання та атмосферних опадів. Крім того, зазначені вище бактеріальні препарати не можуть бути застосовані для ліквідації аварійних розливів нафти в режимі негайного реагування, оскільки для їхнього приготування потрібно щонайменше 2-3 доби. Застосування більшості з перерахованих вище бактеріальних препаратів на морі (водоймі другої категорії водокористування відповідно до СанПіН 4630-88. 1.01.89 р.) сумнівно з міркувань медико-санітарного характеру [9].
Оптимальним варіантом розв’язання проблеми очищення морських вод є розробка препаратів, що мають властивості сорбентів і препаратів на основі мікробів-деструкторів вуглеводнів нафти.
До таких препаратів належить перший вітчизняний біопрепарат нового покоління “Еконадін”, який є бактеріальним препаратом з високою сорбційною і деструктивною активністю щодо широкого спектра вуглеводнів нафти.
“Еконадин” (ТУ У 30171732-001-2000 Препарат бактеріальний “Еконадин”, реєстрація в Держстандарті 11.09.2000, № 095/004466) – це порошок коричневого кольору, дисперсний, або з волокнистими включеннями, плавучий, гідрофобний. В основі препарату – бактерії супердеструктори вуглеводнів нафти, іммобілізовані за спеціальною технологією на органічному субстраті – торфі. Екологічно чистий, не токсичний, без запаху. Сорбційна ємність від 1:5 до 1:10 залежно від виду нафтопродукту і модифікації препарату. Явище десорбції нафтопродуктів, на відміну від інших сорбентів, практично відсутнє.
Препарат “Еконадін” захищений патентами [10-12], дозволений Міністерством охорони здоров’я України, рекомендований Міністерством України з надзвичайних ситуацій та захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи, Міністерством екології та природних ресурсів України.
Первинна сорбція вуглеводнів нафти препаратом супроводжується біокаталітичною трансформацією з подальшою деструкцією нафтового забруднення в природних природних умовах. Природна нафтоокислювальна мікрофлора природного середовища не пригнічується, а активізується, крім того, поліпшуються санітарно-гігієнічні показники води, за рахунок прояву антагоністичної дії на патогенні мікроорганізми.
Біотехнологічний метод із застосуванням препарату “Еконадин” застосовується в єдиному комплексному рішенні ліквідації нафтового розливу після збору основного забруднення механічними засобами. Використання біотехнології із застосуванням препарату “Еконадин” в арсеналі засобів для швидкого реагування під час ліквідації нафтового забруднення води та берегової зони дає змогу:
– блокувати забруднення в найкоротший термін і попередити його поширення;
– ліквідувати забруднення з мінімальним екологічним збитком;
– забезпечити подальшу пролонговану дію з відновлення природних біоценозів із залученням і стимуляцією самоочисних механізмів.
Препарат призначений:

для швидкої ліквідації розливів нафти, нафтопродуктів, газового конденсату на поверхні води (в акваторіях портів і судноремонтних заводів, відкритому морі, лиманах, особливо під час ліквідації забруднення в місцях, недоступних механічним засобам збору нафтопродуктів, – у глухих кишенях причалів і підпричальних просвітах, на плавневих ділянках, болотах та ін.);
для очищення берегової смуги, забрудненої нафтопродуктами внаслідок аварійних розливів на воді, зокрема в рекреаційних зонах (на пляжах);
для глибокого очищення нафтовмісних стічних вод нафтоперевалочних комплексів, баластних і льяльних суднових вод.
Наразі в усіх великих портах України створено незнижуваний запас препарату “Еконадін”, який застосовують не тільки для очищення акваторій від нафтового забруднення, а й на берегових об’єктах (причалах, АЗС, котельнях, гаражах тощо) [13, 14].