11.2. Ликвидация нефтяных загрязнений воды и почвы

Нефть является одним из наиболее опасных веществ, загрязняющих биосферу (поллютантом). Она представляет собой сложный комплекс веществ, состоящий почти из 3000 ингредиентов, некоторые из которых оказывают токсичное воздействие на живые организмы. В результате нарушается экологическое равновесие, изменяются сложившиеся биоценозы.

Другим важным фактором является способность нефти, особенно ее легких фракций, с большой скоростью растекаться по поверхности воды, образуя тонкую пленку большой площади и нарушая аэрацию водоема. Вследствие этого разливы нефти на воде считаются более опасными, чем на почве, где она до определенной степени удерживается частицами почвы.

Вместе с тем постоянно происходит загрязнение почвы и водоемов нефтепродуктами.

Загрязняются почвы вблизи автомагистралей, автозаправочных станций и нефтехранилищ, в районах нефтепроводов, в окрестностях нефтедобывающих и перерабатывающих предприятий. Отрицательное влияние на почву проявляется при концентрации нефти 200 и более мг/кг. В странах Западной Европы при содержании нефтепродуктов свыше 2000 мг/кг почва считается загрязненной и требует очистки.

В водные источники нефть попадает при добыче, в результате разливов при транспортировании, с загрязненными береговыми стоками, вследствие самопроизвольного выхода из природных источников.

В окружающей среде присутствуют микроорганизмы, окисляющие углеводороды нефти, и постепенно происходит деструкция нефтяных загрязнений. Однако процесс этот длительный, в особенности самоочищение почвы, которое осуществляется на протяжении 5–6 и более лет.

В настоящее время имеется довольно большой арсенал методов ликвидации нефтяных загрязнений почвы и поверхностных загрязнений воды (табл. 27).

Наиболее эффективного удаления нефтяных загрязнений чаще всего достигают при применении различных сорбентов. Численность используемых сорбентов достигает двух сотен. Они различаются дисперсностью, пористостью, смачиваемостью и другими свойствами. В качестве сорбентов применяют неорганические (песок, глина, перлит, силикагель и др.) и органические материалы (торф, уголь, опилки, солома, мох, макулатура), в том числе и синтетические (полиуретан, фенолформальдегидные пенопласты). Целесообразно использовать сорбенты из местных видов сырья, поскольку они, как правило, имеют низкую объемную массу и их транспортирование невыгодно.

Таблица 27. Основные методы ликвидации нефтяных

Загрязнений почвы и воды

Метод ликвидации	Особенности применения
Загрязнение почвы
Сжигание	Экстренная мера при угрозе прорыва нефти в водные источники. Уничтожается от половины до 2/3 разлива, остальная часть просачивается в почву. В атмосферу попадают продукты возгонки и неполного окисления нефти
Промывка почвы	Проводится в промывных барабанах с применением ПАВ, промывные воды отстаиваются и очищаются. Промывка может осуществляться на месте с помощью дренажных систем
Экстракция растворителями	Проводится в промывных барабанах с последующей отгонкой растворителей с паром
Сорбция	Разливы на сравнительно твердой поверхности засыпают сорбентами для поглощения нефти и снижения пожароопасности
Биоремедиация	Применяются бактериальные нефтеразлагающие препараты, которые запахиваются в почву
Загрязнение воды
Локализация пятна	С помощью плавучих боновых заграждений или ограничением пятна струями воды
Сбор с помощью переливных и всасывающих устройств	Используются плавающие емкости, один из бортиков которых опущен ниже поверхности на предполагаемую толщину слоя нефти. Недостатки – невысокая скорость и значительный «прихват» воды
Сбор с помощью адгезионных устройств	Действие основано на принципе избирательной адгезии нефти гидрофобными покрытиями (алюминий, некоторые пластики и др.)
Сорбция	Метод наиболее эффективен для удаления тонких пленок, недостаток – потери при сборе
Применение бактериальных препаратов	Используются препараты в виде суспензии либо на носителях-сорбентах

Вместе с тем даже после очистки водоема или почвы с помощью сорбентов остается проблема их регенерации или утилизации сорбата. Производят отжим нефтепродуктов, их термическую отгонку, отмывку растворителями либо сжигание сорбата.

В этой связи преимущество имеет биоремедиация, когда осуществляется деструкция нефтяных загрязнений в результате деятельности биоты. Цель биоремедиации – создание на очищаемом участке водоема или почвы высокой концентрации организмов, активно окисляющих компоненты нефти. Возможно 2 варианта достижения этой цели:

– стимуляция жизнедеятельности природных микроорганизмов путем внесения биогенных элементов и стимуляторов роста;

– улучшение природного биоценоза путем внесения в виде препарата специально отселекционированных микроорганизмов, активно потребляющих данные загрязнения.

Наиболее близка к природным процессам фиторемедиация – использование фотосинтезирующих организмов (например, водорослей рода Chlorella, ряски). Однако процесс этот довольно длительный, более эффективным оказывается применение препаратов на основе бактерий – активных деструкторов компонентов нефти.

Микроорганизмы, окисляющие углеводороды, широко распространены в экосистемах, в больших количествах они встречаются в местах, загрязненных нефтепродуктами. Активными деструкторами компонентов нефти являются представители родов Rhodococcus, Mycobacterium, Acinetobacter, Arthrobacter, Micrococcus, Pseudomonas, Nocardia.

Изготовление препаратов для разложения нефтяных загрязнений включает следующие стадии:

1) получение чистых культур микроорганизмов-деструкторов. Такие микроорганизмы, как правило, выделяют из окружающей среды, осуществляя селекцию с целью получения наиболее активных штаммов. Кроме способности окислять углеводороды нефти, к этим микроорганизмам предъявляется еще ряд требований: они должны быть не патогенны, не токсичны, устойчивы к высоким концентрациям нефти и конкурентоспособны в борьбе с естественной микробиотой;

2) наращивание биомассы углеводородокисляющих микроорганизмов;

3) концентрирование и сушка и целью получения стабильного при хранении препарата.

Как правило, наиболее активными оказываются ассоциации микроорганизмов, поэтому культуры смешивают с учетом их возможного взаимодействия. Кроме того, во многие препараты добавляют биогенные элементы и вещества, стимулирующие развитие углеводородокисляющих микроорганизмов.

К настоящему времени разработано довольно большое число препаратов на основе разных микроорганизмов: «Родойл» (Rhodococcus erytropolis, Gordonia rubripertincta, Acinetobacter calcoaceticus), «Родер» (Rhodococcus rubber, Rhodococcus erytropolis), «Деворойл» (Pseudomonas, Candida, Rhodococcus), «Путидойл», «Биодеструктор» (Россия); «Биосистем Эрде» (Германия); «Phenobac», «Petrobac» (Ирландия); «Родобел-Т» (Республика Беларусь) и многие другие.

Для интенсификации процесса деструкции компонентов нефти постоянно проводится усовершенствование этих препаратов в различных направлениях:

– введение поверхностно-активных веществ либо штаммов микроорганизмов, синтезирующих эти вещества;

– получение препаратов в виде иммобилизованных на носителе штаммов-деструкторов. При этом в качестве носителей применяют сорбенты нефтепродуктов. Особенно большое внимание уделяют торфу, поскольку он сам по себе является хорошим сорбентом нефти с развитой поверхностью, кроме того, содержит гуминовые вещества, которые способствуют более эффективной деструкции компонентов нефти, в особенности тяжелых ее фракций;

– использование бактериально-грибных ассоциаций. В частности, сообщается, что при деструкции нефти в низких концентрациях в таких ассоциациях более активны бактерии, а с увеличением концентрации нефти возрастает роль грибов;

– обогащение почвы кислородом путем введения в состав препаратов неорганических пероксидов, в частности пероксида кальция.