Современные биоремедиационные технологии

Канд. техн. наук, заместитель директора Института инженерной безопасности МГСУ

Д. А. Корольченко

УДК 614.84

СОВРЕМЕННЫЕ БИОРЕМЕДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Представлены различные методы очистки почвы, грунта и воды от органических углеводородных загрязнений и отходов, основным из которых на сегодняшний день является метод биоремедиации. Изложена суть данного метода и путем сравнительного анализа выявлены его преимущества. Представлен также один из наиболее эффективных препаратов-биодеструкторов "Oil-Eaters". Описан принцип его действия, основу которого составляет процесс биоремедиации. Даны рекомендации по дозированию и применению препарата, а также выделены основные области его применения для муниципального, промышленного и коммерческого секторов.

Своевременная, эффективная и не требующая больших материальных вложений очистка почвы и воды, а также утилизация органических отходов требуют разработки новых высокоэкологичных технологий. В связи с этим наиболее широкое распространение сегодня получила технология биоремедиации.

Биоремедиация (bio — жизнь, remedio — лечение) основана на внедрении в загрязненную экосистему активных микроорганизмов-деструкторов. Для биоремедиации почвы и воды используются биологические препараты, основу которых составляют специально подобранные микроорганизмы (бактерии), ферменты и биосурфактанты (поверхностно-активные вещества), способные ускорять процесс естественного разложения органического загрязнения.

Бактерии являются живыми организмами, которые потребляют загрязняющее вещество в качестве источника энергии жизнедеятельности и перерабатывают его в безопасные для окружающей среды продукты собственного метаболизма — углекислый газ, воду и минеральные соли. А ферменты и биосурфактанты служат катализатором биологического процесса: они быстро расщепляют органические молекулы, существенно облегчая тем самым усвоение бактериями загрязняющего вещества.

В очищаемую среду или утилизируемые отходы вносятся высокие концентрации ранее выделенных из почвы, селекционированных и размноженных штаммов бактерий в форме готового к применению препарата. Результатом их деятельности станет полная нейтрализация неблагоприятного подавляющего воздействия загрязнителей на естественные

процессы биологического самоочищения почвы и воды.

Препарат-биодеструктор "Oil-Eaters" Emergency Liquid Spill Control (далее "Oil-Eaters") производства компании Fischer Engineering Holding B. V. не только способствует интенсивному разрушению, деградации и поглощению загрязняющих веществ углеводородокисляющими бактериями, но и препятствует возгоранию нефти и нефтепродуктов в случае аварийных проливов. Уникальное сочетание селективно адаптированных к различным условиям жизнедеятельности штаммов бактерий с поверхностно-активными веществами и ферментами делает этот препарат универсальным в применении ко многим загрязняющим веществам органического происхождения, таким как:

• нефтепродукты, например бензин, дизельное топливо, различные виды авиационного топлива и моторные масла;

• гликоли (компоненты антифриза);

• триметилбутиловый эфир;

• полиароматические углеводороды, метанол, топливо на основе метилового спирта;

• толуол и ацетон;

• отходы полиуретанов;

• конденсат нефтепровода;

• органические отходы, такие как жиры и масла;

• органические скопления в дренажных системах предприятий общественного питания (маслянистые осадки, целлюлозные отходы);

• AFFF (пленкообразующие пенные концентраты на водной основе) и т.д.

В процессе обработки углеводородных или органических загрязнений препаратом "Oil-Eaters"

ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНаСТЬ 2007 ТОМ 16 №5

75

сначала действуют поверхностно-активные вещества. Они снижают межфазное поверхностное натяжение на границе углеводород — вода и разбивают слой нефтепродукта на мельчайшие капельки, а загрязняющие вещества разрушают на простые молекулы, что способствует более эффективному поглощению загрязнения бактериями. Затем ферменты (их называют также биокатализаторами) интенсифицируют процесс репродукции и роста популяции бактерий. Бактерии, в свою очередь, полностью усваивают загрязняющие вещества и перерабатывают их в экологически безвредные, нетоксичные продукты собственного метаболизма — воду, углекислоту, биомассу микробов и минеральный субстрат.

В основу препарата "Oil-Eaters" входит ассоциация нескольких штаммов бактерий рода Bacillus — непатогенных, не подверженных мутациям микроорганизмов. Обычно препарат поставляется в концентрированном виде, готовом для немедленного смешивания с водой в необходимых пропорциях и дальнейшего применения. После ликвидации загрязнения препарат полностью ассимилируется по мере активизации естественной аборигенной микрофлоры. Срок хранения препарата составляет 10 лет.

Выбору бактерий рода Bacillus как основы препарата предшествовало длительное изучение их особенности как деструкторов биологически резистентных загрязнителей. Наряду с другими угле-водородокисляющими микроорганизмами, существующими в природе, они имеют наиболее широкое распространение.

В период с 1990 по 2000 гг. ученые компании Fischer Engineering Holding B. V. селекционировали из образцов загрязненной почвы штаммы бактерий, наиболее агрессивно и эффективно поглощающих загрязнения, которые и вошли в состав "Oil-Eaters".

В отличие от препаратов, созданных на основе чистой или смешанной микробной культуры угле-водородокисляющих микроорганизмов, накопительная почвенная микробная культура препарата "Oil-Eaters" представляет собой сообщество разнообразных, взаимно дополняющих друг друга почвенных микроорганизмов, адаптированных к конкретному загрязнению и физико-химическим условиям почвы и воды.

Bacillus spores, входящие в состав препарата, являются факультативными бактериями. Они обладают способностью разрушать и поглощать загрязнения как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Следует также отметить их уникальную способность возвращаться в спорообразное состояние, как бы "впадать в спячку", при отсутствии загрязняю-

щего вещества или воды. Как только среда становится влажной (выпадение дождя или повторное увлажение), бактерии вновь оживают и готовы к деятельности. Что же касается препаратов с содержанием вегетативных бактерий, то сразу после исчезновения влаги цикл жизни этих микроорганизмов прерывается. Преимуществом препарата является также способность Bacillus spores нормально функционировать при колебаниях кислотно-щелочного баланса от 4,5 до 11,5, тогда как вегетативные бактерии могут выжить лишь при колебаниях данного показателя от 6,0 до 9,0.

Препарат "Oil-Eaters", в отличие от порошковых аналогов, достаточно прост в применении и может быть использован в качестве средства быстрого реагирования при аварийных разливах нефти и нефтепродуктов на почве и воде. Порошковые биопрепараты перед использованием нужно разводить водой и оставлять на срок до 24 ч, а жидкий концентрированный состав "Oil-Eaters" всегда готов к незамедлительному применению после смешивания с водой.

Необходимо обратить внимание на следующие рекомендации по дозированию и применению препарата.

В случае пролива беспримесных или почти беспримесных жидкостей следует определить масштаб загрязнения по объему пролива. Необходимое количество препарата будет равно 10% от объема загрязняющего вещества. Руководствуясь параметрами загрязнения (тип загрязнения, время пролива, степень вязкости и летучести загрязнителя и т.д.), нужно развести препарат в рекомендуемом процентном соотношении. Обычно для тяжелых углеводородов, таких как моторные масла и рабочие жидкости, используется 3%-ный раствор препарата (3 части концентрата на 97 частей воды). Чтобы ускорить процесс разложения загрязнения, раствор следует наносить под давлением для более тщательного смешивания препарата с поллютантом.

В случае загрязнения почвы точный расчет необходимого количества биодеструктора будет зависеть от типа загрязнения, глубины его проникновения, влагоемкости и пористости почвы, плотности поверхностного слоя и температуры окружающей среды. Место загрязнения должно быть тщательно орошено приготовленным составом. Для достижения максимальной интенсивности биоремедиации нужно постоянно поддерживать уровень увлажненности почвы. При длительном восстановлении сильно загрязненных почв и грунтов (сроком более 30 дней) может потребоваться применение специального биокатализатора.

В мировой практике применяются различные методы очищения и восстановления почвы, загряз-

ненной нефтью. По технологии проведения очистки их можно разделить на две группы.

К первой группе относятся методы "ex situ" (лат. - "вне места"), предусматривающие выемку загрязненного грунта и последующие мероприятия по ликвидации загрязнения.

Помещение загрязненной почвы и грунта в биореактор. Предварительно из почвы удаляются крупные камни, а грунт подвергается перемешиванию, что делает их консистенцию более однородной. Затем добавляют воду до образования глинистой суспензии и уже в суспензию вносят состав с микроорганизмами, для которых в реакторе создаются оптимальные условия. После завершения процесса очистки почва и грунт высушиваются и возвращаются в окружающую среду.

Выемка загрязненной почвы или грунта и вывоз на специально подготовленные площадки — полевые грядки. Этот метод предусматривает распределение вынутого грунта на специально подготовленной площади, проведение аэрации посредством многократного рыхления и принудительной вентиляции почвы, орошение и введение питательных веществ и микроорганизмов.

Вывоз на свалку. Загрязненный нефтью и нефтепродуктами грунт и твердые материалы добавляют к отходам на городских свалках в количестве 1-2% от общего количества отходов. Такое соотношение нефтепродуктов и отходов является вполне экологически обоснованным и безопасным.

Санирование в кагатах, которое предусматривает выемку загрязненной почвы и укладку ее в форме кагата высотой 0,4-2,0 м. После этого кагат орошается суспензией биомассы микроорганизмов и питательных веществ. Для предотвращения эрозии проводится эвентуальное озеленение кагата.

Обработка загрязненного нефтью грунта в стационарных условиях на двух-трех блочных линиях грубой и тонкой очистки, позволяющих максимально извлечь и довести до оптимального уровня содержание нефти в грунте. Грунт с концентрацией нефтепродуктов не более 15 г/кг возвращается на участок, откуда он был изъят. Затем следует период рекультивации территории (технологии АО "ГенЭКО", Россия; LRS-технология, США и др.).

Ко второй группе относятся методы "in situ" (лат.—"на месте"), включающие в себя проведение мероприятий по очистке почвы непосредственно на участке загрязнения.

Биоаугментация — обработка загрязненной почвы нефтеокисляющими микроорганизмами (в том числе генетически модифицированными) в сочетании с введением комплекса минеральных удобрений.

Биостимуляция — обработка загрязнения, в процессе которой проводится аэрация и подкармливание почвы для обеспечения бактерий аборигенной микрофлоры питательными веществами.

Метод биоремедиации в данном случае совмещает в себе преимущества обеих групп методов очистки. Биоремедиация может проводиться как "ex situ", так и "in situ".

В первом варианте почва с загрязняющим веществом помещается в специально оборудованную установку (метод очищения в биореакторе, ланд-фарминг и т.д.) для дальнейшей очистки. При использовании препарата "Oil-Eaters" предварительного разжижения почвы не требуется, поэтому очистка займет гораздо меньше времени.

Во втором варианте процесс очистки производится на месте, откуда невозможно осуществить выемку грунта (под автомагистралями, зданиями, взлетно-посадочными полосами и т.д.). Преимуществом биоремедиации в данном случае является одновременная очистка почвы и грунтовых вод. Кроме того, эффективность биоремедиации не зависит от условий, необходимых для других методов "in situ".

Следует также отметить, что при сравнительно низкой себестоимости данный метод очистки избавляет от долгосрочных обязательств по ликвидации загрязнения, как при захоронении органических отходов, поскольку загрязняющее вещество обезвреживается и полностью поглощается бактериями.

Метод биоремедиации является одинаково эффективным как на уровне, включающем почву, грунт и поверхностные воды, так и на более глубоком уровне, включающем подпочву и грунтовые воды. К преимуществам данного метода очистки относится возможность целенаправленного применения его в нужном месте и в нужное время, высокая скорость усвоения и переработки загрязнителей на безвредные для окружающей среды продукты жизнедеятельности бактерий, экологическая и гигиеническая безопасность.

Одной из основных сфер применения препарата-биодеструктора "Oil-Eaters" является очистка почвы и грунта от нефти и нефтепродуктов, но не менее эффективно его применение и в других областях, таких как:

• очистка резервуаров нефти, утилизация и обезвреживание гудронообразных нефтяных отходов;

• устранение случайных разливов на перерабатывающих, технологических установках, заправочных станциях; дорогах и парковках; вокруг территорий СТО, в зонах хранения масел и смазочных материалов и т.д.;

ООЖАРООЗРЬЮОБЕЗООАСНОСТЬ 2007 ТОМ 16 №5

77

• очистка водоемов от загрязнения нефтепродуктами. Уничтожение тонких нефтяных и бензиновых пленок на поверхности воды;

• биологическая очистка поверхностных вод и донных отложений водоемов от интенсивного загрязнения (органический мусор, плохо очищенные сточные воды, нанос, удобрения, фекалии рыб и водоплавающих птиц и т.д.);

• биологическая очистка сточных вод предприятий пищевой и легкой промышленности: разложение фенольных компонентов, цианидов и ти-оцианидов, жиров, жирных кислот и масел;

• нейтрализация тяжелых неприятных запахов, источником которых являются летучие органи-

ческие соединения меркаптанов, фенолов, сероводорода и аммиака, образующихся в процессе переработки сырья, очистки сточных вод, переработки или хранения отходов и т.д.; • очистка канализационных коммуникаций предприятий общественного питания (канализационные трубы, сточные колодцы, отстойники) от органических отложений и предотвращение за-соров. Очистка жироуловителей путем уменьшения в них содержания жиров, масел, белков,

моющих средств и других органических отходов.

***

Автор выражает благодарность К. М. Реве за помощь в подготовке статьи к публикации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Sonenshein. Bacillus subtilis and Other Gram-Positive Bacteria. — AMS. Washington, D.C., 1993.

2. Bioremediation may be key for soil and ground water pollution cleanup, Cornell University Science News, October 1993.

Поступила в редакцию 20.09.07.