Разливы нефти растут быстрее чем добыча /Настоящее и будущее биоремедиации почв /

Мурыгина В. П.¹, Маркарова М. Ю.², Трофимов С. Я.³, Гайдамака С. Н.¹

1 Химический факультет МГУ, Москва; 2 Институт Биологии Коми, Сыктывкар; 3 Факультет Почвоведения МГУ, Москва

Прошедший 2013 год был объявлен Годом охраны окружающей среды, и будем надеяться, что в стране начнется наведение экологического порядка.

В последнее время состояние окружающей среды (почв, вод, воздуха) угрожает не только здоровью людей, но также и всему живому на Земле. Во всем мире большое внимание уделяют очистке и восстановлению окружающей среды, загрязненной ксенобиотиками. В России решение экологических проблем очень долго считалось делом второстепенным. В настоящее время общественность, правительство, крупные добывающие и перерабатывающие компании, а также химические предприятия стали больше внимания уделять решению экологических проблем в городах, в местах добычи полезных ископаемых и в стране в целом.

Основные ксенобиотики, загрязняющие почвы и воды, как поверхностные, так и подземные – это в первую очередь нефть и нефтепродукты, полиароматические углеводороды (ПАУ), пестициды и полихлорированные бифенилы (ПХБ), тяжелые металлы (ТМ) и радионуклиды, поверхностно активные вещества, или детергенты (ПАВ), и проч. т.е. разнообразные продукты химических, перерабатывающих и добывающих предприятий России.

На рис. 1 показано, как выглядят аварийные разливы нефти на почве и водной поверхности.

Рис. 1. Аварийные разливы нефти на почве и на водной поверхности озера

Нефть, на которой построена экономика России, и продукты ее переработки являются одними из самых распространенных веществ, загрязняющих и атмосферу, и почвы, и воды. В России в 2013 г было добыто 523,3 млн. тонн нефти. Лидером по добыче нефти и конденсата по-прежнему осталась «Роснефть» совместно с ТНК-ВР, далее идет «ЛУКОЙЛ», «Сургутнефтегаз», «Газпром нефть», «Татнефть», «Славнефть», «Русснефть», «Башнефть» и завершает перечень «Газпром» [1,2].

Как результат, в основных нефтегазодобывающих регионах России огромные территории загрязнены нефтью. По экспертным оценкам на нефтепромыслах теряется от 3 до 7% от всего объема добываемой нефти, причем большая часть выделяемых загрязняющих веществ – до 75% поступает в атмосферу, 20% в водные источники и 5% в почву [3]. Причем количество аварийных разливов нефти и утечек нефтепродуктов ежегодно увеличивается НЕ пропорционально росту добычи, а существенно быстрее. Росприроднадзор располагает данными, которые предоставляются организациями и добывающими компаниями о подобных происшествиях и об устранении их последствий. Но никто толком не ведет ни учет количества нефтяных разливов, ни количества разлившейся нефти, поэтому невозможно понять, сколько в действительности выливается нефти, по крайне мере на суше

Официальная статистика фиксирует только те разливы, при которых выливается более 8 т нефти. А разлив до 7 т включительно считается просто инцидентом, который не нужно декларировать, и о котором можно не оповещать власти. Пполучается некое поощрение к утаиванию инцидентов?. Это с одной стороны. С другой стороны контролирующие органы при обнаружении разливов нефти сразу накладывают штрафные санкции на нефтяные компании (НК). Компании, не желая попадать под штрафные санкции, стремятся уменьшить цифры разливов, утаивают сами разливы или устраняют последствия разливов лишь частично, в районе порыва трубы, то есть исключительно в поле зрения проверяющих организаций. За рубежом (США, Англия, Скандинавские страны) иная система наложения штрафных санкций [4]. При аварийных разливах государство за счет страхования помогает ликвидировать аварийные ситуации и накладывает штраф только в том случае, если объект не сдан в оговоренный срок или работа выполнена некачественно. В России пока не существует законодательства, соответствующего современным экологическим требованиям к мероприятиям по защите окружающей среды от ксенобиотиков.

Причины загрязнений окружающей среды нефтью и нефтепродуктами в России — известны. Они обусловлены изношенностью труб большинства нефте- и продуктопроводов, большой протяженностью трубопроводов при транспортировке нефти, в том числе в суровых условиях Севера Европейской части России и Сибири, несанкционированными врезками в продуктопроводы, а также несовершенством технологий переработки нефти. В результате серьезно ухудшается экологическая обстановка в регионах.  Так, выступая на заседании правительственной комиссии в 2014 г по вопросам стратегии развития топливно-энергетического комплекса и экологической безопасности, министр природных ресурсов и экологии РФ Сергей Донской сказал: »Существует несколько оценок износа основных фондов эксплуатирующихся скважин, внутрипромысловых и межпромысловых трубопроводов. По данным, предоставленным нефтедобывающими компаниями по запросу Минприроды России, износ основных фондов составляет не более 20% на отдельных месторождениях. По оценке общественных природоохранных организаций и отдельных экспертов, износ составляет более 60% при среднем сроке эксплуатации 30 лет (стальные нефтепроводы без антикоррозионной защиты, как правило, могут эксплуатироваться без порывов до 10–15, в редких случаях — 20 лет). По информации общественных природоохранных организаций, из-за износа оборудования ежегодно происходит более 25 тыс. аварийных разливов, из которых не более 5 тыс. оказываются в поле зрения надзорных органов. При этом в окружающую среду, по информации нефтедобывающих компаний, ежегодно попадает не более 10 тыс. тонн нефти и нефтепродуктов, а по различным экспертным оценкам общественных природоохранных организаций, — более 1,5 млн. тонн» [5].

К концу 2011 года в России накоплено больше 31 млрд. тонн отходов, связанных с прошлой экономической деятельностью. При этом каждый год на поверхность поступает около 1 млрд. куб. м. пустой породы, а площадь, занимаемая отходами, ежегодно увеличивается на 300-400 тыс. га [6].

Лет 20 назад очистку почв, загрязненных нефтью, предпочитали проводить или методом сжигания нефтяного пятна, или засыпкой его песком или землеванием, т.е. снятием верхнего загрязненного слоя и его захоронением. Эти методы приводили к длительному вторичному загрязнению окружающей среды. Метод сжигания был широко распространен на нефтепромыслах, но сроки последующего естественного восстановления таких почв после сжигания были очень большими [7].

На самом деле сжигание нефти на почве или болоте является преступлением, потому что почва дает жизнь не только микроорганизмам, простейшим животным, но и растениям, и всему животному миру, в том числе, и человеку. Поэтому загрязненную почву, которая является живым организмом [8], необходимо очищать от избыточного нефтяного загрязнения, бережно восстанавливать, т.е. лечить, помогая максимально приблизить к состоянию незагрязненной, чистой почвы, и возродить ее биологическую активность и биологическое разнообразие ее микро- и макромира.

За рубежом предпочтение отдается физическим и физико-химическим методам очистки от ксенобиотиков загрязненных почв, подпочвенных вод и подземных загрязнений. Это электрохимические методы, биовентилирование, закачивание пара в почву под давлением и экстракция ксенобиотиков, введение сильных окислителей, суперкритическая экстракция и проч.). Методы дорогие, энергозатратные, но высокоэффективные и быстродействующие. Параллельно с этими методами применяются и методы биорекультивации (биоремедиации) загрязненных ксенобиотиками объектов с использованием разнообразных микробных и грибных препаратов, растений, дождевых червей. В России методам биорекультивации (биоремедиации) отдается предпочтение из-за огромных площадей, загрязненных, в первую очередь нефтью.

За рубежом при биоремедиации в последнее время предпочтение отдается методам активизации аборигенной микрофлоры, как на месте (on-site), так и после выемки загрязненной почвы и перемещении ее на площадку или полигон (ex-situ), а также под почвой в глубине (in-situ).

Биоремедиация — это комплекс методов очистки (излечивания) почв и вод, основанных на использовании биохимического потенциала, в первую очередь микроорганизмов (бактерий, микромицетов), водорослей, высших растений, почвенных обитателей, в основном дождевых червей, без нанесения при этом дополнительного ущерба окружающей среде.

Основной комплекс биоремедиационных мероприятий на почвах, загрязненных ксенобиотиками, в первую очередь в России, включает рыхление или вспашку, или фрезерование, применение оптимальных доз минеральных и органических удобрений, посев и последующая запашка различных сидератов (зеленых удобрений), илов со станций биологической очистки сточных вод, биогумуса, нетоксичных отходов пищевой промышленности, микроорганизмов-деструкторов, и в конце — проведение фиторемедиации. Все эти мероприятия направлены на создание оптимальных условий для жизнедеятельности как почвенных, так и привнесенных микроорганизмов, стимулированию их деятельности и повышению их метаболической и деструктивной активности.

Считается, что технологии биоремедиации почв и воды от ксенобиотиков могут использоваться только при концентрации различных ксенобиотиков ниже уровня их токсичности для применяемых микроорганизмов, растений, почвенных обитателей. На практике это положение соблюдается не всегда.

Технологии биоремедиации, активно применяемые в России, перечислены в таблице 1.

Таблица 1. Технологии биорекультивации (биоремедиации), применяемые в России

Примечание: * — загрязнение находится под верхним слоем почвы, эти технологии биоремедиации в России применяется редко

В России разработано большое количество разнообразных эффективных препаратов-деструкторов ксенобиотиков, и ежегодно появляются новые препараты-деструкторы различных ксенобиотиков и препараты-целители, обогащающие почву азотом и другими полезными веществами (Табл. 2.).  Многие из них иммобилизованы на носителях типа торфа, соломы, перлита, глауконита, опилок и проч. Выпускаются препараты в виде порошков, сыпучих материалов, гранул, паст, жидких препаратов. В препараты часто добавляют биогенные элементы, раскислители, витамины, ферменты, жирные кислоты, семена растений [9-29]. Интересны препараты, разработанные ЗАО «Биофлора». Они сочетают в себе достоинства удобрительной органики и не имеют ее недостатков, являются экологически чистыми, получены на основе почвенных микроорганизмов, безвредны для человека, животных, птиц, насекомых. Эти биопрепараты обеспечивают полноценное комплексное питание растений, способствуют биологической активации почвы, повышению интенсивности фотосинтеза и оздоровлению почв в целом.

Таблица 2. Отечественные препараты-деструкторы ксенобиотиков и активаторы почвенной микрофлоры

Однако широкого применения ВСЕ разработанные и имеющиеся препараты-деструкторы ксенобиотиков в России не имеют. Это обусловлено многими причинами. В первую очередь сложностью оформления и получения разрешительных документов на применение препаратов в природе, причем не только из-за длительности самой процедуры, сколько из-за финансовых затрат для проведения необходимых проверок, получения необходимых заключений, на проведение генотипирования, патентования и получения сертификата соответствия. И самое сложное – это выход на рынок препаратов. Результаты сравнительных испытаний группы различных препаратов-нефтедеструкторов, в том числе самых применяемых в больших НК, и в лабораторных, и в полевых условиях показали, что разница в эффективности сравниваемых препаратов была незначительной (рис. 2., Табл. 3). И широкое применение узкого ряда препаратов в НК обусловлено исключительно эффективным менеджментом этих препаратов, а не активностью и эффективностью этих же препаратов. И, конечно, совершенно не допустимо, чтобы экспертом по оценке качества других препаратов-нефтедеструкторов в тендерах выступали авторы и разработчики конкурирующего препарата, т.е. фактически заинтересованные лица (!). Факт совершенно не допустимый. Экспертиза препаратов на тендерах должна проводиться сторонней организацией, а не заинтересованным лицом. Тем более, что загрязнены нефтью и нефтепродуктами огромные территории в России, и практически для каждого имеющегося препарата-нефтедеструктора найдется место для применения.

Таблица 3. Газохроматографический  анализ минеральной почвы до и после биоремедиации, (пилотные испытания) указана высота  пиков, мв

Центрин, деградация – 18,3%                            МД, деградация — 19,3%

Родер,  деградация — 21,5%                            Универсал,  деградация – 17,1%

Биоойл,  деградация – 18,5%      Деворойл,  деградация – 20,0%

Рис. 2.  Биоремедиация загрязненной нефтью минеральной почвы препаратами-нефтедеструкторами, 2010 (АНО «Экотерра», лабораторные испытания)

Следует акцентировать внимание на основное условие для применяемых в природе препаратов: должна быть точная идентификация до рода и до вида каждого микроорганизма, составляющего препарат, его генетический паспорт, а не так, как например, Acinetobacter species JN-2 в препарате Дестройл. И, конечно, должна быть проверка штаммов на патогенность, токсичность, токсигенность, мутагенность для растений и теплокровных животных.

Примеры применения в России техники, разработанной нашими специалистами, и технологий для биоремедиации почв различного типа от загрязнений нефтью и нефтепродуктами.

1. Технологии on site. Мелиорация почв (органических, минеральных и органоминеральных), загрязненных нефтью, подразумевает фрезерование с известкованием и нанесение на поверхность загрязненной почвы чистого торфа с удобрениями и высевом семян растений, устойчивых к нефтяному загрязнению (фиторемедиация, или фитомелиорация) без снятия верхнего сильно загрязненного нефтью слоя почвы. Этот метод хорошо зарекомендовал себя на почвах с уровнем нефтяного загрязнения ниже 100 г/кг на торфяных почвах и ниже 50г/кг на минеральных почвах (рис. 3) [30].