Восстановление почвы после разлива нефти: методы ремедиации грунта
Чёрное золото и продукты его переработки — главный источник энергии для современной экономики. Однако не стоит забывать и о серьёзном экологическом ущербе, который наносит её использование. И речь идёт не только о выбросах в атмосферу: разливы нефти и нефтепродуктов причиняют страшный урон почве.
Но что делать, когда авария уже произошла? На сцену появляются технологии ремедиации (восстановления) грунта.
Ликвидируем разливы нефти: основные методы
Понятно, что ничего хорошего в разливе нефти нет, но проговорить негативные последствия лишний раз всё же не помешает.
«В результате загрязнения происходят необратимые изменения: нарушение естественных биоценозов, изменение их видового разнообразия; снижение дыхательной и продуктивной способности организмов; изменение ферментативной активности почв; ухудшение качества жизни и здоровья людей…
Присутствие в составе нефти летучих ароматических углеводородов, нафталина, а иногда соединений серы и других примесей обуславливает её высокую экологическую опасность как отхода деятельности человека», — пишут в статье «Микробиологическая ремедиация нефтезагрязнённых почв» сотрудники Санкт-Петербургского горного университета И. Д. Созина и А. С. Данилов.
Каковы же основные методы ликвидации нефтяных загрязнений? Исследователи из Санкт-Петербургского горного университета выделяют механические, физико-химические и биологические способы.
Механические применяются сразу после аварий, когда действовать нужно быстро, и имеют ряд недостатков, которые сказываются уже на стадии восстановления почвы. Так, обваловка загрязнения и откачка нефти в ёмкости не решают проблемы очистки почвы при просачивании нефти в грунт, пишет в статье «Некоторые способы ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов на почве» Е. В. Бенза.
Наконец, если есть угроза попадания жидких углеводородов в водоёмы, их попросту поджигают. Таким способом при этом можно уничтожить до 2/3 разлива, тогда как оставшаяся часть всё равно просачивается в почву, не говоря уже о большом количестве вредных выбросов в атмосферу.
Рассуждая о физико-химических методах, обычно подразумевают использование сорбентов. Здесь также можно применять различные материалы.
Самые доступные — это диатомиты, глина и песок. Они обладают низкой сорбционной ёмкостью и не удерживают бензина, дизельного топлива и керосина. Если разлив произошёл в водоёме, они ещё и тонут вместе с поглощённой нефтью. Остаётся только вопрос, что делать с отработанными сорбентами.
«Чаще всего сорбенты утилизируют путём выжигания (при этом происходит выброс парниковых газов), промывки водой с определённой концентрацией поверхностно-активных веществ или экстрагентов (что может привести к эвтрофикации водоёмов — чрезмерному росту водорослей, куда сбрасываются сточные воды) либо складирования отработанных сорбентов в отвалы (источник целого комплекса экологических проблем)», — читаем в статье И. Д. Созиной и А. С. Данилова.
Следующий вариант — использование синтетических сорбентов. Этот материал, отмечается в том же источнике, имеет ряд ценных преимуществ: низкую себестоимость, объёмность, лёгкий вес, плавучесть после поглощения нефти, высокую скорость сорбции, а также возможность регенерации и повторного использования. Однако и синтетические сорбенты не лишены недостатков. Основной из них — проблемы с утилизацией. Как правило, это сжигание, а это вновь сложности с вредными выбросами в атмосферу.
Можно использовать и органические сорбенты (торф, макулатура, опилки, шерсть и т. д.), однако они обладают малой ёмкостью и низкой скоростью адсорбции, так что их можно применять только при толщине нефтяной плёнки не более 0,1 мм, отмечают И. Д. Созина и А. С. Данилов.
К физико-химическим методам относят также промывку почвы в специальных барабанах с применением ПАВ (поверхностно-активных веществ).
Биологическая ремедиация: преимущества и ограничения
Если нефть уже попала в почву, наступает время микробиологической ремедиации. Суть этого метода заключается в использовании специальных микроорганизмов, которые могут включать нефть и нефтепродукты в свой метаболический цикл. В результате загрязняющие вещества разлагаются до диоксида углерода и воды. Как отмечает сотрудник Самарского государственного технического университета Елена Руденко, биологическая очистка проводится после завершения технической рекультивации и позволяет в три-четыре раза сократить время восстановления загрязнённых экосистем.
«Технологии биоремедиации можно разделить на две большие группы: in situ и ex situ. Последние предусматривают физическое удаление загрязнённого материала для проведения процесса его очистки, т. е. обработку выкопанной почвы. Напротив, методы in situ обеспечивают обработку загрязнённого материала на месте. Такие технологии очистки имеют многочисленные преимущества перед технологиями ex situ: они не требуют затрат на транспортирование, менее дороги, часто являются более щадящими для загрязнённой почвы и подземных вод, могут применяться к широко распространённым загрязняющим веществам, имеющим невысокую концентрацию, в то время как методами обработки ex situ можно удалить только отдельные загрязняющие вещества», — читаем в статье Е. Руденко «Биологическая ремедиация нефтезагрязнённых почв».
У метода биологической ремедиации сразу несколько преимуществ: высокая эффективность, универсальность, простота, минимальное воздействие на экосистемы и достаточно высокая рентабельность. Кроме этого, биологическую очистку можно совмещать с физическими или химическими способами обработки.
Однако есть у биологической ремедиации и ряд существенных ограничений.
«Серьёзные разливы нефти биологической очисткой, к сожалению, не удаляются: применимость биологических методов в большинстве случаев ограничивается концентрацией нефтепродуктов < 3% к весу почвы. Полнота удаления углеводородов при этом редко превышает 90%», — читаем в статье «Пределы биодоступности углеводородов в грунтах» на просветительском портале «Биомолекула».
Дело в том, что пока бактерии могут переработать не все виды нефтепродуктов. Более того, «иногда при микробных превращениях загрязнителей могут образоваться метаболиты, имеющие токсичность выше, чем у исходных соединений», пишет Елена Руденко.
Встречаются и ситуации, когда внедряемые в грунт бактерии вступают в конфликт с «аборигенными» микроорганизмами, что также снижает их эффективность.
Биологическая ремедиация: обзор успешных кейсов
Исследования в этом направлении продолжаются, учёные не прекращают разрабатывать всё новые штаммы бактерий. Например, долгое время серьёзные ограничения на использование микробиологической ремедиации накладывала вечная мерзлота в районах Крайнего Севера. Однако И. Д. Созина и А. С. Данилов отмечают, что в последние годы были найдены штаммы, способные эффективно работать даже в таких условиях.
Можно привести и другие примеры. Так, сотрудники Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) совместно с Лабораторией неразрушающего контроля в прошлом году запатентовали комплекс очистки грунтовых вод, которые загрязнены растворёнными нефтепродуктами. Принцип его действия заключается в закачке аборигенных микроорганизмов и кислорода. Испытания подтвердили эффективность метода, сейчас идёт работа над его масштабированием.
В 2020 году из нефтезагрязнённых почв Советского месторождения нефти на севере Томской области выделили три штамма углеводородокисляющих бактерий.
«Выделенные штаммы активно росли на питательных средах, содержащих в себе сырую нефть или дизельное топливо с высоким содержанием циклопарафинов в качестве единственного источника углерода и электронов, и были включены в состав коммерческого биопрепарата “Абориген” для биоремедиации нефтезагрязнённых почв», — читаем в «Известиях Томского политехнического университета».
В компании «Life Force», например, для целей биологической ремедиации предлагают использовать гуминовые вещества.
Из этого можно сделать вывод: несмотря на все недостатки и ограничения, использование микроорганизмов остаётся одним из самых перспективных методов ремедиации нефтезагрязнённых почв.
