3. Биопрепараты - деструкторы нефти и нефтепродуктов

          В России под биопрепаратом чаще всего понимают препараты на основе штаммов мик-роорганизмов, которые получили все необходимые разрешительные документы, т.е. эти препа-раты безопасны с медицинских, санитарно-гигиенических и экологических позиций и не имеют противопоказаний для промышленной наработки.
          Комплекс мероприятий, завершающихся получением разрешения на использование био-препарата, обычно включает в себя работы по таксономической идентификации штаммов-биодеструкторов (для микроорганизмов, выделенных из природных сред), токсико-гигиеническую оценку микробных препаратов, определение ПДК клеток в рабочей зоне (зоне применения препарата), составление паспорта на биопрепарат, получение сертификата на био-препарат, удостоверяющего его медицинскую и эколого-гигиеническую безвредность.
          Биопрепараты на основе штаммов нефтеокисляющих микроорганизмов подразделяются на две основные группы:
          -    биопрепараты на основе монокультуры;
          -    биопрепараты, в состав которых входит несколько штаммов микроорганизмов.
Монобактериальные препараты характеризуются более узкой специфичностью по отно-шению к индивидуальным углеводородам, более узким интервалом рН, оптимальным для ак-тивности микроорганизмов, а также интервалом солености, температуры, концентрации угле-водородов. Полибактериальные препараты имеют более широкие адаптационные и экологиче-ские возможности для использования.
          Подбор микроорганизмов - деструкторов различных углеводородов, в том числе и в со-ставе нефтей, не вызывает особых проблем. Они широко распространены в природе, причем в нашей стране накоплен особенно большой опыт работы с ними в связи с созданием на протя-жении 60-70-х гг. крупнотоннажной промышленности по получению БВК из углеводородов нефти в качестве сырья.
          На отечественном рынке в последнее время появилось большое количество биопрепара-тов для ликвидации загрязнений нефтью и нефтепродуктами, подтвердивших свою эффектив-ность в различных условиях очистки и для различных нефтепродуктов, причем фирмы, зани-мающиеся проведением очистных и рекультивационных мероприятий считают для себя менее хлопотным и более выгодным налаживать выпуск собственного биопрепарата, чем покупать готовый на стороне. В этой связи необходимо отметить, что не все из испытывавшихся штам-мов микроорганизмов-деструкторов обладали необходимыми разрешительными документами.
          Биопрепараты представляют собой массу жизнеспособных клеток микроорганизмов- биодеструкторов и различаются используемыми для их получения штаммами, которые характе-ризуются различными физиолого-биохимическими свойствами, такими как термотолерант-ность, осмофильность, оптимальные для роста значения рН, способность включать в метаболи-ческие процессы разные классы углеводородов и спектры н-алканов Эти физиолого-биохимические свойства штаммов - биодеструкторов определяют эффективность применения биопрепаратов в разных почвенно-климатических зонах, для удаления определенных по хими-ческому составу загрязнений.
          Как правило, все разработанные препараты предназначаются для уничтожения загрязне-ния нефтью и нефтепродуктами не только почвы и грунта, но и пресных водоемов, акватории морей, стоков промышленных предприятий и загрязненных внутренних поверхностей техноло-гических резервуаров и танков.
Некоторые характеристики наиболее известных препаратов приведены в таблице 1
 

 

Препарат,

цена за кг

Действующее

начало

Условия работы

Нормы расхода

Срок очистки в оптим. условиях

Источник информации

1.

Путидойл,

(разработка ЗапСибнигни, г. Тюмень),

29 $/кг

Pseudomonas putida

t°С +10 - +35, концентрация загрязнений в почве не более 10% при глубине проникновения не более  15 см; в воде не выше 20 г/л, толщина пленки нефти до 10 мм.

3-15 кг/га почвы, 3-5 г/м3 грунта,

2-8 г/м3 загрязн. емкости, 2-5 кг/га водной поверхности

1-2 мес,  2-3 нед. на спец. площадках, 5-10 дней в емкости

А.с. 1428809 опубл. 07.10.88; инструкция по  применению

2.

Деворойл,

(разработка ИНМИ РАН, г. Москва)

35 -45 $/кг

Ассоциация бактерий и дрожжей,    включающая липофильные и гидрофильные штаммы, с различным оптимумом рН и высокой осмофильностью (до 120 г/л NaCl), медленнорастущие и быстрорастущие  (Rhodococcus spp. - 3  штамма, Alcaligencs sp., Jarrowia lipolytica и др.)

t°С +5 - +40, рН 4,5-9,5 загрязнение до 20 кг/м2 поверхности почвы; окисляют н-алканы С930, ароматические соединения - фенол, крезол, пирокатехин и др.

5-10 кг/га почвы, 1 кг/га поверхности водоема

1-2 мес.

А.с. 2023686 опубл. 30.11.94; инструкция по  применению

3.

Биодеструктор - Валентис и др.,

(разработка ГосНИИ-Синтезбелок. г. Москва)

35-45 $/кг

Acinetobacter Valentis

t°C +10 - +50, рН 6-8 концентрация загрязнений не выше 20 кг/м2

10-15 кг/га

почвы

1-2 мес.

Инструкция по применению

4

Деградойл

Azotobacter vinelandii и др. микроорганизмы

t°C +10 -+35 загрязнение до 20 г/кг почвы, широкая субстратная специфичность

5-10 кг/га почвы

1-2 мес.

рекламная информация

5.

Олеоворин, Биоприн,

(разработка ГосНИИ-Синтезбелок. г. Москва)

35-45 $/кг

Acinetobacter oleovorum, дрожжи р. Candida

t°C +3 - +45. рН 3,5-10. загрязнение до 20 г/кг почвы

15 кг/га почвы, 10 кг/га поверхности воды

1-2 мес.

А.с. 1809822, опубл. 15.04.93.

А.с. 2007372 опубл. 15.02.94

6.

Эконадин,

5-6 $/кг вместе с торфом

Pseudomonas fluorescens на сфагновом торфе (около 10 мг клеток на 1 г торфа)

t°C +5 - +32

влажность торфа не более 10%

30-50 кг/ 100м2 почвы, 100-240

кг/м3 нефти

3-4 мес. в почве, 2-4 нед. с поверхности воды

А.с. 2033975 опубл. 30.04.95, А.с. 2031860 опубл. 27.03.95

7.

Экойл,

3,5-6 $/кг (с торфом),

Экойл-М,

Фежел-Био,

(разработка ГНЦ    прикладной микробиологии, п. Оболенск Моск. обл.)

Pseudomonas sp. на модифицированном торфе, Acinetobacter sp, Муcobacterium flavescens. ассоциации микроорганизмов в жидком или лиофилизированном виде

t°C не ниже+5, загрязненность до 25 г/кг

30-50 кг/ 100м2 почвы, 100 кг/м3 нефти

3-4 мес. в почве, 1-2 мес. с поверхности воды

Рекламная информация

8.

Аллегро,

(ГосНИИСинтезбелок)

на основе монокультуры

ароматические углеводороды

 

 

 

9.

Торнадо, (ГосНИИСинтезбелок)

на основе монокультуры

рН 6 - 8, пресные воды

 

 

 

10

Лидер,

(ГосНИИСинтезбелок)

на основе монокультуры

морская вода и засоленные почвы

 

 

 

11.

Родер,

(ГосНИИнефть, г. Москва)

на основе монокультуры

 

 

 

 

12

НХ7,

(разработка ГосНИИГенетики, г. Москва)

Rhodococccus sp.

5-30 °C, рН 4.5-10, активен при невысоких положительных температурах (+5- + 18° С) и высоком содержании нефти в среде, работает в широком диапазоне солености среды, обладает широкой субстратной специфичностью, не требует предварительной активации перед использованием

10 кг/га почвы

1-2 мес.

Заявка N 93041474 от 25 августа 1993 г.

13.

Лестан,

(Киевский госуниверситет пищевых технологий, Институт микробиологии и вирусологии НАН Украины, г. Киев)

бактериальный препарат на носителе с добавлением ПАВ в количестве 1-2 г  ПАВ/л суспензии

Устойчив к замораживанию и нагреву. При обработке поверхностей препарат наносится в виде биопены.

 

Разложение 90% нефти в почве за 30-40 дн.

Прикладная биохимия и микробиология. 1996. т.32. N2, с.219- 223

14.

Рага-Вас, (фирма Miсго-Вас, США)

полибактериальный

 

 

 

 

15

Noggies NG20,

(фирма Biodetox)

применяется в виде биопены

для очистки от мазута

 

Степень очистки 90% за 35 дней при содержании 8-9 г. мазута/ кг сухой почвы

Environ. Technol., 1990. v. 11, N5, р. 443-454

16

UNI-REM

(фирма Bio Tech Service, США)

ферментный препарат

 

 

 

 

17

FуrеZyme,

(фирма Ecotech International, США).

ферментный препарат

 

 

 

 

            Препарат "Путидойл" появился первым в ряду биопрепаратов-нефтедеструкторов. Его действующим началом являлись бактерии Pseudomonas putida, обладающие по данным разра-ботчиков высокой окислительной активностью в отношении углеводородов нефти прямой, раз-ветвленной и циклической структур. Препарат получали путем высушивания выращенной бак-териальной массы и использовали в виде взвеси бактериальных клеток (не более 0,2% к объему раствора) в 0,07%-ом растворе минеральных солей (аммофоса или диаммофоса).            Активирование препарата производилось выдерживанием суспензии при перемешивании и аэрации 4-18 ч. при t= 26-30°C.
           По результатам исследований и испытаний были определены расходные нормативы и выработаны рекомендации по использованию препарата "Путидойл" (таблица 2).
           Препарат "Деворойл" получен на основе консорциума микроорганизмов дрожжей и бак-терий Rhodococcus longus, Rhodococcus maris, Rhodococcus erythropolis, Alcaligenes sp., Pseudo-monas stutzeri, Jarrowia lipolytica, Candida sp., растущих на углеводородах различных классов и их производных, устойчивых к повышенной солености (до 150 г/л NaCl), к резким колебаниям температуры от +5 до +40°C, с активностью в широком диапазоне рН (от 4,5 до 9,5) при интен-сивности загрязнения почвы нефтью более 5%. Высокая эффективность применения "Деворой-ла" по данным разработчиков определяется тем, что в состав препарата входят липофильные и гидрофильные микроорганизмы: бактерии, окисляющие нефтяные алканы с длиной углеродной цепи С9 - С30 и ароматические соединения, в частности фенол, крезол и пирокатехин; дрожжи, характеризующиеся высокой нефтеокисляющей активностью и способные выделять в среду аминокислоты, витамины и поверхностно-активные вещества. Используемые другими предста-вителями почвенного биоценоза продукты жизнедеятельности бактерий и сами клетки отми-рающих бактерий легко усваиваются сапрофитной микрофлорой биоценоза.
           Испытание препарата на реальных объектах Западной Сибири, Татарстана и др. показало его высокую эффективность. Так, с его помощью за 3 недели было удалено 70% нефти с по-верхности почвы при содержании нефти 20г/дм3 почвы. Препарат может быть использован для очистки от различных типов сырой нефти (высоко и низкопарафинистой, вязкой, с высоким со-держанием серы и др.), мазута, дизельного топлива, бензина, керосина.
           Препараты серии "Биодеструктор", полученные на основе штаммов бактерий Acinetobac-ter valentis (препарат «Валентис»), Acinetobacter parapliinicum и Acinetobacter oleovorans (препа-рат «Олеоворин»), наиболее эффективны соответственно при температуре от +10 до +50 С и от +20 до +42°C при рН 6,5-7,2. Препараты получают путем высушивания на распылительной су-шилке биомассы бактерий Acinetobacter sp., выращенной на н-парафинах при t =20-42°C и рН=6,5-7,2.
           В одном из вариантов испытания препаратов наблюдалось снижение за 45 сут. концен-трации загрязнений с 20 кг/м2 до 1 кг/м2. В другом варианте испытаний в загрязненном отстой-нике наблюдалось исчезновение пленки нефти через 30 сут. при исходном содержанием нефти 10 кг/га поверхности отстойника.
           Основой препарата "Деградойл" является выделенная из почвы смешанная культура микроорганизмов, включающая азотфиксирующие бактерии Azotobacter vinelandii. По данным разработчиков препарат обладает широкой субстратной специфичностью. Бактерии окисляют углеводороды, а другие почвенные микроорганизмы метаболизируют продукты их окисления. Испытания препарата на загрязненных участках площадью 2,5 га показало, что при расходе препарата 6 кг/га и предварительной механической обработке за 49 сут. уровень загрязнения мазутом снижается с 20 г/кг до 2 г/кг в гумусовых почвах и 0,012 г/кг в глинистых почвах и песчаниках.
           Препараты "Эконадин" и "Экойл" получают путем выращивания бактериальной культу-ры Pseudomonas fluorescens до концентрации не менее 5 г/л по сухой биомассе, ее последующе-го флокулирования перекисью водорода и хлоридом кальция, иммобилизации сфлокулирован-ной биомассы бактерий на сфанговом торфе и высушивания торфа при температуре не более 30 С. Полученный препарат вносят на поверхность загрязненной водной среды в соотношении 0,1-0,24 г препарата на 1 мл нефтяного загрязнения. Количество клеток бактерий не менее 109 клеток на 1 г торфа (около 10 мг/г).
           При использование препарата "Эконадин" была показана возможность очистки поверх-ности воды и утилизации сорбированной торфом нефти за 6 суток в случае оптимальных усло-вий. Применение торфяного препарата позволяет провести очистку и рекультивацию почвы за 4-8 мес. Отмечены также стимулирование роста и прибавка урожая растений при внесении пре-парата в незагрязненную почву.
           Препарат "Экойл" также позволяет провести очистку поверхности воды торфом с мик-роорганизмами с утилизацией сорбированной нефти в течение 2-х месяцев и провести очистку и рекультивацию загрязненной почвы за 4-8 мес.
Как видно из приведенных данных, с помощью биопрепаратов в большинстве случаев удается очистить загрязненные среды за один летний сезон.
           Дальнейшее повышение эффективности применения препаратов для нефтеочистки поч-вы связывается, во-первых, с совершенствованием технологии их применения, в частности, с разработкой методов, повышающих степень высвобождения нефтепродуктов, сорбированных частицами почв, например, при добавлении ПАВ, специальных сорбентов, а также методов, обеспечивающих транспорт кислорода в системе, например, при обработке почвы перекисью водорода и т.п. Во-вторых, с совершенствованием технологии их получения, и в первую очередь с использованием новых, более активных штаммов биодеструкторов, и, в частности, с ис-пользованием бактерий, содержащих плазмиды, кодирующие включение углеводородов в метаболизм.
           Из данных, приведенных в таблицах 1 и 2, можно оценить удельные затраты на биопре-парат при различных вариантах очистки, которые составляют следующие величины (без учета технологических затрат на приготовление (активацию) биопрепарата непосредственно перед его использованием, обработку участка биопрепаратом, проведения необходимых для эффек-тивной работы биопрепарата агротехнических мероприятий):
           100-700 $/га почвы
           30 - 150 $/га водной поверхности
           0,1 -0,3 $/м3 грунта
           0,2 - 1,5 $/м3 воды
           40 - 250 $/м3 нефти (при очистке емкостей препаратом без носителя)
           300 - 1500 $/м3 нефти (при очистке препаратом с торфом,
           100 - 200 кг торфа с микроорганизмами на м3 нефти)
           10000 - 30000 $/га почвы (при очистке препаратом с торфом,
           30 - 50 кг торфа с микроорганизмами на 100м2 почвы)

           Как видно из этих данных, затраты на препараты микроорганизмов с сорбентами выше в 15 - 300 раз.
           Фирмы, производящие коммерческие биопрепараты-деструкторы нефти без носителя, реализуют препараты по цене 35-45 долл. США за 1 кг сухого биопрепарата. Для сравнения - стоимость 1 кг биопрепарата - кормовой добавки (белково-витаминного концентрата) 1-2 долл. США/кг. По рекомендациям специалистов, принимавших непосредственное участие в разра-ботке биопрепаратов-деструкторов нефти, любой препарат становится эффективным (т.е. спо-собным очистить загрязненный участок нефти в почвенно-климатических условиях средней по-лосы РФ за 1 сезон) при расходе препарата 1кг на 100 кг нефти. Приведенные в табл.1 и 2 циф-ры, взятые из рекламных источников фирм и патентов, действительны для небольших степеней загрязнения природных сред нефтепродуктами. Таким образом, фактические затраты на био-препарат на обработку 1 т разлитой нефти составят 350-450 долл. США/т разлитой нефти или нефтепродукта. При таких затратах следует ожидать, что любые мероприятия, нацеленные на экономию биопрепарата или правильный выбор эффективного и работоспособного биопрепара-та-деструктора могут дать существенный экономический эффект как для виновника загрязне-ния, за чей счет производится очистка загрязненной природной среды (или который выплачива-ет штрафы за причиненный ущерб), так и для организации, финансирующей проведение ком-плекса работ по биотехнологической очистке природных сред.
           Таким образом, порядок затрат на очистку природных сред от нефтяных загрязнений 100-1000 долл. США на гектар почвы или тонну разлитой нефти.
           Загрязнение нефтью земельного участка приводит к понижению его стоимости, а удале-ние загрязнения возвращает его стоимость до прежнего уровня. В этом случае положительный эколого-экономический эффект может быть получен при колебаниях цены земли в связи с за-грязнением 100-1000 долл. США/га или 1-10 долл. США за сотку (без учета стоимости работ на обработку участка и проведение агротехнических мероприятий).

Таблица 2. Использование препарата "Путидойл" для очистки природных сред от загрязнений нефтью и нефтепродуктами

№ п/п

Условия обработки препаратом "Путидойл"

Расход препарата (в сухом виде)

1

Загрязненная почва, температура поверхности не ниже 10°C, дополнительная вспашка и рыхление, обработка в виде 0,07% водной суспензии препарата + 0,07% раствор минеральных удобрений (подкормка).

3-15 кг/га + 7 кг/га ам­мофоса или диаммофоса

2

Обработка в системах биологической очистки промстоков (аэротенках).

0,05 кг/м3 воды при t от 20 до 35°C, время обработки 12-16 час.

3

Очистка емкостей: мойка водой и диспергаторами, выдерживание с водой и биопрепаратом до 7 дней.

1,5-7,5 г/кг нефтепродукта или 1,5 г/м3 0,1-0,5% эмульсии нефтепродукта в воде

4

Загрязненная водная поверхность, дополнительное внесение минеральной подкормки.

2,5-5 кг/га поверхности водоема + 0,5 л/м 0,07% р-ра аммофоса или диаммофоса

5

Обработка вывезенного загрязненного грунта на оборудованной площадке при содержании нефтепродуктов > 10%, через 10-14 дней - рыхление грунта

3-5 г/м3 грунта