Представьте себя рыбой, живущей в загрязненной нефтью реке. Вами сразу овладеет обреченность: здесь сложно двигаться, нечего есть и трудно дышать — нефтяная пленка закрывает доступ к воздуху, застит солнечный свет. Вы плывете по течению и вдруг видите у самой поверхности воды барьер с длинными волокнами: их как водоросли колеблет вода. Опасности нет: это не запруда и не рыбацкие сети. Сооружение не сдерживает ток воды и — о, счастье, — не пропускает черные нефтяные пятна, словно барьер ее поглощает. Вы свободно проплываете между волокнами и, ощутив свежесть речной воды, дышите, дышите...
Барьер с волокнами — новый биоконвейер, созданный учеными ТюмГУ. Он способен восстановить экосистемы рек, существенно упростить жизнь обитателям водной среды (гидробионтам), а значит, сделать здоровее и людей. Почему биоконвейер? Потому что волокнистые насадки населены бактериями-деструкторами — организмами, расщепляющими нефть, а процесс идет непрерывно.
На новую разработку возлагают большие надежды: она демонстрирует более высокую в сравнении с аналогами степень очистки проточных водоемов от нефти и нефтепродуктов. Нефтесорбирующий бон испытывали на реке Варьеган в Ханты-Мансийском АО: установили 12 линий. В результате концентрация нефтепродуктов в толще воды снизилась в четыре раза, а поверхностной пленочной нефти — в 43 раза. На других реках анализы показывают снижение концентрации растворенных нефтепродуктов в 10 — 100 раз.
Столь высокие показатели достигнуты благодаря особым волокнистым насадкам бона. Они не имеют равных в мире по площади поглощающей поверхности: 5 — 10 тыс. кв. метров на кубический метр сооружения, в то время как поглощающая поверхность лучших иностранных образцов редко превышает 300 кв. метров. Дополнительный плюс: насадки не препятствуют течению реки.
Нефтяной рацион
Идея очистки рек при помощи микроорганизмов уходит корнями в 60-е годы прошлого века. Группа ученых Института коллоидной химии и химии воды Национальной академии наук Украины (Киев) разработала методику селекции микроорганизмов-деструкторов. Микробиологи поставили себе цель найти бактерии, способные разрушить органические соединения, попавшие в воду вследствие производственной деятельности человека. Такие вещества, как правило, токсичны, способствуют развитию злокачественных образований или даже изменению генотипа. Ученые сделали ставку на высокие деструктивные возможности бактерий. В результате выделены десятки штаммов (чистых культур с изученными морфологическими и физиологическими особенностями), способных расщеплять амино- и нитросоединения, спирты, альдегиды, азот- и кислородсодержащие гетероцикличные соединения.
Используемые в новом боне бактерии выведены учеными лаборатории микробиологии НИИ экологии и рационального использования природных ресурсов Тюменского госуниверситета. При прохождении загрязненной воды через волокнистые насадки они окисляют содержащиеся в ней углеводороды и способствуют ее очистке. «Специалисты лаборатории запатентовали консорциум микроорганизмов Arthrobacter Oxydans и Pseudomonas Putida, — рассказала разработчик бона, главный специалист центра бизнес-сопровождения НТР Технопарка ТюмГУ Юлия Денеко. — Он используется для очистки почвы и воды от загрязнения нефтью и нефтепродуктами. Нефть и углеводороды для них — питательная среда. Живут они на протяжении всего периода очистки, вреда флоре и фауне не приносят. Они выведены из природной среды, и сами становятся ее частью». Бактерии размножаются при температуре от +10 до +45 °С и включаются в цепи питания водоема.
Поселить бактерию
Конструкция очистного сооружения представляет собой плавающий бон с прикрепленными насадками длиной до метра (в зависимости от глубины очищаемой поверхности). Юлия Денеко рассказывает:
— Опыты показали, что иметь только штаммы бактерий-деструкторов, пусть даже очень активных, для достижения цели недостаточно: микробы, которые в них развивались, не оседали, тут же вымывались из очистного аппарата сточной водой. Поэтому возникла необходимость как-то прикреплять микроорганизмы. Мы пытались использовать керамические и пластмассовые кольца Рашига, волокнистые отходы капронового ионидного производства, ткани и полотна из базальтового и стекловолокна. Но эти материалы не подходили из-за высокой плотности и жесткости, становились барьером для рыб и других гидробионтов. Мы остановились на насадках из химического гладкого и текстурированного волокна, сплетенного в виде ерша. Они мягкие, гибкие и не создают помех.
Боновые заграждения с прикрепленными насадками размещаются поперек водотока с берега на берег. Количество поперечных перегородок зависит от степени загрязнения воды, глубины и ширины водотока. Для максимальной эффективности необходима установка биоконвейеров на всех водотоках (ручьях, малых реках) ниже по течению тех мест, где возможно попадание нефти в воду. Место установки зависит от профиля берега, скорости течения и глубины русла. Берега должны быть покатыми, иначе изменение уровня реки потребует частой переустановки бонов.
Насадки производятся на предприятиях Управления строительных учреждений (Екатеринбург) для ряда нефтяных компаний, работающих в Западной Сибири (Роснефть, Газпром нефть), и администрации Тюмени. Стоимость погонного метра бона вместе с установкой составляет 1,2 — 3 тыс. рублей в зависимости от качества и количества материалов, используемых при его производстве. Для реки шириной 12 метров 15 рядов нефтесорбирующего бона обойдутся, по расчетам создателей, в 215 тыс. рублей. Согласитесь: это не слишком дорого для решения экологической проблемы регионального значения. Пока, по оценкам ученых, в бассейне, например, Оби от деятельности нефтяников и газовиков ежегодно гибнет 30 — 35 тыс. тонн рыбы.
Биотехнологии очистки приобретают все большую популярность. По оценкам экологов, в мировой океан ежегодно попадает около 10 млн тонн нефти. В мире в основном из-за гибели танкеров, взрывов нефтепроводов. В России большая часть загрязнения рек нефтепродуктами приходится на небольшие разливы нефти при транспортировке, хранении и переработке нефти. Причина — ветхость российской системы нефте- и нефтепродуктопроводов.
Самые загрязненные нефтью реки
Волга, Енисей, Лена и Обь оцениваются по ГОСТу как загрязненные реки; Иртыш, Исеть, Кама, Ока, Тобол, Томь, Тура — как сильно загрязненные. Обь загрязнена нефтепродуктами (12 — 19 единиц предельно допустимой концентрации). Высокое и экстремально высокое загрязнение нефтепродуктами отмечено у Екатеринбурга, Каменска-Уральского, Колюкино. Особенно загрязнены нефтью реки Пим, Конда, Большой Балык и их притоки, вся средняя Обь (8 — 22 ПДК) и Обская губа (здесь ПДК превышены в сотни раз). Много нефтепродуктов в Тоболе, Исети и Миассе (11 — 22 ПДК).