Экологическая биотехнология — результаты и перспективы научных и прикладных исследований на Севере №3(3), 2009 год

Первым стал органно-минеральный компост, полученный путём биотехнологически переработанного с опилками и птичьим помётом гидролизного лигнина, который был разработан для утилизации крупнотоннажных отходов лесоперерабатывающего производства с целью получения органического удобрения, альтернативного торфу, для восстановления почвенно-растительного покрова на бедных органикой нарушенных землях в зоне добычи угля и транспортировки нефти в условиях Крайнего Севера. Первые успешные испытания полученного удобрения были проведены в зоне Воркутинской тундры в районе шахты Хальмер-Ю на участках, лишённых растительного покрова в 1991 году.

Лигносорбент, изготавливаемый на основе высушенного до воздушно-сухого состояния и измельчённого компоста с предварительной инокуляцией его нефтеокисляющими микроорганизмами, был разработан для биоремедиации бедных органикой нарушенных и загрязнённых углеводородами почвенных и водных субстратов на территориях, где использование иных органических материалов природного происхождения, таких как торфа, затруднено из-за их дефицита или отсутствия.

Биологически активный гранулированный удобрительно-посевной материал (БАГ), полученный на основе органо-минерального компоста, в который были добавлены минеральные удобрения и семена многолетних трав, предназначен для рекультивации посттехногенных и отдалённых территорий Крайнего Севера, лишённых почвенной органики, труднодоступных для техники, и где восстановление растительного покрова иными методами было неэффективно.

Одним из направлений использования альтернативных органическим удобрениям материалов, полученных путём биотехнологической переработки отходов лесного и сельского хозяйства, стали методы получения средств защиты растений по нестандартным технологиям. По секрету могу сказать, что в своё время был применён метод получения грибного препарата, эффективно устраняющего фитофтороз и ряд других заболеваний картофеля в заражённых почвах. Обработанные в 1991 году опытные участки по сей день отличаются от соседних тем, что на них даже спустя 17 лет (то есть и сейчас, в период повсеместного массового распространения различных инфекций на овощных культурах) отсутствуют фитофтора, парша, мучнистая роса, чёрная ножка. Однако тогда, в начале 90-х годов, наработанные методы и даже построенные пилотные производства пришлось закрыть и забыть.

Уже в 1991 году параллельно с работами по переработке отходов и получения новых средств защиты растений мы приступили к изучению набирающих темпы экологических проблем в нефтяной отрасли и поиску способов их решения. Сейчас можно с уверенностью сказать, что мы были первыми, кто исследовал возможность восстановления загрязнённых нефтью земель не только в экстремальных условиях Севера, но и при высоких исходных концентрациях нефти. Например, считалось, что биологическое очищение почв, загрязнённых нефтью, возможно при концентрации её не более 5%. Нами были получены результаты, определяющие возможность активизации биологической нефтедеструкции при уровне загрязнения более 35%. Принято было считать, что разложение нефти в почвах происходит при температуре окружающей среды более +15 градусов. В наших исследованиях положительный результат был достигнут при температуре окружающей среды около +3 градусов. Мы впервые применили дифференцированный подход в очистке земель от нефти и показали, что нет универсальных методов их восстановления. Положительный результат достигается только технологиями, учитывающими конкретные условия восстанавливаемой территории, концентрацию загрязнения, возраст разлива, состав нефти, степень функциональной активности почвенной микробиоты и, конечно, природно-климатические условия.

Исследование специфики восстановления загрязнённых нефтью почв в условиях Севера сталоприоритетным в работе лаборатории после крупной нефтяной катастрофы, произошедшей в 1994 году под Усинском. Авария вошла в книгу рекордов Гиннеса как самое значительное загрязнение на суше. Ликвидация её последствий заняла 10 лет, в течение которых при участии специалистов со всей России был накоплен не только уникальный опыт противодействия масштабным экологическим катастрофам в нефтяной отрасли, но и была разработана целая система межотраслевых взаимодействий. Эта система упорядочила сам процесс планирования, ведения и приёмки работ в чёткой связке контролирующих структур, недропользователей и подрядчиков, а жёсткий анализ результатов применяемых технологий позволил определить приоритетные направления в рекультивации земель на Севере. Наше участие в этих работах привело к разработке серии технологий, в том числе и биотехнологий с применением микробных препаратов, поверхностно-активных веществ, микроэлементов.

В результате исследований микробной трансформации нефти в почвах Севера была создана специализированная коллекция микроорганизмов, суб стратспецифичных к деструкции углеводородов разных классов. На основе ряда бактерий и дрожжей, выделенных из загрязнённых почв Республики Коми, Пермской области и Нефтеюганского района Тюменской области, был разработан биопрепарат нефтеокисляющего действия «Универсал». Биопрепарат успешно применяется для восстановления загрязнённых нефтью земель и переработки нефтеотходов в Республике Коми, Тюменской и Пермской областях в зоне деятельности нефтедобывающих предприятий. Промышленное внедрение подтверждено соответствующими документами. С применением биопрепарата «Универсал» в РК восстановлено более 150 га земель, в ХМАО — более 800 га.

Комплекс биотехнологических разработок, предназначенных для оптимизации очистки почв, вод и нефтеотходов, прошедших положительные испытания в течение последних 15 лет, довольно обширен и пополняется постоянно новыми.

Например, технологии очистки водных объектов и донных отложений от поверхностной нефти, растворённых углеводородов, основаны на применении принципа «природных ферментеров», где эффективное разложение углеводородов разных классов осуществляется за счёт комплекса технологических решений: использование препаратов углеводородокисляющего действия для деструкции загрязняющего вещества, выделение применяемыми микроорганизмами в субстрат биосурфактантов для усиления десорбции нефти из толщи донных отложений и усиление скорости процесса за счёт увеличения уровня растворённого кислорода, достигаемое за счёт применения специальных аэрирующих устройств. Международными экспертами в 1997 году метод признан одним из лучших для очистки водных объектов.

В период с 2000 по 2004 год разработаны и внедрены в практику в промышленных масштабах технологии переработки нефтеотходов, которые в настоящее время широко применяются для обезвреживания нефтешламов в Пермской области и в Республике Коми. Среди технологий переработки нефтеотходов выделяется способ круглогодичной переработки твёрдых нефтешламов, особенно актуальный для условий Севера.

Разработанная ещё 10 лет назад и модифицированная в настоящее время комплексная технология переработки отходов разных производств может стать основой для начала эффективной реализации программы «Отходы» в Республике Коми в ближайшие годы. Она основана на использовании биотехнологий переработки и обезвреживания отходов лесного производства, сельскохозяйственного и коммунального хозяйств, получении биологически-активных и экологически-безопасных субстратов для последующего обезвреживания и переработки отходов нефтяной и газовой промышленности до получения биологически безопасного, богатого доступной для растений и микроорганизмов органикой удобрения, которое может применяться для озеленения городских и производственных территорий, а также для рекультивации ранее нарушенных и загрязнённых земель. Получаемому на выходе органическому субстрату после обогащения его минеральными и микробиологическими добавками можно придать полезные свойства, такие, как стимулирование роста сельскохозяйственных, декоративных и лесных культур, свойства энтомопатогенного характера, а также свойство эффективно разлагать различные загрязняющие вещества. Данная технология подводит итог представленным разработкам и включает в себя основной результат разработанного комплекса биотехнологий для восстановления техногенно-нарушенных и загрязнённых углеводородами биогеоценозов в экстремальных условиях Севера.