4.5.2.Биопрепараты для ликвидации загрязнений

Большое количество биопрепаратов разработано для биодеструкции нефти и продуктов ее переработки, загрязняющих природные среды в результате утечек, проливов, разного масштаба экологических катастроф.

В России накоплен большой опыт в области применения биопрепаратов нефтедеструкторов, что связано с большими масштабами нефтезагрязнений, размером загрязненных площадей и ущербом от этих загрязнений.

Ежегодная потребность в биопрепаратах нефтедеструкторов оценивается в 100–1000 т. Такие биопрепараты могут применяться с разной целью:

для обеззараживания воды и почвы от сырой нефти, продуктов ее переработки и некоторых видов топлив;

для очистки ливневых и сточных вод при использовании нефтеловушек, отстойников, блочно-модульных установок;

очистки и глубокой доочистки сточных вод от углеводородных загрязнений;

глубокой доочистки балластных вод от промывки морских и речных транспортных средств;

при запуске в эксплуатацию и стабилизации работы очистных сооружений при залповых попаданиях в сточные воды нефтепродуктов;

депарафинизации нефти в нефтяных скважинах;

очистки буровых шламов от углеводородов;

очистки территорий аэропортов, локомотивных депо, моечных и заправочных станций, акваторий морских и речных портов;

очистки небольших и сильнозагрязненных пожарных водоемов для предотвращения самовозгорания на поверхности;

очистки территорий военных баз;

очистки оборудования, емкостей и хранилищ, сепараторов, насосных станций, внутренней поверхности трубопроводов, канализационных коллекторов, колодцев, жироуловителей;

для обезвреживания шламов, сорбентов и других отходов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, утилизации осадка очистных сооружений автомоек и автотранспортных предприятий с получением песка, который может быть реутилизирован, например, в строительной индустрии и при прокладке автомобильных дорог, для послойной засыпки и рекультивации полигонов.

Потенциальными потребителями биопрепаратов могут быть промышленные предприятия, нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая промышленность, нефтеналивные и заправочные станции ГСМ, подразделения МЧС, автотранспортные предприятия и станции технического обслуживания, предприятия по транспортировке нефти и нефтепродуктов, морские и речные порты, фирмы, специализирующиеся на продаже недвижимости и земельных участков, городские и муниципальные службы и др.

В настоящее время на рынке представлена широкая номенклатура биопрепаратов на основе моно- и смешанных культур микроорганизмов для ликвидации загрязнений нефтью и нефтепродуктами. Многие препараты выпускаются российскими фирмами. При этом, как правило, фирмы, занимающиеся производством биопрепаратов, сами проводят очистные и рекультивационные мероприятия, так как эффективность использования препарата существенно зависит от технологии его применения.

С помощью биопрепаратов в большинстве случаев удается очистить загрязненные среды за один-два летних сезона. В табл. 4.5 приведены характеристики ряда препаратов нефтедеструкторов, присутствующих на российском рынке.

Таблица 4.5.

Характеристика наиболее известных препаратов нефтедеструкторов

Продолжение таблицы 4.5.

570 Глава 4

Продолжение таблицы 4.5.

Продолжение таблицы 4.5.

572 Глава 4

Продолжение таблицы 4.5.

Продолжение таблицы 4.5.

574 Глава 4

Продолжение таблицы 4.5.

Окончание таблицы 4.5.

Препарат «Путидойл», разработанный Западно-Сибирским научноисследовательским геологоразведочным нефтяным институтом совместно с НПО «Вектор» в 1988 г., появился первым на рынке биопрепаратовнефтедеструкторов. Его действующим началом являлся штамм бактерий Pseudomonas putida 36, обладающий высокой окислительной активностью в отношении углеводородов нефти прямой, разветвленной и циклической структур. Препарат получали путем высушивания выращенной бактериальной массы и использовали в виде суспензии бактериальных клеток (не более 0,2% к объему раствора) в 0,07% растворе минеральных солей (аммофоса или диаммофоса). Активирование препарата производилось выдерживанием суспензии при перемешивании и аэрации в течении 4–18 ч при температуре 26–30 °С.

По результатам исследований и испытаний были определены расходные нормы препарата, определено значение ПДК препарата для рыбохозяйственных водоемов (1 мг/л) и разработаны рекомендации по использованию препарата «Путидойл» (табл. 4.6).

Таблица 4.6.

Технологические показатели использования препарата «Путидойл» для очистки различных сред от загрязнений нефтью и нефтепродуктами

В 1980-е – 1990-е гг. прошлого столетия были разработаны и другие активные препараты, такие как Деворойл, Деградойл, серия препаратов Биодеструктор, Родер и другие, которые используются до настоящего времени. На основании товарной формы эти препараты могут быть отнесены к препаратам первого поколения. Они представляют массу жизнеспособных клеток монокультуры, ассоциативной или смешанной культуры углеводородокисляющих микроорганизмов в виде порошка, суспензии или пасты.

Препарат «Деворойл», разработанный в Институте микробиологии РАН и коммерциализированный компаниями «Биотехинвест» и «Микробные технологии», выпускается на основе консорциума бактерий Rhodococcus longus, Rhodococcus maris, Rhodococcus erythropolis, Alcaligenes sp., Pseudomonas stutzeri и

дрожжей Yarrowia 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 °С, активных в широком диапазоне pH от 4,5 до 9,5 при уровне загрязнения почвы нефтью более 5%. Используемая композиция микроорганизмов выделена из пластовых вод нефтяного месторождения. По данным разработчиков препарата широта диапазона pH, при котором препарат активен, определяется составом консорциума микроорганизмов. При кислых значениях pH преимущественное развитие получают Yarrowia lipolytica, Rhodococcus erythropolis, при нейтральных – вся композиция микроорганизмов, при щелочных – Rhodococcus maris и Alcaligenes sp. Препарат обладает широкой субстратной специфичностью. Микроорганизмы препарата способны осуществлять контакт с углеводородами как непосредственно в толще нефтяной пленки, так и на поверхности почвы и воды, т. е. разлагать как растворимые, так и нерастворимые в воде компоненты нефти. Высокая эффективность применения «Деворойла» определяется и тем, что в состав препарата входят липофильные (Rhodococcus longus,

Rhodococcus maris, Rhodococcus erythropolis, Yarrowia lipolytica) и гидрофильные (Alcaligenes sp., Candida sp.) 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. Быстрорастущие микроорганизмы (Rhodococcus longus, Rhodococcus erythropolis, Yarrowia lipolytica, Alcaligenes sp.) хорошо окисляют алифатические и низкомолекулярные ароматические соединения, а медленнорастущие (Rhodococcus maris) доокисляют оставшиеся компоненты нефтей, оставаясь в составе природного сообщества микроорганизмов в течение долгого времени. Широта диапазона солености, при которой работает препарат, позволяет его использовать в том числе при авариях на внутрипромысловых трубопроводах, когда вместе с нефтью на почву выливаются значительные объемы пластовых рассолов. Используемые другими представителями почвенного биоценоза продукты жизнедеятельности микроорганизмов и отмирающие клетки легко усваиваются сапрофитной микрофлорой биоценоза.

Высокая эффективность препарата была показана при его испытаниях в условиях Западной Сибири, Татарстана и других регионов. Так, за 3 недели было удалено 70% нефти с поверхности почвы при содержании нефти 20 г/дм3 почвы. При содержании сырой нефти до 50 г/дм3 в почве в оптимальных условиях может быть удалено до 70% нефти за 4 недели. Препарат может быть использован для очистки от различных типов сырой нефти (высоко- и низкопарафинистой, вязкой, с высоким содержанием серы и др.), бензина, керосина. При удалении тяжелых фракций нефти – дизельного топлива и мазута «Деворойл» зарекомендовал себя как наиболее эффективный по сравнению с другими биопрепа-

ратами. Производитель биопрепарата в настоящее время – ООО «Сити Строй» (г. Москва).

Модифицированный вариант «Деворойла» – препарат «Редоксин», в котором клетки микроорганизмов иммобилизованы на пористом керамическом носителе (общей пористостью 77–91%), состоящем из оксида кремния, оксида железа, оксида алюминия и оксидов щелочных металлов. Такой биопрепарат на основе иммобилизованной пористой керамики активно окисляет нефтепродукты как в зоне контакта с водой, так и непосредственно в нефтяной пленке, способен утилизировать широкий диапазон углеводородов нефти как в пресной, так и в соленой воде. Препарат «Редоксин» применяется для очистки сточных вод от нефтепродуктов и пригоден для использования в качестве загрузки для биофильтров очистных сооружений.

Препараты серии «Биодеструктор», полученные на основе мезофильных

итермотолерантных штаммов неспорообразующих бактерий Acinetobacter calcoaceticus (biococcum) (препарат «Валентис»), Acinetobacter paraphinicum и Acinetobacter oleovorum (препарат «Олеоворин»), наиболее эффективны соответственно при температуре от +10 до +50 °С и от +20 до +42 °С при pH 6,5–7,2. Препараты получают путем высушивания на распылительной сушилке биомассы бактерий р. Acinetobacter, выращенных на н-алканах при 20–42 °С

иpH 6,5–7,2. ГосНИИсинтезбелок и компанией «Биотек», разработавшими препараты серии «Биодеструктор», предложена широкая гамма препаратов для удаления загрязнений различного характера (см. табл. 4.5).

Водном из вариантов испытания препаратов при очистке почвы, загрязненной нефтью, наблюдалось снижение за 45 сут концентрации загрязнений с 20 до 1 кг/м2. В другом варианте испытаний в загрязненном отстойнике наблюдалось удаление пленки нефти через 30 сут при исходном содержании нефти 10 кг/га поверхности отстойника. Препараты могут использоваться для удаления нефти, мазута, дизельного топлива, ароматических углеводородов, отработанных машинного и моторного масел, пищевых масел и жиров в ресторанных стоках

ит. п.

Технология получения препаратов «Валентис» и «Олеоворин» предусматривает стадии ферментации с использованием в качестве субстрата н-алканов, сепарации, распылительной сушки, внесение добавок. В табл. 4.7 приведены основные технологические показатели роста штаммов A. oleovorum H-1 и

A. calcoaceticus (biococcum) (A. valentis G-1) на н-алканах.

Таблица 4.7.

Основные технологические показатели выращивания термотолерантных штаммов бактерий A. oleovorum H-1 и A. valentis G-1 в опытных условиях при проточном культивировании

Окончание таблицы 4.7.

Действующим началом препарата «Руден» является нефтеокисляющий штамм бактерий Rhodococcus sp. НХ7, изолированный из образцов почвы, отобранных в тундре на севере Архангельской области вблизи нефтяных скважин. Штамм активен при невысоких положительных температурах (+5 – +18 °С) и высоком содержании нефти в среде (до 90%), работает в широком диапазоне pH (4,5–10), солености среды (0–4% по NaCl), разрушает ароматические соединения и асфальтены. Лиофильное высушивание при получении препарата обеспечивает высокий титр жизнеспособных клеток в биопрепарате, что позволяет использовать его без предварительной активации на месте применения.

Препарат-нефтедеструктор «Родер», разработанный во ВНИИ нефти и газа совместно с МГУ им. М. В. Ломоносова, предназначен для очистки нефтезагрязненных грунтов и водной поверхности. Действующим началом препарата являются два штамма Rhodococcus ruber и Rhodococcus erythropolis. По данным разработчиков, активность консорциума входящих в состав препарата микроорганизмов определяется их синергизмом при утилизации алканов. Препарат вырабатывается в виде сухого порошка или концентрированной суспензии с численостью клеток соответственно не менее 109 кл./г и 1010 кл./мл. Для приготовления рабочей суспензии препарат разбавляется в 1000–10000 раз, обогащается минеральными компонентами (источниками азота и фосфора) и вносится в количестве 0,1–1,0 л на м2 водной поверхности или грунта. Эффективность препарата «Родер» показана при его использовании для очистки нефтезагрязненных почв в Московской области, Западной Сибири, Республике Коми, при биоремедиации кислой высокотоксичной почвы штата Монтана (США), глинистой садово-огородной почвы, загрязненной тяжелой нефтью, а также дизельным топливом в концентрации 10% от массы, при очистке открытых акваторий, умеренно загрязненных нефтью (<20 г/л). Трехкратная обработка препаратом токсичной почвы, загрязненной застарелой нефтью в концентрации 230 г/кг, позволила снизить содержание загрязнения более чем на 50%.

Основой препарата «Деградойл» является выделенная из почвы смешанная культура микроорганизмов, включающая азотфиксирующие бактерии Azotobacter vinelandii. Испытание препарата на загрязненных участках площадью 2,5 га показало, что при расходе препарата 6 кг/га и предварительной ме-

ханической обработке участка за 49 сут уровень загрязнения мазутом снижается с 20 до 2 г/кг в гумусовых почвах и до 0,012 г/кг в глинистых почвах и песчаниках.

Широкие исследования и испытания разработанных препаратов, изучение окисления микроорганизмами разных фракций нефти, а также динамики роста интродуцированных в загрязненные среды углеводородокисляющих микроорганизмов позволили определить направления совершенствования биопрепаратов и повышения эффективности их применения.

Было показано, что эффективность биопрепаратов значительно повышается при иммобилизации микроорганизмов-нефтедеструкторов на материалах, обладающих сорбционными свойствами по отношению и к углеводородам. В последующие годы было разработано много биопрепаратов на основе микроорганизмов и сорбентов, которые можно отнести к препаратам второго поколения.

Препараты «Эконадин» и «Эконадин У-1» получают путем выращивания бактерий Pseudomonas fluorescens 2-а до концентрации не менее 5 г/л по сухой биомассе, их последующего флокулирования пероксидом водорода и хлоридом кальция, иммобилизацией сфлокулированной биомассы бактерий на сфагновом торфе и высушиванием торфа при температуре не более 30 °С. Количество клеток бактерий не менее 109 на 1 г торфа (около 10 мг/г). Препараты вносят на поверхность загрязненной водной среды в соотношении 0,1–0,24 г препарата на 1 мл нефтяного загрязнения.

При использовании препарата «Эконадин» была показана возможность быстрой (в течение 2–3 мин) очистки поверхности воды от нефти и нефтепродуктов в результате их сорбции торфом (сорбируется 10–20 кг нефтепродуктов на 1 кг торфа биопрепарата) и утилизации сорбированной торфом нефти за 6 сут при оптимальных условиях. Препарат легко наносится и собирается с поверхности водоема после поглощения нефтяной пленки. Применение торфяного препарата позволяет провести очистку и рекультивацию почвы за 4–8 мес, улучшить структуру почвы.

Препарат «Экойл» также содержит микроорганизмы, иммобилизованные на торфе, что позволяет провести очистку поверхности воды торфом и утилизировать микроорганизмами сорбированную торфом нефть в течение двух месяцев, провести очистку и рекультивацию загрязненной почвы за 4–8 мес.

Препарат «Эколан» получен на основе нефтеокисляющих микроорганизмов, сорбированных на активированном угле, активных в диапазоне температур +5 – +40 °С. Выпускается в форме порошка или гранул (диаметр 0,5–5 мм) и сохраняет активность в микроаэрофильных и анаэробных условиях (на дне водоема или в скважинах).

Биопрепарат «Сойлекс» разработан ЗАО «Полиинформ» (г. С.-Петербург). Основой препарата являются углеводородокисляющие бактерии, сорбированные на инертных носителях (торфе, вермикулите, аэросиле и др.). Микробная ассоциация препарата включает мезофильные (наибольшая активность при температурах 18–35 °С) и психрофильные формы (наибольшая активность при температурах 3–10 °С) и проявляет высокую активность в отношении углеводородов сырой нефти, дизельного топлива, технических масел и мазута в широком

диапазоне рН (4,5–8,2) и температуры (3–40 °С). Препарат имеет высокий титр жизнеспособных клеток микроорганизмов – не менее 1010 кл./г препарата, что обусловлено использованием двухстадийного способа их культивирования: глубинного с последующим поверхностным способом доращивания на торфе.

Различные модификации препаратов серии «SpillAway+» («ВIO-W», «REMEDIACT», «OWS-200») могут применяться для удаления нефтепродуктов с поверхности воды, с твердой поверхности, из почвы, для промывки деталей и емкостей, для обработки днищ трюмов судов и т. д. «ВIO-W» предназначен для удаления разливов нефти с поверхности воды и представляет собой хлопьевидный адсорбент с углеводородразлагающими бактериями. «REMEDIACT» – порошкообразный препарат для очистки почвы от загрязнения нефтепродуктами. Очистке подвергается верхний слой почвы глубиной до 1 м. Расход на 1 м3 почвы 1–1,5 кг порошка. «OWS-200» – жидкий концентрированный препарат для удаления нефтепродуктов из сепараторов разделения нефти и воды. Концентрат разводится водой до нужной пропорции и добавляется в очищаемую емкость.

К препаратам второго поколения могут быть отнесены и такие препараты, как «Псевдомин», «Родотрин», «Лигносорбент-1», «Лессорб», семейство препаратов БАК и др. Биосорбенты после использования на поверхности воды могут быть легко собраны и переработаны.

В состав третьего поколения биопрепаратов для биоремедиации нефтезагрязненных сред входят микроорганизмы, не только активно усваивающие углеводороды, но и продуцирующие разного рода биосурфактанты, а также другие добавки, повышающие деградирующую активность микроорганизмов. Так, препарат «Лестан» содержит в своем составе адсорбенты и поверхностноактивные вещества, оказывающие эмульгирующее действие на углеводороды, что способствует их деструкции. Аналогичными свойствами обладает препарат «Биосурфактант», созданный на основе бактерий р. Rhodococcus, выделенных из нефтезагрязненной почвы Кувейта.

Современные биопрепараты на основе нефтедеструкторов, как правило, предназначаются для очистки не только нефтезагрязненных почв и грунтов, но и пресных водоемов, акваторий морей, стоков промышленных предприятий, внутренних поверхностей технологических резервуаров и танков, обезвреживания нефтесодержащих твердых отходов, рассоления засоленных и загрязненных нефтью почв (на основе смешанных культур галофильных бактерий и бактерийнефтедеструкторов). Часть биопрепаратов рекомендуется для удаления таких загрязнений, как сланцевое масло (используется для пропитки шпал), отработанные машинные и моторные масла, смазочно-охлаждающие жидкости, не подлежащие регенерации и вторичному использованию, пищевые масла и жиры в стоках, а также остаточных нефтепродуктов (котельное топливо, смазочные мазуты, гудроны, вазелины и другие нефтепродукты кубового остатка). Для расширения сферы применения, повышения эффективности использования биопрепаратов в них добавляют различные сорбенты, пенообразователи, эмульгаторы, минеральные и биологические добавки (источники азота, фосфора, микроэлементы, ПАВы, лецитины, биостимуляторы и т. д.).

Биопрепараты на основе смешанных культур и ассоциаций микроорганизмов имеют более широкие адаптационные и экологические возможности для использования и наряду с бактериями или грибами-гетеротрофами могут содержать микроводоросли, цианобактерии. Однако такие препараты сложнее воспроизводить и поддерживать в лабораторных и промышленных условиях.

Так, препарат МикрозимТМ Петро Трит, поставляемый ООО «РСЭТрейдинг», включает консорциум из 12 видов мироорганизмов, среди которых часть синтезируют биосурфактанты, которые в первые 48 ч применения изменяют структуру загрязнения, его плотность, вязкость, что обеспечивает большую эффективность деградации углеводородов организмами консорциума. Препарат активно работает в широком диапазоне температур от +15 до +50 °С. При отрицательных температурах спорулирующие формы микроорганизмов препарата частично сохраняются в почве.

Другая ассоциация, состоящая из двух штаммов р. Rhodococcus и двух штаммов р. Pseudomonas, продуцирующих биоэмульгаторы и окисляющих углеводороды, рекомендуется для очистки и почвы, и морской воды. Ассоциация развивается в широком диапазоне температур +2 – +32 °С и концентрации NaCl от 3 до 7%. Поскольку применяемые штаммы псевдомонад несут катаболические плазмиды биодеградации полициклических ароматических углеводородов и конъюгативные плазмиды, распространение генов биодеградации ПАУ среди аборигенной микрофлоры может способствовать увеличению деградационного потенциала в загрязненной почве.

Микробные препараты в сочетании с микроводорослями и высшими водными растениями, например ряской, эффективнее очищают воду от нефтяной пленки. Растения в ходе фотосинтеза аэрируют верхний слой воды, и пленка разрушается быстрее.

Неоднозначны перспективы применения биопрепаратов для биоремедиации загрязненных почв, созданных на основе ферментов. С одной стороны, такие биопрепараты не содержат живые клетки микроорганизмов, что является положительным с точки зрения санитарно-экологических требований. С другой стороны, отсутствуют широкие исследования динамики ферментативной активности препаратов в почве, их сохранности при контакте с организмами почвенных биоценозов. Стоимость предлагаемых в настоящее время ферментных препаратов, таких как «FyreZyme», достаточно высока, и они применяются для очистки почв, загрязненных небольшим количеством углеводородов.

Преимущество препаратов с носителем – более высокая выживаемость клеток микроорганизмов при хранении, при контакте с повышенными концентрациями загрязнений. Носитель служит своеобразным протектором, обеспечивающим оптимальное микроокружение клеткам. Иммобилизация клеток на носителе позволяет получать препараты комбинированного действия: сорбенты для поглощения и одновременно биологической деструкции загрязнений. Некоторые носители используются с целью повышения плавучести препарата для увеличения времени контакта микроорганизмов-деструкторов с нефтепленкой (при очистке водных поверхностей), адгезивной способности, диспергируемости и других технологически важных характеристик, могут содержать питательные

вещества, необходимые для биодеструкционной активности микроорганизмов, компоненты, обеспечивающие пролонгированное высвобождение минеральных соединений азота и фосфора с целью сведения к минимуму возможности избыточного попадания их в водоемы и предотвращения эвтрофикации.

Среди наиболее популярных органических материалов, используемых в качестве носителя и сорбента, – природный торф и различные его модификации, а также сосновая кора, модифицированный мох, древесные стружки, опилки; из синтетических полимерных материалов – пенополиуретан, поликапроамидные волокна и др. Среди неорганических материалов в качестве носителя используются глинистый минерал вермикулит (природный или модифицированный), диатомовая земля, вспученный перлит, вспученный вермикулит, вспененный графит, цеолиты, каолин, керамика и др.

Общий недостаток биопрепаратов с сорбентами – высокий расход и, как следствие, высокая стоимость очистки. По сравнению с препаратами, не содержащими сорбентов, затраты на применение препаратов с сорбентами выше в 2–20 раз. Следовательно, биопрепараты с сорбентами эффективнее использовать при аварийных разливах загрязнения, особенно в городских условиях, когда нужно быстро очистить загрязненный участок. По сравнению с только сорбционными методами очистки (активированным углем и другими материалами) затраты снижаются в 10 и более раз при использовании биопрепаратов, включающих сорбенты. Биопрепарат с сорбированным загрязнением может быть собран и обезврежен на специальных площадках или в биореакторах.

При очистке загрязненных водных поверхностей как вариант повышения эффективности комбинированного сорбционно-биологического метода было предложено использовать грибы-микромицеты. Выделенные грибыдеструкторы активно формируют мицелий на границе раздела двух фаз (нефть– вода). В процессе роста микромицетов часть нефтяного субстрата подвергается биодеградации и утилизируется грибами, другая, большая часть сорбируется мицелием и удерживается этим биологическим сорбентом, емкость которого составляет от 6 до 80 мг нефти/мг сухой биомассы гриба. Грибная пленка, пропитанная нефтью, легко удаляется с поверхности воды механическим путем и в последующем обезвреживается.

Цена биопрепаратов на основе микроорганизмов (без носителя) составляет 100–1000 долл. за 1 кг сухого биопрепарата. Типичные рекомендуемые нормы расхода биопрепаратов от 0,1 до 1 кг на 100 кг нефти. При таком расходе затраты на приобретение биопрепарата могут составить: при очистке почвы 500–10000 долл./га почвы; водной поверхности – 20–10000 долл./га; грунта – 0,5–5,0 долл./м3; воды – 1,0–10,0 долл./м3; при очистке емкостей препаратом без носителя – 100–5000 долл./м3 нефти; при очистке препаратами, компаундированными торфом, при расходе 100–200 кг препарата на 1 м3 нефти 2500– 5000 долл. на 1 м3 нефти; при внесении 5–50 кг компаундированного препарата на 100 м2 почвы 5000–50000 долл/га почвы.

Большинство биопрепаратов производится на основе мезофильных и термотолерантных штаммов микроорганизмов. Однако в холодном климате России при in situ очистке более эффективны психрофильные микроорганизмы. В то

же время микроорганизмы, имеющие низкотемпературный оптимум роста, нетехнологичны, при низких температурах их сложно накопить в промышленных условиях. Поэтому для условий России актуальным остается получение биопрепаратов на основе микроорганизмов с максимально широким диапазоном толерантности к температурному фактору, активных при невысоких плюсовых температурах (от 0 до +10 °С). Также важно создание биопрепаратов, предназначенных для ликвидации нефтяных загрязнений в условиях закисления (например, для ликвидации кислых гудронов), которые были бы активны при pH 1–3.

Другая проблема обусловлена тем, что активное начало многих предлагаемых на рынке биопрепаратов составляют спорообразующие культуры, поскольку они более устойчивы к ряду технологических операций, в частности к высушиванию. Такие микроорганизмы быстро переходят в неактивные («покоящиеся») формы при возникновении условий, отличных от оптимальных, длительно находятся в неактивном состоянии, длительно переходят в вегетативное состояние при возникновении благоприятных условий. Переход в активное состояние требует оптимальных параметров, которых часто в природных условиях достигнуть сложно. Это ведет к увеличению расхода биопрепаратов и стоимости очистки.

Важна также разработка методов, повышающих плавучесть микроорганизмов при ликвидации загрязнений на поверхности воды, доступность загрязнений микроорганизмам при образовании труднодиспергируемых капель, плотных комков (нефти, нефтепродукта на поверхности воды, почвы при слеживании и подсыхании).

Кроме биопрепаратов, предназначенных для очистки сред от нефти, начинают находить все большее применение и биопрепараты для очистки от других загрязнений, таких как фенолы, другие классы ароматических и гетероциклических соединений, хлорорганических соединений, пестицидов. Так, в Великобритании имеется опыт деконтаминации почв, загрязненных фенолами, цианидами и сложными органическими веществами из каменноугольной смолы, применения соответствующих биопрепаратов, выпускаемых фирмами BioTreatment Ltd., Miller Buckley Ltd., Biotechnica Ltd и др. В России с помощью одного из таких специализированных препаратов, деградирующего хлоранилины, за 30 сут удалось практически полностью нейтрализовать очаг загрязнений, результат утечки 16,6 т гербицида пропанида, при содержании его в почве 9,5 г/кг. Для биологического разрушения полихлоринированных бифенилов фирма ООО «РСЭ-Трейдинг» предлагает препарат МикрозимТМ СОЙЛ ТРИТ. Во ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии Россельхозакадемии (СПб.- Пушкин) разработан препарат «БАГС», предназначенный для микробиологической ремедиации почв, загрязненных гербицидами триазинового ряда, производными мочевины, а также фенолом. Препарат представляет собой консорциум микроорганизмов, гидролизующих растительные полисахариды. Консорциум получен при многократных пассажах на торфо-минеральной смеси, компостируемой с соломой овса.

Для извлечения радионуклидов и тяжелых металлов могут быть использованы биосорбенты, получаемые из микробной биомассы и отходов микробио-

логического производства, в частности из биомассы мицелиальных грибов. По своим качественным характеристикам такие биосорбенты могут превосходить наиболее эффективные материалы на основе хитина и хитозана (см. разд. 8.2). Адсорбционные материалы на основе модифицированного торфа с добавками феррицианидов и иммобилизованных микроорганизмов-биодеструкторов, разработанные в ГНЦ Прикладной микробиологии (п. Оболенск Московской обл.), можно использовать для обезвреживания стоков, содержащих нефтепродукты, тяжелые металлы и радионуклиды. Нагрузка на биореактор с неподвижной фазой такого адсорбента может составлять до 1000 мг ХПК (300 мг нефтепродуктов) в сутки при стоимости очистки 0,2–0,3 долл./м3 загрязненной воды с содержанием нефтепродуктов 5–150 мг/л.

Для удаления ПАУ, некоторых хлорированных фенолов, цианидов разработаны препараты на основе грибов-деструкторов, в частности грибов белой гнили, наиболее известный из которых – Phanerochaete chrysosporium.

Для практического применения грибы белой гнили выращиваются на целлюлозосодержащих субстратах, таких как древесная щепа, кукурузные початки, или специально сформованных лигноцеллюлозных материалах. Эти материалы служат и носителем для организма, и источником углерода и энергии (целлюлоза) при кометаболической трансформации поллютантов. Носитель с выращенным грибным мицелием вносится непосредственно в загрязненную почву, которая затем перепахивается, увлажняется и разравнивается для равномерного роста грибов. Индукции лигнолитических ферментов, участвующих в разложении ксенобиотиков, способствует дефицит в среде легкодоступных для гриба источников углерода и азота. По мере потребления носителя-субстрата грибом его гифы проникают в почву, где входят в контакт с токсичными веществами и разлагают их. В настоящее время препарат на основе Ph. chrysosporium выпускается в виде порошка фирмой «Mycotech» (США). Однако технология использования плесневых грибов еще недостаточно отработана. Плесневые грибы чувствительны к повышенным концентрациям почвенных загрязнений. Многие грибы неполностью деградируют токсиканты.

Препараты-деструкторы, в состав которых входят бактерии р. Pseudomonas, синтезирующие внеклеточные поверхостно-активные гликолипиды (рамнолипиды), не только повышают скорость утилизации углеводородов микроорганизмами, но и принимают участие в удалении металлов (Zn, Cd, Cu) из загрязненных почв за счет образования комплекса рамнолипидов с металлами. Показано, что рамнолипиды могут повысить и скорость биодеградации бензпирена в нефтезагрязненных почвах.

Для очистки территорий, а также грунтов прибрежной полосы морей, загрязненных радиоактивными изотопами 60Co, 137Cs и 90Sr в концентрациях, в 10–1000 раз превышающих фоновые, а также одновременно загрязненных отработанными трансформаторными маслами, содержащими полихлорированные бифенилы, мазут, в Институте атомной энергии им. Курчатова разработан комплексный сорбционно-биологический способ. На первом этапе используются сорбенты, поглощающие загрязнения и снижающие токсичность

почв, а затем — биопрепараты на основе микроорганизмов-биодеструкторов и другой биоты (например, дождевых червей), поглощающих и утилизирующих загрязнения.

Отдельную группу составляют биопрепараты, разработанные для биологической очистки сточных вод и газовоздушных выбросов (в установках дезодорации газов). Они могут использоваться в качестве стартовых культур (стартовых активных илов) для локальных очистных сооружений промышленных предприятий, для стабилизации работы очистных сооружений при залповых попаданиях в сточные воды токсичных веществ, для объектов транспортного хозяйства и агропромышленных комплексов, придомовых очистных установок, для борьбы с водорослями и цветением водоемов. Так, в Швейцарии для очистки промышленных стоков, загрязненных углеводородами, фенолами, применяют микробный препарат ЕС-био-100 в виде жидкого концентрата. В России в ГосНИИсинтезбелок был разработан биопрепарат для очистки стоков и выбросов от сероводорода и фенолов. При его использовании обеспечивается снижение концентрации сульфидов в стоках с 4000–5000 мг/л до 0,5–1,5 мг/л, фенолов – с 100–500 мг/л до 0,5–5 мг/л при себестоимости очистки 0,1 долл. за 1 м3 стоков. При очистке газовых выбросов обеспечивается полное отсутствие фенолов и содержание сероводорода не более 200 мг/м3 при исходном его содержании 2–5% по объему при себестоимости очистки 1 долл. за 1000 м3 газов, что существенно дешевле традиционных химических способов. Препараты серии МикрозимТМ, предлагаемые на российском рынке, могут использоваться для улучшения показателей работы очистных сооружений, дезодорации газов, очистки водоемов от водорослей. Серию таких препаратов на основе различных бактериальных культур, предназначенных для разложения в промышленных стоках широкого спектра органических соединений, для стимулирования нитрификации, снижения концентрации фосфатов, удаления из газовоздушных выбросов неприятно пахнущих соединений, предлагает ООО НПП «Би-ТЭК» (г. Екатеринбург). В ассортименте также биопрепараты для удаления избытка питательных веществ из природных водоемов, их осветления и профилактической обработки. Препараты используются совместно со стандартным аэрационным оборудованием. Этой же фирмой предлагаются подобные препараты для использования в домашнем хозяйстве, решения проблем общественных учреждений, обслуживания индивидуальных очистных сооружений, септиков, выгребных ям, портативных туалетов, чистки различных поверхностей, разжижения и утилизации отходов животноводства, интенсификации компостирования, удаления неприятных запахов в местах сбора мусора, поддержания в чистоте коммуникационных систем.

Большое внимание уделяется расширению возможностей биопрепаратов за счет использования генетически модифицированных микроорганизмов. Генетически модифицированные микроорганизмы могут быть целесообразны для повышения эффективности биоремедиации, расширения спектра разлагаемых загрязнений, качества прогнозирования и управления ходом биоремедиации, а также обеспечения устойчивости микроорганизмов к неблагоприятным факторам окружающей среды.