Bioremediering til kystområder ramt af olieforurening

Danmark er i øjeblikket det mest klimavenlige land i verden. Landet reducerer olieproduktionen og begrænser havbrugarealerne.

Men selv om råolieproduktionen er faldende, er den stadig for høj.

Danmark ligger på førstepladsen i EU med hensyn til råolieproduktion, og trods landets indsats oplever regionen som helhed en stigning i befolkningsantallet, øget skibstrafik gennem de danske stræder – og langs den lange kystlinje - og et højere antal transportlaster af råolie og raffinerede produkter, der forårsager forurening af kystvandene - især olieprodukter.

Kystforurening

Uanset hvilken indsats, der gøres for at udelukke ulykker eller nødsituationer under produktionen og transporten af olie og olieprodukter, sker de stadig foruroligende nok. Den største katastrofe var ulykken i Den Mexicanske Golf i 2010, som chokerede hele verden. Desværre viser ulykken stadig sine ar.

Det ser vi eksempelvis, når der i dag spildes lidt brændstof i vandet ved tankning af en motorbåd, eller når udstødningsgasser opløses i vandet. I de tilfælde er der ingen, undtagen hydrokemikere og havbiologer, der lægger mærke til det: Der er ingen synlige tegn, og der er ingen lugt af benzin. Også det faktum at koncentrationen af ​​olieprodukter med et sådant baggrundsforureningsniveau er 5-10 MPC (maksimalt tilladte koncentrationer), anses for at være tilladt, så vi kommer ikke til at drikke det.

Hvis man sætter et olieudslip op imod en brand i en lejlighed, er løsningen på branden, at modige brandmænd ankommer, slukker ilden og går igen. I kontrast til det, svarer bioremedierende arbejde til, at ejeren af lejligheden skal smide de brændte møbler ud, lave reparationer på lejligheden og forsøge at slippe af med lugten af røg. Alt sammen krævende og dyre indsatser, der er nødvendige for at gøre lejligheden beboelig igen.

Når man taler om olieudslip, er bekæmpelsesteknikker rettet mod at eliminere de største og mest synlige konsekvenser. Første punkt på dagsordenen er at indhegne pletterne med bomme for at forhindre spredning, og dernæst opsamles olien med mekaniske midler. Resten af olien fjernes med sorbenter og dispergeringsmidler, der er de mest effektive til at stivne og/eller nedbryde olieprodukterne kemisk.

Frustrerende nok skader sådanne reagenser kysternes økosytstemer. Mange af de midler, der bruges, binder nemlig til olieprodukterne og får dem til at synke til bunds. Det vil sige, at det på overfladen kan se ud, som om olien er fjernet, men i realiteten er store dele af olien sunket til bunds, hvor det skader havbunden.

Når olieprodukter spildes, påvirkes kystzonens fauna og flora. Der hvor oliekoncentrationen er højest, påvirkes flora og fauna mest negativt. Kystzonen er et ynglested og det sted, hvor tidlig udvikling for mange fisk, hvirvelløse dyr og alger finder sted. Og det er i denne zone, oliekoncentrationen typisk er størst på grund af olieplettens bevægelse mod kysten og den aktive opløsning af olieprodukter i vandet på grund af høj bølgeaktivitet.

Valget af bioremediering som den bedst mulige teknologi

Bioremediering er et nyt begreb, men processen er meget gammel og naturlig. Hvis den ikke eksisterede, og hvis der ikke var nogen metoder til rensning af forurening skabt af naturen, ville livet for mange organismer være stoppet for længe siden under påvirkning af olieprodukter såvel som andre forurenende stoffer.

Bioremediering dækker over brugen af ​​mikrobielle arter til at rense jord og grundvand, der er blevet forurenet med udledte kemikalier. Når alt kommer til alt er mange typer bakteriearter i stand til at leve af petroleumskulbrinter, oxidere dem – hvorfor disse bakteriearter også kaldes ‘olieoxiderende’ - og bruge den udledte energi og substans til at bygge deres egen krop.

Ideen ser ud til at være enkel: At identificere bakteriestammer, der aktivt absorberer olieprodukter og derved renser deres miljø og vores habitat og øger deres biomasse. I tilfælde af spild af olieprodukter skal vi tilføje en suspension af sådanne bakterier på ulykkesstedet. Men der er mere i dette, end man kan se.

Rengørende algeplantager

Personalet på Algology Laboratory of the Murmansk Marine Biological-Institutet under det russiske Academy of Sciences, MMBI RAS, anført af Professor G.M. Voskoboynikov, har i mange år arbejdet på at forbedre bioremedieringsteknologien til rensning af kystvande for olieprodukter. Arbejdet er baseret på nogle grupper af mikroorganismers evne til at udnytte petroleumskulbrinter, som er den nye information, der er blevet opdaget.

1. Skabelsen af ​​en stamme af kulbrinte-oxiderende fuldgyldige bakterier er umulig på grund af deres høje genetiske variabilitet. Hvis den oprindelige stamme arbejder med 80% effektivitet under laboratorieforhold, falder dens aktivitet efter 3-4 generationer (3-5 dage) til 10-20% eller til aktivitetsniveauet for mikroorganismer fra den naturlige befolkning.
    
2. Når stammen overføres til naturlige forhold, "opløses" den hurtigt i den naturlige bestand. Den samlede effektivitet af destruktion af oliekulbrinter stiger en smule.
    
3. I det naturlige miljø er der konstant en gruppe bakterier, der, når olieprodukter kommer ind i miljøet, aktivt går over til at fodre dem. Derfor stiger deres antal i miljøet betydeligt.
    
4. På algeoverfladen er mikroorganismerne, herunder kulbrinte-oxiderende bakterier, væsentligt højere end på et "levende" fast substrat (sten, jord mv.) og en størrelsesorden højere end i det omgivende vandmiljø. Det skal her præciseres, at obligatoriske kulbrinte-oxiderende bakterier, dvs. bakterier, der kun fodrer olieprodukter, ikke eksisterer. De tilhører gruppen af ​​heterotrofe bakterier, der bruger et hvilket som helst organisk stof, herunder petroleumskulbrinter. Alger i store mængder sikrer organisk stof i form af sekundære metabolitter, som er "fødevare" for mange grupper af mikroorganismer. Relativt vil koncentrationen af ​​mikroorganismer på algeoverfladen være højere. Til den aktive oxidation af kulbrinter har bakterier desuden brug for ilt, som tilføres af alger under fotosyntesen.
    
5. Olie består af mere end 700 kulbrinter med forskellige strukturer, og ikke alle er i stand til at fordøje bakterier. De er dog i stand til at "skære" dem i mindre molekyler, der allerede kan absorberes og bruges af andre plantelegemer, især makroalger. Det vil sige, at bakteriesymbiosen er i stand til at optage og bearbejde flere kulbrinter end blot bakterier.
    
6. Makroalgers modstandsdygtighed over for olieforurening er forskellig. Vores talrige forsøg har vist, at den mest modstandsdygtige art, ikke kun over for olieforurening, men over for temperatur, saltholdighed, hydrodynamiske forhold osv., er brunalgen Fucus vesiculosus, der er udbredt i verdenshavet og har stor biomasse i kystzonen.

Alle disse udviklinger gjorde det muligt for os at tilbyde en ny teknologi ‘sanitær algeplantage’ (SVP), rettet mod at bekæmpe olieprodukters (OP) forurening i kystvande. SVP forhindrer på den ene side olieplettens spredning, fungerer som et bomhegn og bidrager på den anden side til en hurtig bortskaffelse af OP.

Oprettelsen og installationen af ​​SVP vil forbedre miljøsituationen væsentligt på steder med udvinding, transport og forarbejdning af olie og petroleumsprodukter samt i områder med intensiv skibstrafik. Biologisk, fuldt kompatibel med miljøforhold og uden at forstyrre den naturlige balance, vil plantagen aktivt bidrage til rensning af olieprodukter fra vandområdet.

Plantagetyper

Personalet i MMBI RAS har udviklet flere forskellige typer sanitære algeplantager, der er optimeret til forskellige forhold i deres omgivelser.

I bund og grund er disse hydrodynamiske forhold, uanset om de er placeret på den åbne kyst, hvor der er en stærk bølgeeffekt, eller under forhold med lukkede bugter. Den eneste begrænsning for at etablere en plantage er dybden på dens placering. Den maksimale dybde må ikke være mere end 50 m.

Er der dybere, vil installationen af ​​plantagens tekniske elementer, ankre og fastgørelsesanordninger være betydeligt mere vanskelig. Det er uden tvivl nødvendigt at tage højde for navigationssikkerheden i området forud for installationen af ​​SVP.

En anden variant af plantager er som her på figur 2 til bugter uden bølgepåvirkning. Denne mulighed giver mulighed for installation af to moduler: overflade og dyb, hvilket giver en større sorptionskapacitet af plantagen pr. overfladeenhed. Denne mulighed hjælper med at rense vandområdet - ikke kun for filmoverfladeforurenende stoffer - men også for kulbrinter opløst i vandsøjlen. Komponenterne i plantagens dybe modul kan være tang eller fucus-alger af forskellige arter. For et overflademodul er det bedst egnede objekt Fucus vesiculosus. Den optimale nedsænkningsdybde af det dybe modul er op til 8 meter. Overflademodulet udfører kun i ringe grad rollen som en bom.

Ved den tredje variant er det dybe modul udelukket, da dets komponenter, som praktisk brug har vist sig under bølgepåvirkning at blive viklet ind og indfiltret hele plantagen. Overflademodulet i disse varianter er enten udvidet eller suppleret med flydende strukturer, hvilket øger dets bommefunktion og gør det vanskeligt at overføre en oliefilm derigennem, når bølgehøjden stiger.

Den fjerde og sidstnævnte mulighed, som er vist på figuren 4, er optimal til installation på steder, hvor makroalger ikke danner naturlige krat. Dybest set er disse områder af kysten, hvor der ikke er noget fast substrat (blokke, sten), egnet til at fiksere og dyrke makroalger: sandede kyster eller kyster sammensat af fint grus. Derudover kan denne mulighed bruges til hurtig udbredelse af plantagen på steder med nødudslip: vores forskning har vist, at alger i et sådant modul er i stand til at holde sig i live i en måned. Det vil sige, at denne type modul kan transporteres over lange afstande og bruges langt væk fra produktionsstedet.

Anvendelsen af SVP teknologi bidrager til rensning af vandområdet med olieforurening, ifølge foreløbige beregninger er 1 ha af plantagen i stand til at bortskaffe omkring 100 kg olieprodukter på 15 dage.

Mulige SVP-forbrugere

Mulige forbrugere af SVP-teknologien er miljøorganisationer, beredskabsafdelinger og andre organisationer, hvis aktiviteter er rettet mod at eliminere konsekvenserne af olieudslip og forurening af kystvandene i OP.

Denne teknologi vil utvivlsomt være interessant for virksomheder i fiskeindustrien for at forhindre OP i at komme ind i bure, dambrug og andre vandlevende organismer.

Brug af makroalger i processerne med selvrensning af kystområder

Forskning fra MMBI-personalet har vist, at makroalger spiller en meget vigtig rolle i processerne med selvrensning af kystvande fra olieprodukter.

Beregninger baseret på eksperimentelle undersøgelser tyder på, at fucus-alger, der vokser i Kola-bugten (ca. 4720 tons råmasse) i den varme årstid (maj - september) er i stand til at optage 170 kg dieselbrændstof om dagen.

Hvis vi også tager hensyn til tangalger, hvis biomasse overstiger fucus-biomassen, samt andre mindre almindelige arter, vil dette tal stige med mere end 2 gange.

Synspunktet er en redigeret udgave af en tale, som Mikhail Makarov i oktober holdt på en international konference i Moskva om bioremediering af den arktiske kyst. Her diskuterede forskere fra arktiske lande avancerede remedieringsteknologier til forurenet jord og vandområder. Arrangementet blev afholdt inden for rammerne af Ruslands formandskab i Arktisk Råd i 2021-2023.