На российском севере новые технологии решают старые экологические проблемы

Катамаран, оснащенный специальным оборудованием, медленно движется по водоему. По дну он ведет прибор, напоминающий щуп, который отыскивает скопления донных нефтяных загрязнений. Некоторые из них покоятся на дне северных рек и озер Республики Коми много десятков лет — еще со времен начала промышленного освоения нефтяных запасов. Заняться решением застарелых проблем стало возможным только с появлением новых технологий очистки донных отложений.

Новая жизнь

Ручей Малый Войвож в Республике Коми был очищен в рамках совместного проекта «Возвращаем жизнь рекам России» (срок проекта — 2020–2023 годы) Томского государственного университета (ТГУ) и нефтяной компании «ЛУКОЙЛ». Уже сейчас концентрация углеводородов в водоеме снизилась в 65 раз, и в ручей впервые за несколько десятков лет вернулась рыба. Проект стал победителем экологического конкурса и получил национальную экологическую премию Фонда Вернадского в номинации «Сохранение экосистем и биоразнообразия».

В 2020 году ЛУКОЙЛ решил провести комплексную очистку ручья Малый Войвож, который был значительно загрязнен еще в 60-е годы прошлого века. Технологии, применявшиеся в советские годы, в том числе сброс загрязненных нефтепродуктами сточных вод, привели к хроническому загрязнению, в том числе донных отложений водоема.

Малый Войвож особенно важен тем, что он связан с реками Ярега и Ухта, которые, в свою очередь, входят в бассейн самой крупной водной артерии Республики Коми — реки Печоры. Сегодня ручей является естественным приемником поверхностных вод на территории деятельности нефтешахтного производственного предприятия «Яреганефть». Большая часть водосборной площади ручья затрагивает объекты нефтедобычи и транспортной инфраструктуры, поэтому важно следить за состоянием водной системы.

Работы велись благодаря технологии «Аэрощуп». Пока это единственная разработка, позволяющая очищать дно водоемов от нефтяных отложений, которая получила в России положительное заключение Росприроднадзора. «Аэрощуп» разработали ученые из Томска, положив в основу принцип флотации — молекулярного прилипания нефтяных углеводородов к границе двух фаз: воздуха и жидкости. Воздействуя на лежащий на дне слой нефти, пузырьки воздуха «отрывают» фрагменты нефти и увлекают за собой на поверхность воды, где их улавливают и собирают. В отличие от других способов очистки водоемов от нефтяных загрязнений, здесь не используются химические или биологические средства. Оборудование устанавливают на катамаран и исследуют дно, причем работают как летом, так и зимой подо льдом, что важно для северных районов.

На заключительном этапе проекта были использованы особые биопрепараты, разработанные специально для водной системы Малого Войвожа. Ученые выделили из природных донных отложений углеводородоокисляющие бактерии, которые могут разлагать остатки нефти до нетоксичных веществ. В природной среде их количества недостаточно для быстрой и эффективной очистки донных отложений, поэтому биологи размножили бактерии в лабораторных условиях и оценили эффективность на экспериментальных образцах. За две недели содержание углеводородов в них снизилось на 49%, то есть почти в два раза. После этого штаммы бактерий вернули в экосистему. Таким образом, микроорганизмы продолжат бороться с остаточными явлениями загрязнения, не нарушая существующего баланса экосистемы. Так как бактерии были выделены в северных районах, они устойчивы к сложным климатическим условиям и способны переживать агрессивные состояния окружающей среды.

Вскоре после завершения работ ученые зафиксировали возвращение в ручей первой рыбы: в водоеме появился пресноводный гольян — основа питания многих крупных пород хищной рыбы. По мнению биологов, вскоре здесь можно будет увидеть и другие виды местной ихтиофауны.

Застарелая проблема

С северными широтами Томский университет знаком не понаслышке. Именно с решения старых экологических проблем северных нефтяных провинций началась разработка технологии. Речь идет об озере Щучьем. Оно пострадало в 1994 году в результате масштабной аварии в Усинском районе Республики Коми. Тогда в результате разлива нефти от загрязнения пострадали реки Колва (приток Усы), ручьи Пальник-Шор, Безымянный, Большая и Малая Кенью, река Хатаяха с притоками, многочисленные озера. По Печоре нефть дошла до Баренцева моря, нефтяное пятно растянулось на 18 км. Это была первая нефтяная авария в России, о которой узнал весь мир. Ее занесли в Книгу рекордов Гиннесса как крупнейший разлив нефти на суше. Для уборки последствий были привлечены средства Всемирного банка, а сама борьба с загрязнением растянулась на многие годы.

Значительную часть работ выполнял уже новый владелец месторождения — компания «ЛУКОЙЛ». Статус зоны экологического бедствия с зоны аварии был снят лишь в 2004 году: после технической, а потом и биологической рекультивации с высевом многолетних трав все участки земли возвратились в лесной фонд.

За это время нефтяники ЛУКОЙЛа совместно с учеными изобрели и внедрили множество новых технологий как в плане уборки нефти, так и в плане переработки нефтезагрязненного грунта, а также по локализации нефти и уборке ее на воде. Были созданы новые нефтеловушки и гидрозатворы, которые позволяли сдерживать нефть на дамбе, пропуская нижнюю чистую воду. Но каких-то технологий на тот момент еще не существовало. Например, разработок, позволяющих эффективно бороться с донными загрязнениями. Практиковавшиеся тогда методы предполагали либо выемку грунта для его последующей очистки, либо использование химических препаратов, которые сами по себе являются нагрузкой на природные объекты и недопустимы для использования. Так что уборка дна оставалась задачей «на вырост» — не только здесь, но и на всей территории России.

Новый подход

По данным Министерства энергетики, в год в России происходит в среднем порядка 15–20 тыс. аварий с разливом нефти. Главные источники ЧП — аварии на внутрипромысловых и магистральных трубопроводах, о которых не застрахована ни одна компания в мире. Благодаря отработанным методикам значительную часть углеводородов удается собрать, но если разлив происходит на воде, больше половины объема нефти уходит на дно. Особенно на севере, где из-за низких температур тяжелые фракции и парафины быстрее погружаются под воду и могут оставаться нетронутыми десятками лет.

Такие проблемы особенно остро ощущаются в старых промышленных районах. К ним относится Тимано-Печорская нефтегазоносная провинция в Коми и Ненецком автономном округе. В советское время здесь развернулся мощный промысел на богатейших месторождениях страны. Правда, методы хозяйствования в СССР иногда оставляли желать лучшего. В документальных фильмах тех лет можно видеть, как нефть несколько дней фонтанирует из новой скважины. Вопросами очистки почвы и тем более водоемов долгое время фактически никто не занимался — тогда это не считалось большой проблемой.

Об озере Щучьем заговорили в начале 2000-х годов. Местные жители обнаружили, что в озере, являющемся излюбленным местом рыбалки, появились щуки с аномальным развитием. Приглашенные из Томского университета ученые провели комплексное исследование и выявили на дне водоема большой слой нефти. По данным исследовательской группы ТГУ, сегодня в Республике Коми есть водные объекты, где нефть находится на глубине в слое до 10, 15 и даже 20 см. Об откачке нефти в таких случаях речь не идет, потому что тогда на дне будет образовываться колоссальное количество нефтесодержащих отходов — тысячи тонн.

Было очевидно, что необходимо создавать новый подход, который позволит решить проблему не только озера Щучьего, но и других загрязненных водоемов. Первые технологические идеи появились у ученых Томского госуниверситета в 2003 году, когда была поставлена задача найти эффективное решение очистки дна от нефти в Усинском районе Коми. Так на базе ТГУ начала формироваться научно-технологическая инженерная школа.

В том же 2003 году ЛУКОЙЛ-Коми заключил соглашение с ТГУ, и тогда впервые в истории России были заложены и в течение двух лет успешно проведены опытные работы по извлечению нефти с донных отложений озера Щучьего на глубине 8–12 м. На поверхность было поднято 157 (!) тонн нефти. По итогам реализации проекта был оформлен соответствующий патент, состоялась его презентация на международном форуме во Франции.

В течение нескольких последующих лет биологи ТГУ вели мониторинг: отбирали пробы воды, ихтиофауны, донных отложений и гидробионтов — организмов, обитающих на дне и выступающих биоиндикаторами экосистемы. Спустя десять лет после очистки экосистема озера практически полностью восстановилась.

На сегодняшний день у компании «ЛУКОЙЛ» и Томского государственного университета подписано соглашение о комплексном сотрудничестве, нацеленном на обеспечение экологической безопасности водных объектов нефтегазоносных районов Арктики и прилегающих территорий. Ученые намерены расширить свои исследования и использовать их результаты для создания новых продуктов и технологий, необходимых для восстановления природных экосистем. Так что работа будет продолжаться.