Биоремедиация буровых отходов

Бурение даёт два потока отходов, ведущих себя совершенно по-разному. Отработанный раствор на водной основе — это рассол, нагруженный глиной, баритом и полимерами. Шлам от растворов на неводной основе — это порода, покрытая органической базовой жидкостью, обычно с остаточным содержанием от нескольких до первых десятков процентов по массе. Задачей биодеградации в обычном смысле является только второй, и отказ отрасли от дизельного топлива был сделан именно на этом основании.

Базовую жидкость выбирают по разлагаемости

Неводные базовые жидкости выстраиваются в отчётливый ряд. Быстрее всего идут эфиры: сложноэфирная связь гидролизуется, а образующиеся жирная кислота и спирт сразу вступают в β-окисление, поэтому они разлагаются и в аэробных, и в анаэробных условиях. Линейные α-олефины и внутренние олефины медленнее — им нужна первичная окислительная атака по двойной связи или концевому углероду. Синтетические парафины самые медленные, потому что насыщенную неразветвлённую цепь сначала должна окислить алканмонооксигеназа, а этому ферменту нужен молекулярный кислород. Дизельное топливо и минеральные масла ещё медленнее и содержат ту самую ароматическую и полициклическую фракцию, ради устранения которой замена и затевалась. Этот порядок — не лабораторная тонкость: Решение OSPAR 2000/3 запрещает сброс шлама, загрязнённого органической фазой выше 1 % на сухой шлам, в Северо-Восточной Атлантике, а в других юрисдикциях допуск к сбросу получают по сравнительным испытаниям на биоразлагаемость и токсичность для донных организмов.

Морское дно отбирает кислород

Сброшенный шлам не рассеивается, а накапливается отвалом. Уже на нескольких сантиметрах глубины кислород исчерпан, и разложение идёт только через сульфатредукцию и метаногенез — на один-два порядка медленнее аэробного. Отвал бескислороден и физически: масляная оболочка мешает водообмену, а сама осевшая органика создаёт собственное потребление кислорода. Поэтому измеренные в натуре периоды полуразложения исчисляются годами, а восстановление определяется биотурбацией и медленным размывом отвала, а не собственной разлагаемостью, измеренной в колбе. Хуже всего приходится парафинам: их первая ферментативная стадия без кислорода недоступна.

На суше предел ставит рассол

Наземная обработка шлама и твёрдой фазы растворов — землевание, компостирование в буртах, шламовые биореакторы — ограничена водной химией, а не углеводородом. В системах на водной основе используют хлориды калия и натрия, и солёность обработанного материала регулярно оказывается достаточной, чтобы подавить углеводородокисляющее сообщество, не обладающее галотолерантностью; осмотический стресс гасит активность задолго до концентраций, разрушающих структуру почвы. Известь и щёлочь в растворе оставляют pH около 10 — вне оптимума большинства деструкторов. А стехиометрия питания всегда смещена в одну сторону: шлам — это почти чистый углерод, поэтому азот и фосфор приходится вносить, чтобы приблизиться к соотношению около 100:10:1, которого требует биомасса.

Чего биология здесь не может

Барит — минерал, и его примесные металлы, прежде всего ртуть и кадмий (именно поэтому они нормируются в буровом барите), разложить нельзя. Биологическая обработка меняет форму нахождения и подвижность металлов, но не удаляет их. Утверждение, что биоремедиация «обезвредила» буровые отходы, относится только к органической фракции; куда можно направить обработанный материал, по-прежнему решают остаточная солёность и содержание металлов.