применение биоинженерных сооружений для защиты водных

УДК 504.4:624.004.12:628.32
Михалева Т.А., к.с. -х.н., доцент, Калина А.А., студент
ПРИМЕНЕНИЕ БИОИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ ДЛЯ
ЗАЩИТЫ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
В статье описано применение сооружений естественной
биологической очистки с использованием высшей водной и влаголюбивой
растительности для защиты водных объектов от загрязнения.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: БИОИНЖЕНЕРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ,
МАКРОФИТЫ, ЕСТЕСТВЕННАЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА,
СОМООЧИЩЕНИЕ.
Защита водных объектов от загрязнения включает комплекс
водоохранных
мероприятий,
разрабатываемых
для
обеспечения
нормативного качества воды в водоприемниках. При их осуществлении
первостепенное значение отводится применению эффективных технологий
очистки загрязненных вод. Наиболее перспективным и экономически
выгодным является
использование биоинженерных
сооружений с
высшей водной и влаголюбивой растительностью, принцип работы
которых основан на естественных биологических процессах, протекающих
в гидроэкосистемах. В этих сооружениях активизированы процессы
самоочищения за счет естественной способности ряда живых организмов и
растений поглощать, разлагать и перерабатывать загрязняющие вещества.
Очистка от загрязнений происходит за счет самоочищения в
процессе круговорота воды, выноса биогенных и загрязняющих веществ и
трансформации их микроорганизмами и растениями.
Биоинженерные сооружения применимы там, где природноклиматические условия и экологические факторы обеспечивают
оптимальные условия для произрастания водных растений. Их применяют
как самостоятельный водоочистительный объект, в системе сооружений
естественной биологической очистки или в комплексе с индустриальными
сооружениями.
Сооружения очистки сточных вод потоком по склону, засеянному
многолетними влаголюбивыми травами, и рассеивающие выпуски
применяют для очистки и доочистки сточных вод малых населенных
пунктов, предприятий по переработке сельскохозяйственной продукции, а
также поверхностных и дренажных вод с территории полей орошения.
Допустимая нагрузка сточных вод – 600-1000 м3/га в сутки, длина склона –
не менее 50 м. Эффективность очистки по взвешенным веществам и яйцам
гельминтов составляет 100%, по органическим веществам – 96-99%, по
азоту – 90-99% (1).
Пруды с высшей водной растительностью (ВВР) применяют для
очистки и глубокой доочистки различных категорий сточных вод,
содержащих органические вещества, как самостоятельные сооружения, в
системе биопрудов с альгофлорой, а также в системе рыбоводнобиологических прудов.
Биоплато и ботанические площадки с посадками высшей водной и
влаголюбивой растительности успешно применяют для очистки
поверхностного и дренажного стока, а также для доочистки различных
категорий сточных вод.
Фитофильтрационные каналы используют
для очистки
поверхностных и сточных вод от объектов инфраструктуры
сельскохозяйственного производства с суточным выходом до 200 м3/сут. и
концентрацией загрязняющих веществ до 20-30 ПДК, а также для
доочистки сточных вод животноводческих и птицеводческих предприятий
после их механической и биологической очистки (3).
Возможностями гидроботанического метода очистки загрязнѐнных
вод на биоинженерных сооружениях являются:
извлечение
стойких
токсикантов
без
нарушения
гидроботанических связей;
- связывание токсикантов на длительный период, что исключает их
вовлечение в
трофическую цепь гидробионтов;
- ускорение распада стойких соединений за счѐт внутриклеточных
физиологических процессов;
- фильтрация зарослями водной растительности мелкодисперсных
частиц органоминеральной взвеси со связанными токсикантами, а также
плѐночных образований;
- утилизация биогенных элементов, в первую очередь азота и
фосфора;
- способность обезвреживания многих соединений промышленных
сточных вод;
- возможность изготовления удобрений и применения их в виде
зелѐной массы, смешанной с грунтом, экскрементами животных и птиц,
прокомпостированной около двух месяцев;
- применение в зелѐном виде как высококалорийной, богатой
каротином добавки в кормовых рационах скота, птиц или заготовке
обезвоженных кормов;
- применение в рыбоводческих хозяйствах.
Гидроботанический способ очистки загрязненных вод гораздо менее
капиталоемкий в сравнение с действующими промышленными способами,
и затраты по очистке воды при его использовании более чем в десять раз
ниже. Сравнение эффективности очистки загрязненных вод на биоплато и
индустриальных сооружениях приведено в таблице 1 (2). Биологическая
очистка с применением ВВР снижает содержание загрязнений до 93%.
Таблица 1
Сравнение эффективности очистки загрязненных вод разными методами
Метод очистки сточных вод
Механический
Химико-механический
Физико-химический
Биологический с применением
ВВР
% очистки
до 40
до 50
до 75
до 93
Для защиты от загрязнения водных объектов весьма перспективно
использовать
биоплато.
Это
сооружение
представляет
собой
искусственный мелководный проточный водоѐм с интенсивно
культивируемой экосистемой, состоящей в основном из высших водных
растений, которым сопутствует соответствующая фауна и комплекс
микроорганизмов. В зависимости от местных природных условий на
биоплато высаживают рогоз, тростник камыш и др.
Выбор вида
макрофита зависит от состава очищаемых стоков, гидрологического,
термического и инсоляционного режимов водоѐма и других условий. В
условиях малых рек Москвы наиболее перспективным является рогоз
широколистный и узколистный и тростник обыкновенный.
Именно в зарослях этих растений создаются оптимальные условия
для биологического очищения воды. Зарастание макрофитами около 50%
акватории ускоряет самоочищение водоѐма в 5-10 раз. Рекомендуется
культивирование зарослей макрофитов на 70-80% площади биоплато.
Количество растений, обеспечивающих очистку загрязненных вод на
половине гектара водной поверхности при глубине до 1 м, на малых реках
и слабопроточных водоѐмах составляет 60 тысяч, в стоках
животноводства, птицеводства и некоторых промышленных производств
соответственно 70, 80 и 100 тысяч.
Основной механизм очищения воды на биоплато заключается в
жизнедеятельности как
гетеро, так и автотрофных организмов.
Гетеротрофы (в первую очередь бактерии, простейшие, а так же
многоклеточные
беспозвоночные животные) поглощают из среды
органические вещества (в том числе и нефтепродукты) и разлагают
большую их часть до простейших соединений – углекислоты и воды, а
также биогенных веществ (соединений фосфора и азота). Автотрофы же (в
основном высшие растения и водоросли) поглощают из окружающей
среды биогенные вещества и углекислоту и используют их при построении
собственного тела, создавая из них органическое вещество путѐм
фотосинтеза. Наращиваемая ими зелѐная биомасса должна изыматься из
водоѐма, что и является его очищением.
Биоплато имеет ряд крупных преимуществ: более экономично по
сравнению с индустриальными сооружениями, т.е. менее капиталоемкое,
дѐшево при создании и эксплуатации,
экологично - не вызывает
накопления опасных отходов и является биотопом для многих диких
организмов.
С другой стороны, биоплато требует для создания больших
территорий, имеет сезонные ограничения работы, т.к. функционирует
только в тѐплое время года и чувствительно к большим концентрациям
ядохимикатов и других токсичных веществ.
Возможны одно-, двух- и многосекционные (до семи
последовательных прудов) варианты биоплато. Увеличение числа секций
делает сооружение более сложным и дорогим, но увеличивает его
эффективность. Большое число секций применяется:
- при
очень сильном начальном загрязнении (1-2 секциях
нормальное сообщество не функционирует, но происходит первичное
отстаивание);
- при необходимости глубокой очистки вод (понижение
концентрации основных загрязнителей более чем на 90%);
- при необходимости первичного или вторичного накопления воды.
В условиях малых водотоков Московского региона оптимально
построение биоплато из 2-х секций.
На рисунке 1показана схема устройства 2-х секционного биоплато
для очистки нефтесодержащего стока с дорожного покрытия.
При эксплуатации биоплато обязательно его обслуживание: зимнее
(по льду) скашивание и удаление биомассы макрофитов для
предотвращения вторичного загрязнения воды при их разложении. При
отсутствии устойчивого ледяного покрова необходимо скашивание
макрофитов на уровне 5-10 см выше уровня воды в конце вегетационного
периода. Для этого используется роторная косилка на легком тракторе или
специальная камышекосилка ВМЖ-200 (производительность 0,4-0,5 га в
час).
Рис. 1 – Схема 2-х секционного биоплато для очистки
нефтесодержащего стока с дорожного покрытия
В заключение следует отметить, что применение биоинженерных
сооружений эффективно способствует защите водных объектов от
загрязнения.
Список литературы:
1.Локшин Э.И., Михалева Т.А. Применение биоинженерных
сооружений для защиты водных объектов от загрязнения. - Всероссийский
конгресс работников водного хозяйства. Тезисы докладов. – М., 2003.
2.И.Г. Бойкова и др. Эксплуатация, реконструкция и охрана водных
объектов в городе. – М.: АСВ, 2008.
3.Михалева Т.А. Фитофильтрационный канал как эффективное
сооружение доочистки сбросных вод. // Сборник статей I Международной
научно-практической конференции преподавателей, молодых ученых и
аспирантов аграрных вузов РФ, М.: РУДН, 2009.