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.