МЕТОДЫ ДООЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЫСШЕЙ ВОДНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ

Казмирук В. Д., Казмирук Т. Н., Институт водных проблем Российской академии наук,
Москва, Россия

В связи с несовершенством методов очистки сточных вод, поступающих из сосредоточенных выпусков, и невозможностью очистки диффузионного стока возникает необходимость разработки технологий защиты водных объектов от загрязнения, основанных на интенсификации процессов, протекающих внутри водоемов. Таким требованиям соответствуют биоинженерные сооружения, где используются приемы повышения ассимилирующей способности водных экосистем путем увеличения в их структуре звена фитоценоза. Регулирование качества вод наряду с другими мероприятиями может включать целенаправленное культивирование водных растений, как высших, так и низших: фитомелиорацию, интродукцию растений и наращивание биомассы гидрофитов и их сообществ в нужное время, в нужных местах и в необходимых количествах. Интенсификация процессов самоочищения вод от различных загрязняющих веществ с помощью высшей водной растительности (ВВР) в симбиозе с другими звеньями экосистемы в большинстве случаев оказывается экономичным и эффективным методом.

В ходе эволюции растительность выработала ряд защитных механизмов, и ее присутствие способствует разложению многих химических соединений. Выделяя органогенный кислород и аэрируя воду, ВВР способствует окислению органических веществ бактериями, одновременно используя полученные продукты распада для своей жизнедеятельности. В некоторых случаях степень удаления органических примесей с помощью макрофитов выше, чем при использовании промышленных методов очистки воды в аэротенках. Иногда удается уменьшить общую биогенную нагрузку на водоем до 47 %. Например, в одной из лагун озера Бива (Япония) количество общего азота было снижено на 38,5 %, общего фосфора — на 93,0 % от их годового поступления с бытовыми сточными водами. Известны опыты по обезвреживанию с помощью ВВР нефти и нефтепродуктов, пестицидов, минеральных удобрений и гербицидов, трифенилметановых красителей, ароматических и алифатических аминов, фенольных и меркаптосоединений, соединений тяжелых металлов, роданид- и цианидсодержащих сточных вод.

Если не учитывать терминологические нестыковки при названии различных сооружений, использующих свойства ВВР, принципиальным их отличием является функциональное назначение, т. е. сооружение (или естественная, заросшая ВВР, площадка) выступает средством очистки сточных вод или данная конструкция создана для улучшения качества природных вод. К первой группе сооружений относятся ботанические площадки, биопруды с посадками ВВР, искусственно заболоченные участки и биоинженерные сооружения по регулированию качества воды. Во вторую группу попадают фитофильтрационные устройства и различные виды биоплато.

Ботанические площадки — это мелководные акватории произвольной конфигурации с зарослями ВВР, как правило, естественного происхождения площадью от нескольких единиц до десятков гектаров, создаваемые в существующих понижениях рельефа местности или на специально обвалованных территориях. В большинстве случаев ВВР представлена тростником обыкновенным, рогозом узколистным и широколистным, камышом озерным. Ботанические площадки нашли применение в основном для очистки и доочистки сточных вод горнодобывающей и химической промышленности. Степень очистки воды от соединений азота на таких площадках колеблется в пределах 2,5–97 %, от тяжелых металлов — 14–90 %, от нефти и нефтепродуктов может достигать почти 100 %.

Установлено, что на экспериментальных площадках с помощью камыша удаляется 94 % азота, тростника и рогоза — соответственно 78 и 28 %. На площадке без растительности количество азота уменьшается на 11 %. Высокую эффективность удаления азота на площадках с камышом и тростником иногда связывают с их способностью перемещать кислород в зону корнеобитания. У рогоза эта способность отсутствует. Эффективность очистки от азота значительно повышается в условиях обильного снабжения углеродом, входящим в состав растворенных органических веществ, и при низких скоростях движения воды. Верхний предел поглощения азота тростником, камышом и рогозом составляет около 0,1 г/м² в сутки. Кроме того, на ботанических площадках, пропускающих сточные воды животноводческих комплексов, существенно снижается перманганатная окисляемость воды и биохимическое потребление кислорода, повышается насыщение воды кислородом, улучшаются органолептические и санитарно-бактериологические показатели. По мнению разных авторов, нормальная нагрузка в период активной вегетации макрофитов в расчете на м² колеблется в пределах 0,2–2,0 м³/м² в сутки при развитии 100–200 стеблей камыша, рогоза или тростника.

Принципиальное отличие биологических прудов с посадками ВВР — наличие альгобактериального комплекса. Интродукция в них ВВР позволяет использовать дополнительный механизм очистки, свойственный сообществам макрофитов (минерализующая деятельность перифитона ВВР, поглощение и накопление собственно ВВР, а также фито- и бактериопланктоном, обитающим в их зарослях, и т. д.). В таких сооружениях содержание азота снижается на 10–80 %, органических веществ — на 90 %, нефти и нефтепродуктов — на 60 %, взвешенных веществ — на 98 %.

Дополнительным фактором очистки сточных вод на искусственно заболоченных участках по сравнению с ботаническими площадками является фильтрация воды через корнеобитаемый слой грунтов. Такие сооружения очищают сточные воды от aммонийного азота на 30–60 %, нитритов — на 10–20 %, снижают БПК5 на 50–70 %.

Для улучшения и интенсификации естественных очистных свойств ВВР и сопутствующих ей организмов, а также комбинирования механической и биологической очистки сточных вод создаются различные конструкции искусственных биоинженерных водоохранных сооружений, где поток воды фильтруется как в горизонтальной, так и вертикальной плоскости. ВВР занимают 100 % акватории сооружений и представлены тростником обыкновенным, рогозом узколистным, камышом озерным. Известны и другие комбинации основных видов ВВР. Так, технология снижения содержания СПАВ в воде основана на совместном использовании погруженной (элодея канадская) и воздушно-водной (рогоз узколистный) растительности. Для таких сооружений получено снижение концентраций аммонийного азота на 80–92 %, азота нитритов на 94–99 %, азота нитратов на 60–96 %, фосфатов на 96–99 %, органических веществ на 40–80 %, взвешенных веществ на 88–97 %. Улучшались такие показатели качества воды, как цветность и рН. Наиболее распространены различные типы биоинженерных сооружений в Германии — как самостоятельные сооружения и как составная часть других очистных установок.

В России в последнее десятилетие получили развитие габионные очистные фильтрующие сооружения, создаваемые НПО «Эколандшафт» для очистки дождевых, талых и моечных сточных вод, поступающих с дорожного полотна. В 1997–1998 гг. при реконструкции Московской кольцевой автодороги была создана система отвода и очистки сточных вод с автодорожного полотна для защиты практически всех пересекаемых кольцевой магистралью водных объектов.

В дальнейшем габионные очистные фильтрующие сооружения были построены во многих местах московского региона: на Ленинградском, Киевском, Осташковском шоссе, при сооружении третьего транспортного кольца г. Москвы на Боровском и Киевском шоссе.

От рассмотренных выше водоохранных сооружений принципиально отличаются различные виды биоплато, в которых сообщества ВВР естественного или искусственного происхождения используются в качестве биофильтров для улучшения качества природных вод. Основное назначение биоплато — обезвреживание алло- и автохтонных источников загрязнения водных объектов, как правило, искусственного происхождения. В настоящее время известно несколько типов биоплато: береговое, русловое, устьевое, наплавное и инфильтрационное, которые были подробно исследованы в Институте гидробиологии АН УССР и ВНИИВО в 1975–85 гг. и реализованы при строительстве канала Днепр–Донбасс.

Основные недостатки водоохранных сооружений, использующих очистные свойства ВВР, — сезонность функционирования и необходимость уборки значительного объема растительного опада, который не всегда экологически безопасен. Например, растения, произрастающие на осадке, образовавшемся при смыве с полотна автодорог, как и сам осадок, имеют высокий класс токсичности, и их утилизация требует применения специальных технологий. Несмотря на имеющийся опыт получения из ВВР зеленой массы, сена, силоса, травяной муки и гранул, а также выращивания на мелководьях риса и разведения рыб, широкой поддержки эти направления не получили ввиду сложности и низкой эффективности при выполнении широкомасштабных работ.

USE OF AQUATIC VASCULAR PLANTS IN TREATING WASTEWATER

Kazmiruk V. D., Kazmiruk T. N., Water Problems Institute, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

The role of aquatic vascular plants in wastewater treatment by natural and artificial wetlands is discussed. The data suggest that Phragmites australis, Typha angustifola, Typha latifolia and Scirpus lacustris are the most suitable species for nitrogen and phosphorus uptake, storage and metabolism.

Главная страница

Сведения об авторах

Казмирук Василий Данилович, канд. геогр. наук, ст. науч. сотр., Институт водных проблем РАН, ул. Губкина, 3, Москва, 119991, Россия. Тел./факс: (48242) 3-67-34, 4-37-43. E-mail
Казмирук Тамара Николаевна, канд. техн. наук, ст. науч. сотр., Институт водных проблем РАН, ул. Губкина, 3, Москва, 119991, Россия. Тел./факс: (48242) 3-67-34, 4-37-43. E-mail

Последние изменения внесены 19.09.08