Известны очищающие свойства болот с медленно текущей через растительную среду водой ещё с начала 1900-ых годов.
Очистка фановых и сточных вод с помощью полей фильтрации начала активно развиваться с 1970-х годов. Именно тогда люди начали изучать процесс очищения воды, проходящей через поля или болота, от взвешенных частиц.
Называют технологию фито-очистных систем териминами: биоплато, Constructed Wetlands, Reed bed systems, Treatment wetlands, поля фильтрации.
Для работы фито-очистных сооружений (ФОС) необходимы:
1) вода с низкой скоростью течения.
2) растительная среда, живущая в воде.
Вся органика и минеральные включения при прохождении через природные растительные фильтры оседали в донных отложениях, уходили в грунт, расходовались на питание водных растений и обитателей (рыб, насекомых и прочих живых организмов обитающих в воде). А вода очищалась.
В пятидесятых годах XX века изучать искусственные поля фильтрации начали в Европе, а через десять лет и в Америке.
Есть системы ФОС в Америке, Китае, Австрии, Норвегии, Словении,Австралии, Италии, Франции, Ирландии и даже у нас в России (но больше в экспериментальном порядке). Сейчас наиболее активно биосистемы очистки применяются в Германии и Америке, там таких систем десятки тысяч и распространены они повсеместно.
Есть и пример использования системы за Полярным кругом (пос. Шонгуй), а также под Томском, где биоплато работает в условиях отрицательных температур до минус пятидесяти градусов Цельсия.
В Германии создали первую систему, которую позже усовершенствовали англичане, избавившись от избыточного поверхностного тока воды за счёт добавления гравия, что улучшило контакт очищаемых вод с корневой системой растений.
Как работает система?
Вода в системе течёт по поверхности или движется в слоях почвы, либо система сочетает движение воды в двух средах.
Систему с открытой поверхностью воды правильнее использовать, как систему финальной и дополнительной очистки сточных вод. Что характерно, эта система способна работать и зимой, но, из-за отсутствия кислорода в зимний период, лишь как накопитель.
Система эта и наименее затратна в реализации.
В движении воды под поверхностью почвы есть есть две разновидности: с потоком текущим горизонтально и вертикально текущим потоком.
Система с горизонтальным током воды ненамного дороже системы с открытой поверхностью и часто применяется в частных домах и небольших посёлках. Также может эксплуатироваться зимой.
Используется как вторичная очистка после септика.
Система с вертикальным током наиболее эффективна, в частности, её подвид ФОС с пульсирующим потоком способен очищать очень сильно загрязнённую воду, даже со свалок.
Есть комбинация систем с вертикальным и горизонтальным током воды.
На растениях в водной и почвенной среде живут целые колонии анаэробных и аэробных бактерий, которые очищают загрязненную воду, перерабатывая загрязняющие её компоненты.
Влияют на свойства системы следующие факторы:
- Тип фильтрующих материалов (может быть несколько участков с разными типами фильтрации). Есть формула для расчёта фильтрации жидкостей и газов в пористой среде (закон Дарси).
- Площадь поля фильтрации. На очищение стоков производимых одним человеком необходима площадь не менее, чем 0,2 кв.м в системе с вертикальным подповерхностным потоком , и от трёх до 10 кв.м. в системах с открытой водной поверхностью.
- Встроенные блоки (насосы фильтры и т.д.).
- Тип растений, живущих в среде системы ФОС. Система включает растения, которые синтезируют органические вещества из неорганических (автотрофы) и организмы потребляющие эти вещества (гетеротрофы).
- Характер движения потока.
- Наличии природных водных объектов (река, болото, озеро).
- Скорость движения воды должна быть низкой, но, при этом, вода не должна застаиваться).
Самыми эффективными показали себя системы гибридного типа с принудительной аэрацией, при этом наибольшее распространение получила комбинация из последовательности ФОС с вертикальным подповерхностным потоком и идущей за ней системы с горизонтальным потоком.
Несмотря на большой опыт, накопленный в области биологической очистки сточных вод единой рекомендации по созданию этих систем нет.
Так что просторы для оптимизации и роста эффективности систем очистки воды открыты.
К статье прикладываем исследование Института водных проблем о применении водных систем в России в формате pdf.
