Очистка сточных вод, как она есть, погрузимся с головой :)
«Грязная вода – источник болезней,
очищенная вода – залог здоровья»
Приветствую, дорогой читатель!
Продолжаем наше путешествие по страницам СМИ. На днях появилась публикация, в которой пресс-служба комплекса городского хозяйства города Москвы сообщает о высадке растений-экофильтров на объектах столичных очистных сооружений поверхностного стока. В помощь очистным сооружениям на финальном этапе доочистки воды было высажено наиболее эффективное растение - Эйхорния, в простонародье водный гиацинт, способное своей мощной корневой системой извлекать взвеси, металлы, нитраты, фосфаты и органические вещества.
Так что же такое растения-экофильтры, действительно ли они способны выполнять такую сложную функцию по доочистке сотен тысяч кубометров поверхностных вод и атмосферных осадков, попадающих в водосточную сеть?
В этой статье мы погрузимся в удивительный мир биологической очистки сточных вод, исследуя, как растения превращают загрязненные стоки в кристально чистую воду.
Ну что ж, поехали!
Врата в историю: от кувшинок и камышей до очистных сооружений
Перенесемся на несколько тысячелетий назад. Первые упоминания о биологической очистке можно найти уже в античных цивилизациях.
Древние цивилизации и ранние практики
- Древний Египет (около 3000 года до н.э.): Вода из Нила использовалась для орошения полей и последующего сброса сточных вод в каналы с растительностью, что позволяло естественным образом очищать воду. Люди заметили, что растительность способна фильтровать и очищать воду, а также подавлять неприятные запахи и вредоносные микроорганизмы.
- Древний Китай (около 200 года до н.э.): Некоторые исторические источники указывают на применение растений (например, водных лилий) в системах орошения и для улучшения качества воды с помощью естественного фильтрационного процесса.
Средние века и эпоха Ренессанса
- Средние века (500–1500 гг.): Система очистки сточных вод продолжала эволюционировать. В Европе использовали пруды с растительностью для очистки сточных вод, где естественные процессы фильтрации и разложения происходили благодаря растениям и микроорганизмам. Но научно обоснованный подход к биологической очистке только-только начинал развиваться.
- Эпоха Ренессанса (1500–1700 гг.): За этот период наблюдается возрастание интереса к науке и восстановлению античных знаний. Возникла концепция использования растений в системах сточных вод, но научные исследования происходили в основном в индивидуальном порядке.
Появление первых систем
- 18-й век: Появление первых структурированных систем биологической очистки сточных вод. Начал развиваться более систематический подход к использованию растений для очистки.
- 19-й век: в Европе, особенно в Англии, начали применять системы или каскады прудов с растительностью для очистки сточных вод, где использовались различные виды водных растений для удаления органических загрязнений. Это стало основой для будущих систем очистки.
20-й век: Научная поддержка
- 1920–1930-е годы: Стали исследовать эффективность тех или иных видов растений в системах очистки сточных вод. Хорошие показатели для удаления питательных веществ и загрязнителей из сточных вод показал тростник.
- 1970-е и позже: Современные системы биологической очистки с использованием растений начали активно внедряться по всему миру. В Советском Союзе первые серьезные исследования по биологической очистке сточных вод с использованием растений начали проводить именно в этот период. Было установлено, что наиболее эффективными для этих целей являются погруженные растения, такие как роголистник, ряска и некоторые виды водорослей. Эти растения способны поглощать органические вещества и минералы, а также активно участвовать в процессах нитрификации и денитрификации.
- Сегодня многие городские и сельские очистные сооружения по всему миру применяют растительные системные установки (например, искусственные водно-болотные угодья) для очистки сточных вод, что позволяет не только эффективно очищать воду, но и оживлять экосистему.
Как мы видим, использование растений для очистки сточных вод имеет длительную и разнообразную историю. От древних практик в античных цивилизациях до современных высокоэффективных систем очистки, основанных на научных исследованиях, растения всегда играли важную роль в поддержании чистоты и качества воды. Сегодня они являются неотъемлемой частью устойчивых и экологически чистых технологий, способствующих решению проблем, связанных с загрязнением воды и окружающей среды.
Научные основы: Как происходит очищение?
Ответ кроется в сочетании химических и биологических процессов.
И с этого места поподробнее пробежимся по всем этапам очистки сточных вод, итак…
1. Ловля гигантов: Механическая очистка
- Грубая очистка: Включает процессы удаления крупных твердых отходов и материалов, таких как песок, пластик, и другие крупные частицы, с помощью решеток, сит и других фильтрующих устройств. Этот этап предотвращает засорение и повреждение более деликатных систем очистки.
- Тонкая очистка: Включает процессы удаления более мелких частиц и материалов, таких как взвешенные частицы, клочья, жиры и масла. На этом этапе частицы удаляются с помощью фильтров, осаждения и других методов, обеспечивая более чистое основное водоснабжение для последующей обработки.
2. Танцы молекул: Физико-химические процессы
- Коагуляция: Процесс слипания мелких частиц под действием сил притяжения в более крупные агрегаты. Этот процесс происходит в дисперсных системах, таких как суспензии, эмульсии и аэрозоли. Коагуляция может быть использована для очистки воды от примесей, в частности, для удаления коллоидных загрязнений.
- Флоккуляция: Этап, на котором образуется флок (сгусток) взвешенных частиц, которые можно затем удалить из воды. Процесс флоккуляции играет важную роль в дальнейшей очистке воды, улучшая ее качество.
- Адсорбция: Процесс, при котором адсорбенты (вещества, способные адсорбировать другие вещества) используются для привлечения и удержания загрязняющих веществ в воде. Этот этап помогает удалить органические и неорганические примеси из сточных вод.
- Ионный обмен: Ионный обмен - метод очистки сточных вод, при котором ионы замещаются в воде ионами адсорбента. Этот процесс способствует уменьшению содержания солей и тяжелых металлов в воде.
- Окисление: Окисление - процесс, в результате которого загрязнители окисляются до менее токсичных форм или удаляются из воды. Окисление может проводиться с применением химических реагентов или естественными процессами окисления.
- Нейтрализация: Нейтрализация - процесс, при котором кислотные или щелочные компоненты добавляются в сточные воды для установления оптимального уровня водородного показателя (pH). Нейтрализация помогает снизить активность кислотных или щелочных соединений в воде.
3. Бактериальная симфония: Совместная работа микроорганизмов (Биологическая очистка)
И вот мы плавно перешли к биологической очистке – процессу удаления из сточных вод органических загрязняющих веществ с помощью микроорганизмов.
Аэробная очистка:
Аэробная очистка - это процесс очистки сточных вод, где используются микроорганизмы, нуждающиеся в кислороде для своей жизнедеятельности.
В данном методе применяются биологические фильтры, где воду пропускают через слой фильтрующего материала (песок, щебень, уголь), на поверхности которого размножаются аэробные микроорганизмы, а также применяют аэробные реакторы, представляющие из себя специальные емкости, где создаются условия для роста и развития аэробных микроорганизмов в специальных емкостях, за счет насыщения воды воздухом.
В качестве наполнителей для аэробных реакторов, создающих большую активную поверхность для размножения микроорганизмов, применяются следующие материалы:
- Неорганические наполнители, такие как керамзит, кварцевый песок и пластиковые материалы, используются для обеспечения поверхности, на которой могут расти микроорганизмы, осуществляющие биологическую очистку.
- Органические наполнители, например опилки древесины, торф, солома, способствуют адсорбции органических загрязнений и обеспечивают среду для роста бактерий разложения.
- Синтетические наполнители - пластиковые карточки или модули из полиэтилена или полипропилена, которые обеспечивают большую поверхность для роста бактерий и улучшения эффективности аэробной очистки.
- Растения: Растения, такие как камыш, тростник, ива, эйхорния очень эффективно очищают сточные воды за счет фиторемедиации, когда они поглощают и удаляют загрязняющие вещества из воды через свои корни и листья.
Анаэробная очистка:
Анаэробная очистка - это процесс очистки сточных вод, где используются микроорганизмы, не нуждающиеся в кислороде для своей жизнедеятельности.
В данном методе применяются:
- Метантенки - специальные емкости, где создаются условия для роста и развития анаэробных микроорганизмов. В процессе жизнедеятельности микроорганизмы образуют метан (CH4).
- Биогазовые установки - анаэробные реакторы, в которых очищают сточные воды и производят биогаз, содержащий метан.
В качестве наполнителей для анаэробной очистки применяются следующие наполнители:
- Неорганические: В процессе анаэробной очистки сточных вод могут использоваться различные неорганические наполнители для обеспечения среды, в которой происходит разложение органических веществ при отсутствии кислорода, такие как щебень, гравий, песок.
- Органические, такие как солома, опилки, торф, древесная щепа, кокосовое волокно и другие органические материалы, могут использоваться для создания оптимальных условий для разложения органических примесей в безкислородной среде.
- Синтетические, такие как полипропиленовые биоблоки или другие специализированные средства, также могут применяться в анаэробных станциях очистки для обеспечения эффективного процесса разложения органических соединений.
4. Окончательный штрих или доведение воды до идеала
- Дезинфекция - процесс, направленный на уничтожение или инактивацию патогенных микроорганизмов в сточных водах с использованием хлора, ультрафиолетового излучения, озона или других методов, предотвращая распространение инфекций и болезней.
- Обезвоживание - процесс удаления из сточных вод лишней влаги с целью уменьшения объема осадка. Этот этап облегчает последующую утилизацию осадка и снижает затраты на его обработку и удаление.
- Утилизация осадка– заключительный процесс, в ходе которого осадок, полученный в результате очистки сточных вод, подвергается специальной обработке или утилизации. Например, переработка осадка в компост с помощью микроорганизмов или сжигание осадка для получения энергии.
Экологическая значимость биологической очистки заключается в том, что она позволяет минимизировать негативное воздействие на окружающую среду. Вместо использования агрессивных химических реагентов, которые могут повредить экосистему, биологическая очистка использует природные механизмы, поддерживая баланс в природе. Это помогает сохранить здоровье людей и животных, а также поддерживать чистоту водных ресурсов.
Применение биологической очистки сточных вод становится все более распространенным в современном мире. Оно используется как в городских системах, так и на промышленных предприятиях, фермах и даже в частных домах. Благодаря своей эффективности и безопасности, биологическая очистка является важным инструментом в борьбе за чистую воду и здоровую планету.
Выбор растений: поиск идеального фильтра
При очистке сточных вод широко используют такие виды высших растений, как:
Водные растения:
- Тростник озёрный (Phragmites australis): Высокая скорость роста при большой биомассе, способность поглощать азот и фосфор.
- Камыш (Scirpus): Эффективно очищает сточные воды от органических веществ и питательных веществ.
- Рогоз узколистныйи широколистный (Typha angustifolia и Typha latifolia): Высокая скорость роста, способность поглощать органические вещества, питательные вещества и тяжелые металлы.
- Рдест гребенчатыйи курчавый (Potamogeton pectinatus и Potamogeton crispus): Быстро размножаются и эффективно поглощают органические вещества и питательные вещества.
- Спироделла многокоренная(Spirodela polyrhiza): Способность поглощать органические вещества и питательные вещества.
- Элодея (Elodea canadensis): Быстро размножается и эффективно поглощает органические вещества и питательные вещества.
- Водный гиацинт (Eichhornia crassipes): Высокая скорость роста, способность поглощать органические вещества, питательные вещества и тяжелые металлы.
- Рдест плавающий (Potamogeton natans): Быстро размножается и эффективно поглощает органические вещества и питательные вещества.
- Кувшинка белая (Nymphaea alba): Способность поглощать органические вещества, азот и фосфор.
- Кубышка желтая (Nuphar lutea): Способность поглощать органические вещества, азот и фосфор.
- Частуха подорожниковая(Alisma plantago-aquatica): Способность поглощать органические вещества, азот и фосфор.
Болотные растения:
- Касатик желтый (Iris pseudacorus): Высокая скорость роста, способность поглощать органические вещества, питательные вещества и тяжелые металлы.
- Сусак зонтичный (Butomus umbellatus): Способность поглощать органические вещества, азот и фосфор.
- Стрелолист обычный(Sagittaria sagittifolia): Способность поглощать органические вещества, азот и фосфор.
- Гречиха земноводная(Polygonum amphibium): Способность поглощать органические вещества, азот и фосфор.
- Резуха морская (Cochlearia officinalis): Способность поглощать органические вещества, азот и фосфор.
- Уруть мутовчатая (Myriophyllum verticillatum): Способность поглощать органические вещества, азот и фосфор.
- Хара (Chara): Способность поглощать органические вещества, азот и фосфор.
- Ирис (Iris): Способность поглощать органические вещества, питательные вещества и тяжелые металлы.
- Осока (Carex): Способность поглощать органические вещества, азот и фосфор.
- Аир обыкновенный (Acorus calamus): Способность поглощать органические вещества, азот и фосфор.
Дополнительные факторы, влияющие на выбор растений:
- Устойчивость к загрязнению: некоторые растения более устойчивы к высоким концентрациям загрязнителей, что важно для очистки сильно загрязненных сточных вод.
- Температура воды: некоторые растения предпочитают холодную воду, а другие – теплую.
- Глубина воды: растения с плавающими листьями подходят для очистки более глубоких вод, а растения с погруженными листьями – для более мелководных.
- Доступность: некоторые растения более доступны в определенных регионах.
Уход за растениями: от мониторинга до замены
Использование растений в биологической очистке сточных вод, или фиторемедиация, является эффективным и экологичным методом. Однако для поддержания высокой эффективности системы необходимо обеспечивать правильный уход за растениями.
Мониторинг состояния растений:
Ключевым аспектом ухода является регулярный мониторинг состояния растений. Это включает в себя:
- Визуальный осмотр: Опытный персонал проводит визуальный осмотр растений на наличие признаков болезней, вредителей, механических повреждений, а также следит за ростом, цветностью и плотностью.
- Анализ почвы: Регулярно проверяют состав почвы, уровень питательных веществ, влажность и pH.
- Анализ воды: Оценивают концентрацию питательных веществ, тяжелых металлов и других загрязнителей в воде, проходящей через систему.
- Измерение биомассы: Периодически определяют массу и объем растений, чтобы оценить их рост и эффективность очистки.
Уход за растениями:
В зависимости от вида растения и условий эксплуатации, применяют различные методы ухода:
- Орошение: Регулируют полив в зависимости от погодных условий, влажности почвы и типа растения.
- Подкормка: Вносят необходимые питательные вещества, учитывая потребности растений и состав очищаемых сточных вод.
- Прополка: Регулярно удаляют сорные растения, чтобы не допустить конкуренции за питательные вещества и свет.
- Обрезка: При необходимости обрезают растения для формирования кроны, удаления сухих или поврежденных веток.
- Защита от вредителей и болезней: Применяют безопасные методы борьбы с вредителями и болезнями с учетом экологических норм.
Замена растений:
Замена растений на очистных сооружениях происходит по нескольким причинам:
- Утрата функциональности: С возрастом растения могут утратить свою эффективность в очистке сточных вод, перестать быстро расти или стать более восприимчивыми к болезням.
- Механические повреждения: Растения могут повреждаться в результате неблагоприятных погодных условий, неправильного ухода, или механического воздействия.
- Смена вида растений: Для оптимизации очистки могут быть введены новые виды растений, более эффективные для удаления определенных загрязнителей.
Процесс замены:
- Выбор новых растений: Выбирают новые растения, учитывая тип загрязнителей в сточных водах, климатические условия и особенности системы очистки.
- Подготовка грунта: Заменяют почву или обновляют ее состав, чтобы обеспечить оптимальные условия для роста новых растений.
- Посадка: Рассаду новых растений высаживают в подготовленный грунт.
- Уход: Обеспечивают необходимый уход за новыми растениями, чтобы они укоренились и набрали силу.
Регулярный уход за растениями на очистных сооружениях является ключевым фактором в обеспечении длительной эффективности системы фиторемедиации. Своевременный мониторинг, правильное уход и плановая замена растений позволяют поддерживать высокое качество очистки сточных вод и снижать риски экологического загрязнения.
На сегодня это всё.
С любовью, Ваша Зелена Русь!
📌
🌿 Если Вам понравилась статья, ставьте 👍 и подписывайтесь на канал, чтобы не пропустить новые публикации!
🌿Оставляйте комментарии - нам очень интересно узнать Ваше мнение!
📰 Ссылку на наш ЭкоНовостной Telegram-канал вы найдете в «шапке» Дзен.