Очистка вод высшими растениями

Глава 1. Высшая водная растительность и очистка водоемов

Рис.1.Камыш (лат. Scírpus) — род многолетних и однолетних прибрежно-водных растений семейства Осоковые.

В настоящее время предложен биогидроботанический способ очистки сточных вод. В основе биогидроботанического способа очистки сточных вод лежат биохимические процессы окисления, фильтрования, поглощения, накопления органических и неорганических веществ, минерализации, детоксикации, адсорбции, хемосорбции и др. Высокий очистительный эффект достигается там, где вода протекает через сообщество полупогруженных, плавающих и погруженных в воду растений. Имеющаяся на поверхности растений слизь (перифитон), а также снижение скорости течения жидкости в зонах зарастания способствует осаждению взвешенных веществ органического и минерального происхождения, что повышает прозрачность воды.

Высшая водная растительность способна осуществлять детоксикацию различных вредных веществ, сбрасываемых в водоем. Они поглощают пестициды – севин, атразин. Поглощаясь растениями, токсичные вещества инактивируются, проходя разнообразные химические превращения. Причем глубина погружения и концентрации потребляемых элементов существенно влияет на интенсивность поглощения органических и минеральных веществ. В результате сорбции биогенных веществ и насыщения воды водоема растворенным кислородом, выделяемым высшей водной растительностью в процессе жизнедеятельности, макрофиты позволяют предотвратить «цветение» водоемов и водохранилищ. Корневая система высшей водной растительности выделяет вещества бактерицидного действия – фитонциды, в результате чего происходит обеззараживание водоема. Таким образом, микроэлементный состав растений тесно связан с составом субстрата, на котором они произрастают. Растительные организмы не только сами приспосабливаются к физической среде, но и своей деятельностью приспосабливают геохимическую среду к своим биологическим потребностям. За рубежом в практике эксплуатации малых очистных сооружений для удаления биогенных элементов наряду с прудами с высшей водной растительностью применяются искусственные участки обводненных земель с высаженными на них водными растениями – так называемые «wetlend». Корни растений пронизывают загрузку (как правило, гравий), через которую сплошным потоком движется очищаемая вода. Эти участки в отечественной практике называют биоплато. Также рассматриваются особенности использования биоплато в северных странах. Отмечено, что, несмотря на снижение эффективности из-за низких температур и образования льда, биоплато успешно эксплуатируются в Канаде (67 сооружений), Дании, Швеции и Норвегии, Чехии, и СНГ.

Читайте также:  Стелющиеся низкорослые почвопокровные растения

При обработке сточных вод в биоплато большинство органических веществ и в растворе, и в виде частиц разлагается до углекислого газа и воды. При этом отмечается высокая эффективность удаления биогенных элементов, токсичных металлов и патогенных микроорганизмов. Растения ассимилируют биогенные вещества в биомассе, а в прикорневой системе создаются условия, повышающие активность биохимических реакций, т.е. макрофиты служат катализаторами процессов очистки.

Способность высших водных растений удалять из воды загрязняющие вещества — биогенные элементы (азот, фосфор, калий, кальций, магний, марганец, серу), тяжелые металлы (кадмий, медь, свинец, цинк), фенолы, сульфаты — и уменьшать ее загрязненность нефтепродуктами, синтетическими поверхностно-активными веществами, что контролируется такими показателями органического загрязнения среды, как биологическое потребление кислорода (БПК) и химическое потребление кислорода (ХПК), позволила использовать их в практике очистки производственных, хозяйственно-бытовых сточных вод и поверхностного стока во всем мире.

Во многих странах Америки довольно широко используется системы очистки шахтных вод на плантациях камыша и тростника. Описаны сооружения с камышовой растительностью для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод в Нидерландах, Японии, Китае; для очистки загрязненного поверхностного стока в Норвегии , Австралии и в других странах. Стойкость камыша к действию больших концентраций загрязняющих веществ позволила довольно успешно использовать его для очистки сточных вод свиноводческих комплексов в Великобритании.

Очистные системы вторичной и третичной очистки бытовых сточных вод, основанные на использовании элодеи, пригодны для использования в умеренном климате, где могут круглый год удалять биогенные элементы из сточных вод.

По результатам промышленно-экспериментальных исследований процесса очистки бытовых сточных вод с использованием водного гиацинта в США, степень очистки по БПК5 достигает 97-98%.

В Китае водный гиацинт используется для очистки сточных вод кинофабрики от серебра. Установлено, что эффективность очистки воды от серебра, взвешенных веществ, соединений фосфора и азота, соответственно, составляла 100 %, 91 %, 53,9 %, и 92,9 %, при этом БПК и ХПК уменьшалaсь на 98,6 %, и 91 %. Предложенный метод позволяет отказаться от использования сорбционной очистки.

Читайте также:  Вегетативные почки растения примеры

В России в Институте цитологии и генетики разработана технология очистки сточных вод с использованием водного гиацинта. Экспериментальная работа была проведена для сточных вод комплекса по разведению свиней. Очистка проводилась в биопрудах. Концентрация азота аммонийного снижалась (мг/л) с 30-50 до 4-5, БПК5 — со 150 до 20-30, ХПК — с 300 до 25-30, концентрация растворенного кислорода возрастала от 0,5 до 2-5 (мг О2)/л.

При очистке сточных вод чаще всего используют такие виды высших водных растений (ВВР), как камыш, тростник озерный, рогоз узколистый и широколистый, рдест гребенчатый и курчавый, спироделла многокоренная, элодея, водный гиацинт (эйхорния), касатик желтый, сусак, стрелолист обычный, гречиха земноводная, резуха морская, уруть, хара, ирис и пр.

Рис.2.Рого́з (лат. Týpha) — единственный род растений монотипного семейства Рогозовые

Как показали исследования, корневая система рогоза имеет высокую аккумулирующую способность относительно тяжелых металлов. Концентрация металлов в корневой системе рогоза, который рос на берегах шламонакопителей электростанций, достигала (мг/кг): железа — 199,1, марганца — 159,5, меди — 3,4, цинка — 16,6.

Прибрежно-водная растительность, выделяя при фотосинтезе кислород, оказывает благотворное влияние на кислородный режим прибрежной зоны водоема. Обитающие на поверхности растений бактерии и водоросли (перифитон) выполняют активную роль в очистке воды. В зарослях прибрежно-водных растений развивается фитофильная фауна, которая также принимает участие в самоочищении воды и донных отложений; организмы бентоса утилизируют органическое вещество илов и обитающих там бактерий. Под влиянием всех этих процессов в воде повышается содержание растворенного кислорода, возрастает ее прозрачность и содержание биогенных веществ, снижается минерализация воды и количество промежуточных продуктов распада органического вещества.

Среди факторов среды, определяющих структурные и продукционные параметры макрофитов в прибрежной зоне можно выделить движение воды. Гидродинамика среды обитания водорослей влияет на ростовые параметры водорослей: в условиях интенсивного движения воды рост массы водорослей может значительно возрастать. Этот эффект проявляется как на уровне слоевища, так и на популяционном уровне.

Величина подвижности воды во многом определяет морфологию талломов водорослей, что, в свою очередь влияет на их обтекание. Кроме того, биохимический состав тканей макрофитов, общее содержание биоорганических веществ, распределение ассимилятов по профилю слоевища также во многом регулируется гидродинамическим воздействием.

Читайте также:  Питомники растений саратовской области

Большое значение имеет наличие у некоторых растений водных корней. У тростника, к примеру, они образуются под водой в узлах побегов. Общая поверхность этих корней в зависимости от числа побегов может в 10-15 раз превышать площадь, занимаемую растениями. Роль водных корней в очистке воды от растворенных и взвешенных частиц чрезвычайно велика. Так, в лабораторных экспериментах заросли тростника и рогоза задерживали водными корнями до 90% взвешенных веществ, содержащихся в животноводческих стоках. Эти исследования свидетельствуют о больших возможностях использования прибрежно-водной растительности для защиты водоемов от взвешенного материала, содержащегося в сточных водах.

На растениях хорошо задерживаются не только взвешенные частицы, но и органические эмульсии, жировые и нефтяные пленки. Они вместе с минеральными частицами и органическими суспензиями образуют более крупные агрегаты, которые в дальнейшем разрушаются уже донными организмами. К примеру, разложение нефти в присутствии растений протекает в 3-5 раз интенсивнее, чем без них.

Биогенные вещества, прежде всего, накапливаются в листьях и генеративных органах. Наиболее высока их концентрация в побегах ранней весной (за счет перемещения из корневой системы). По мере роста биомассы концентрация постепенно снижается, а к концу вегетации (начиная с августа) происходит отток элементов минерального питания в подземные запасающие органы растений. Так, к концу вегетационного сезона содержание азота в корневой системе тростника возрастало в 3-4 раза. Однако значительная часть элементов все же остается в отмерших остатках растений и при их разложении снова возвращается в водоем, вторично загрязняя его. Поэтому для поддержания водоема в «здоровом» состоянии требуется систематическое выкашивание водных растений.

Концентрация многих химических элементов в тканях растений напрямую зависит от их содержания в грунтах и в воде. Консервация биогенных элементов в подземных органах имеет немаловажное значение для формирования качества воды.

Источник

Оцените статью