книги / Растения как средство очистки олиготрофных сточных и природных вод

Среди биофлокулянтов не полисахаридной природы следует указать белковый полимер N0 0 -1, продуцируемый бактерией Ркойососсиз егугкгороИз [353], а также белковую сыворотку - отход молочного производства, обработанную золой [236], и акриловую кислоту, выделяемую в среду штаммами РкаеосузНзроискей в количест­ ве 2 % от ассимилированной массы углерода [339]. Интересным является факт про­ дуцирования поверхностно-активных пенообразующих веществ бактериями Ыосаг- (Иа зр. в отстойниках биологических очистных сооружений, что нарушает нормаль­ ное осаждение взвесей [393]. Однако в свете развивающихся флотационных методов это можно рассматривать и как ценное положительное явление, позволяющее сде­ лать флотационную очистку более экологически чистой [68]. В этой связи представ­ ляет интерес и запатентованный метод получения поверхностно-активного вещества из бактерии РзеиАотопаз зр. [117].

1.3. Водоросли в очистке воды

Изложенные в пп. 1.2.1, 1.2.2 способы очистки воды базируются на использо­ вании гетеротрофных организмов и, строго говоря, пригодны только для обработки сточных вод, загрязнённых органическими веществами (хозбытовые стоки, стоки животноводческих комплексов, некоторых химических предприятий и т.д.). Шахт­ ные и карьерные воды практически не имеют растворимых органических загрязне­ ний или содержат их в ничтожных количествах, поэтому использование указанных методов возможно только в достаточно сложных вариантах с дополнительным при­ менением органического питания. Одним из возможных способов является исполь­ зование осадков хозбытовых сточных вод. Другой вариант - очистка шахтных вод после смешивания их с хозбытовыми. На практике такое смешивание нередко осу­ ществляется, но считается совершенно не допустимым из-за разных требований к очистке смешиваемых типов сточных вод. В любом случае применение указанных вариантов требует специального предварительного изучения и представляется дос­ таточно проблематичным. Например, имеющиеся экспериментальные данные свиде­ тельствуют о резком снижении адгезионных свойств микроорганизмов в условиях недостаточного питания [331]. В то же время существует обширная группа авто­ трофных организмов (растений), не нуждающихся в органическом питании, в том числе и микроорганизмов - фотосинтетиков, синтезирующих органическое вещество только из минеральных компонентов за счёт энергии света.

Для обсуждаемой проблемы наиболее естественным является использование в очистке шахтных и карьерных вод водорослей. Это обширная группа низших пер­ вично-водных растений от микроскопических прокариотных цианобактерий до мно­ гоклеточных эукариотных гигантов (макрофитов) [106]. Микроскопические водо­ росли, как и бактерии, обладают всеми преимуществами микроорганизмов: большое количество форм, адаптация к самым разнообразным экстремальным условиям, вы­ сокая скорость размножения, высокая удельная продуктивность. Многие виды водо­ рослей способны активно развиваться в воде с повышенным содержанием органики и даже полностью переходить на гетеротрофное питание. Существуют все промежу­ точные формы от облигатных фотоавтотрофов и стеноолигосапробов до эвриполисапробов [256]. В силу этих свойств микроводоросли всегда присутствуют в соору­

жениях биологической очистки сточных вод и активно участвуют в процессах дест­ рукции загрязнений [76,101,185,3].

Существуют примеры технологий очистки различных типов промышленных сточных вод, базирующихся на преимущественном использовании водорослей [277]. Экспериментально показано, что зелёная протококковая водоросль хлорелла может эффективно снижать цветность, ХПК, БПК, концентрацию азота и фосфора в сточ­ ных водах гидролизного производства [158]. В биологических прудах промышлен­ ных сточных вод с исходной минерализацией 1200 мг/дм3 удавалось снизить содер­ жание солей на 59,1 - 72,4 % с помощью другой протококковой водоросли АпкШго- с/ежиз Ьгаипп [55]. Альгобактериальный ил дисковых биофильтров в стоках кра­ сильного производства снижал ХПК до 70-75 %, БПКз до 95,5 - 99,2 %, аммонийный азот до 100 % с хорошей степенью обесцвечивания. Водоросли отличались устойчи­ востью к высоким значениям рН [423]. Запатентован метод очистки промышленных сточных вод с помощью водорослей, снижающий ХПК, БПК, содержание азота и фосфора [7]. Среди видов наиболее пригодных для очистки сточных вод, называют­ ся С1ас1оркога/гас1а и Юагойотит Ыего%1урМсит [79]. Показана возможность очи­ стки воды от нефти композицией из иммобилизованных бактерий и водорослей. При количестве бактерий 5 10б и водорослей 3 104клеток/см3скорость окисления нефти в воде с исходной концентрацией 3 г/дм3 составила 2-3 мг/дм3сут [183].В одном из патентов Великобритании [108] в качестве фактора, оптимизирующего процесс очи­ стки воды совместно бактериями и водорослями, предлагается использовать преры­ вистое освещение.

При использовании водорослей могут возникнуть трудности с осаждением флокул в следствие насыщения их пузырьками образующегося при фотосинтезе ки­ слорода. Поэтому целесообразно использовать флотационное отделение флокул, при котором наличие пузырьков способствует повышению эффективности разделения [175]. При разработке водорослевых технологий очистки воды может быть учтён многолетний опыт промышленного культивирования водорослей с целью получения биологической продукции [112,141-143,174,240,292].

Использование водорослей в качестве основного водоочищающего агента су­ щественно снижает опасность их массового размножения («цветение» воды) в водо­ ёмах - приёмниках сточных вод в следствие обеднения воды питательными элемен­ тами, ассимилированными биомассой в очистных сооружениях. В настоящее время «цветение» воды эвтрофированных водоёмов происходит довольно часто и приво­ дит к отрицательным экологическим последствиям в виде заморов и отравлений [205,254,268].

При использовании водорослей для очистки шахтных вод необходимо учиты­ вать, что значительная часть шахтных вод характеризуется кислой реакцией, а опти­ мальная величина рН для большинства видов водорослей находится в пределах 7-8. Однако имеются исследования, показывающие существование в природе видов, хо­ рошо переносящих кислую среду. Изучение экологии водоросли СуатсНит саЫагшт показало, что в некоторых природных водоёмах она является единственным фо­ тосинтезирующим организмом при рН 0,05 - 5,0. Оптимальное значение рН в куль­ туре находилось в пределах 2-3 [322]. В то же время, водоросль оказалась термофи­ лом с температурными пределами 35-55°С при оптимуме 45°С. В связи с этим можно отметить, что некоторые глубокие шахты южных регионов нашей страны могут иметь температуру подземных вод более 30°С [162]. Другими исследованиями [413] показано, что в водоёмах, загрязнённых кислыми шахтными водами при рН 2,8-3,8 насчитывается от 10 до 19 видов водорослей. Аналогичное исследование в 17 пунк­ тах водоёмов - приёмников шахтных вод показало, что по сравнению с незагрязнён­

ными водоёмами данной местности видовое многообразие снижается за счёт выпа­ дения видов, не выносящих кислую среду, но, тем не менее, обнаружено 406 таксо­ нов с преобладанием зелёных (отдел СЫогоркуШ, порядки СЫогососсакз и 2у§петаШкз) - 151 вид и золотистых (отдел СкгузоркуШ) - 186 видов. Доминируют Еи- %1епа тиШЫНз, ЕипоИа 1епе11а и Ртпи1апа Ъгапи [293].

Многие водоросли, также как бактерии и грибы, могут являться интенсивными продуцентами внеклеточных полисахаридов и других биополимеров, способных проявить свойства флокулянтов. Особенно для отдела сине-зелёных водорослей (цианобактерий) характерно формирование вокруг клеток мощного слизистого чех­ ла из биополимеров, на долю которых может приходиться до 50 % массы оболочек. Такими видами являются представители родов РкогтШит, Апасузйз, То1уроМх [57, с. 12]. Содержание хорошо известного полисахарида агара в красных водорослях может достигать 55-60% от сухой биомассы [57, с.40]. Близкий по строению к агару карагинан у красной водоросли Еискеита зртозит составляет до 55 % от сухого вещества. Диатомовые водоросли родов ЫачкиЫ, СуПпс1го(кеса, Тко1аззюзгга со­ держат слизистых веществ до 31-38 % от сухого вещества клеток [57, с.79]. Некото­ рые водоросли, не имеющие слизистых чехлов, выделяют внеклеточные полимеры в среду. У сине-зелёной водоросли АпаЪаепа хапаЫИз выделение таких веществ при определённых условиях достигает 240 % от собственного сухого веса [96, с.53]. Вы­ деление органических веществ у некоторых бурых водорослей достигает 35 % от продукции фотосинтеза [224].

Экспериментально показано влияние внеклеточных метаболитов водорослей родов СМогеНа, 8сепес1езтш, Вгс^уозркаепит, РзеидоапаЪаепа., ИИсЫа, ЗупескоазНз

на процессы хлопьеобразования и отделения хлопьев фильтрованием [294]. Положи­ тельный эффект наблюдается при концентрации метаболитов 1-3 мг/дм3 и возраста­ ет при добавлении хлорида железа(Ш). Концентрации метаболитов > 2-гЗ мг/дм3 ухудшают хлопьеобразование и фильтрование. Интенсивность продуцирования по­ лимеров выше у сине-зелёных, чем у зелёных, и существенно зависит от возраста культуры. В качестве примеров отдельных видов, используемых для выделения по­ лимеров, можно указать Зупескососсиз е1ощаШз Иа§ [137] и Еискеита §е1аНпае

[363]. У последней после экстракции двойным кипячением выход слизистых ве­ ществ составил 55,2 % к сухому весу водорослей. По физико-химическим свойствам экстрагированные полимеры напоминали карагенан.

Из биофлокулянтов, получаемых в промышленном масштабе, наибольшее рас­ пространение получил альгинат, представляющий собой совокупность блоксополимеров р-Э-мануроновой и а-Ь-гулуроновой кислот, соединённых а -1,4 гликозидными связями в разном соотношении. Сырьём для производства альгината служат преимущественно красные, бурые и некоторые зелёные водоросли [56,с.83].

Многие внеклеточные полисахариды способны образовывать с ионами метал­ лов нерастворимые соединения, что может иметь практическое значение для очист­ ки воды [345]. Компания 8у8*ет Тсе1есЬпо1о§1е8 (Канада) предлагает технологию удаления металлов из сточных вод горнорудных предприятий с помощью живых культур водорослей СЫогеИа уи1%апз и Шз1ос тизсогит [285]. Водоросли иммоби­ лизуют на носителе, который служит фильтром и одновременно питательным суб­ стратом для водорослей.

Исследованием в Центральном Онтарио (Канада) показано, что в водоёмах, за­ грязнённых рудничными водами с повышенным содержанием радионуклидов, при заселении их водорослью Ше11а /1ехШз семейства Скагасеае заметно снижается содержание радия и урана [397].

1.4. Высшие растения в очистке воды

Принципы, лежащие в основе использования высших растений в очистке сточ­ ных вод, несколько отличаются от использования микроорганизмов и водорослей. Механизм работы активного ила базируется на активной биохимической деятельно­ сти, определяемой высокой скоростью наращивания биомассы. В этом отношении высшие растения ( да и вообще все многоклеточные организмы) сильно проигрыва­ ют одноклеточным по удельной скорости производства биологической продукции. Кроме того, высшие растения хуже, чем микроорганизмы выносят экстремальные условия среды. Тем не менее, в некоторых случаях высшие растения удаётся исполь­ зовать даже для очистки воды от нефтепродуктов [284]. При использовании высших растений микробиологические процессы, описанные в пп. 1.1-1.3, полностью сохра­ няют своё значение, но их функции могут быть дополнены и оптимизированы за счёт различных положительных эффектов, создаваемых высшей растительностью [370]. К этим эффектам следует отнести создание большой удельной поверхности в объёме очищаемой воды, что обеспечивает условия для развития прикреплённой микрофлоры и микрофауны. Многие представители микрофауны являются актив­ ными фильтраторами. Большая удельная поверхность инициирует также физико­ химические процессы адгезии и адсорбции загрязнений. Создаются эффекты меха­ нического фильтрования, контактной коагуляции и отстаивания в тонком слое. Спе­ циальным формированием растительной массы можно улучшить гидродинамиче­ ский режим очистных сооружений и интенсифицировать процессы за счёт образую­ щегося при фотосинтезе кислорода [73]. При этом в определённой степени имеет значение и активное поглощения растениями многих ингредиентов и прежде всего соединений азота и фосфора. И наконец, высшие растения могут являться источни­ ком биологической продукции различного функционального назначения (см. п.1.8).

Поскольку высшие растения менее выносливы по отношению к агрессивным средам, их использование обычно ограничивается стадией доочистки. Способы ис­ пользования высших растений очень разнообразны. Наиболее простым и, по всей вероятности, наиболее древним, возникшим почти стихийно, является способ очист­ ки сточных вод на полях орошения, или способ почвенной фильтрации [90, 221, 336, 424]. Сточная вода по возможности равномерно распределяется по специально отве­ дённым земельным площадям, засаженным естественной или специально подобран­ ной растительностью. Вода подаётся медленным потоком или периодическими на­ пусками. Основные водоочищающие процессы протекают при медленной фильтра­ ции воды через почву, включая все возможные физико-химические и микробиологи­ ческие эффекты. Как правило, такой очистке подвергаются хозбытовые или сель­ скохозяйственные стоки, например, стоки свинокомплексов [104], сахарных заводов [170]. Некоторые промышленные стоки также могут быть очищены на полях фильт­ рации при условии предварительной обработки и смешивания с хозбытовыми. При этом можно получить прибавку биологической продукции по сравнению с обычным полем от 40 до 300 % [355]. Обсуждается возможность очистки вод, загрязнённых металлами [324]. Очищают сточные воды целлюлозно-бумажных предприятий на полях с луговой растительностью путём полива 4 раза в год дозами по 60 мм [362]. На полях орошения удаётся получить хорошие урожаи кукурузы 53,5 т/га и люцер­ ны 55,0 т/га, что составляет 130 % по отношению к поливу обычной водой [160]. Но отмечается существенное снижение урожайности при загрязнении воды микроэле­ ментами и накопление их в продукции [373]. В Новой Зеландии люцерна на полях

орошения при режиме полива 2 раза в месяц по 85 мм давала урожай на 11 % боль­ ше, чем обычно. Отмечены недостатки - слабый рост в зимнее время и повышенная бактериальная заболеваемость [376]. В нашей стране специальные исследования , проведённые в Кузбассе, показали, что карьерные воды этого угольного бассейна вполне пригодны для орошения с/х полей [177]. Имеются примеры очистки город­ ских сточных вод на плантациях лесных деревьев [364].

Положительными особенностями почвенной фильтрации являются простота, относительная дешевизна и возможность получения с/х продукции. А к уже указан­ ным недостаткам следует добавить невысокую удельную производительность, необ­ ходимость больших площадей, невозможность очистки сточных вод с большим со­ держанием загрязнений, невозможность работы в зимнее время.

Для интенсификации метода используются различные усовершенствования, улучшающие гидрогеологические условия [330]. Например, на поле орошения ком­ бинируют в определённом соотношении лесные и с/х посадки [28], наносят слой торфа [386], создают пульсирующий режим напуска воды [329], используют выса­ женные в определённом порядке тополя и воду распределяют с помощью специаль­ ной системы трубопроводов [305], создают систему не только горизонтального, но и вертикального распределения воды [299].

Следующий, сравнительно простой тип водоочистных сооружений с высшими растениями может быть отнесён к биологическим прудам, которые в разных вариан­ тах могут называться окислительными, макрофитными и т.д. В некоторой степени их можно рассматривать как поля орошения с постоянным слоем медленно текущей или почти стоячей воды, причём фильтрование через почву здесь уже не имеет су­ щественного значения и используемые высшие растения могут принадлежать только к экологической группе гидатофитов (целиком погружённые) и гидрофитов (воз­ душно-водные). Значительная роль отводится планктонным водорослям и другим микроорганизмам. В прудах также очищаются преимущественно хозбытовые сточ­ ные воды обычно малых населённых пунктов [300]. Описаны очистные сооружения такого типа в одном из районов Бельгии [356]. Система состоит из одного пруда от­ стойника и 5 макрофитных прудов, в каждом из которых по 600 м2 занято растения­ ми и имеется по 100 м2чистой водной поверхности. Используются следующие виды растений: Турка 1аН/оНа - рогоз широколистный, ОИсепа тахта -манник большой, Загриз 1асиз1пз - камыш озёрный, Ркга^тИез аиз1га1ез - тростник обыкновенный,

ЕрИоЫит зр.- кипрей, Рка1апз агипсНпасса - канареечник, 8раг§атит егесШоп - ежеголовник прямой, Сагех асиИ/огтгз - осока острая, 1пз рзеийасогиз - ирис водя­ ной. Эффект очистки по БПК, ХПК и содержанию фосфора 89-91 %. В нашей стране зарегистрирован способ очистки с пропусканием воды через заросли примерно тако­ го же состава за исключением ириса и кипрея, но с добавлением сусака зонтичного - ВШотиз итЪеНаШз с плотностью посадок в зависимости от вида от 150 до 900 эк­ земпляров на м2 Одновременно используются погружённые и плавающие растения в количестве в кг/м3: уруть мутовчатая 1-1,5; рдест блестящий 1,5-2; роголистник тём­ но-зелёный 2-2,5; ряска малая 0,5-0,7 [15].Аналогичные комплексы растений исполь­ зуются в изобретениях [17, 22]. Помимо перечисленных выше растений - очистите­ лей воды запатентованы также лекарственные растения: Асогиз са1атиз - аир трост­ никовый [26], А1тиз §1иИпозиз ольха чёрная, А. гпсапе ольха белая, Ьес1ит ра1из(ге - багульник [18]. В работе [348] описан окислительный пруд ёмкостью 291,6 м3и производительностью 19,6-46,9 м3/сут. Тёплые сточные воды по полиэтилено­ вым трубам подаются в нижний слой, где в темновых условиях идёт бактериальная обработка. В верхних слоях работают преимущественно водоросли. При продолжи­ тельности очистки 8 суток эффективность очистки в среднем составила 76,8 %. Су­

ществуют и другие варианты прудов с чередованием зон, например, аэробной и ана­ эробной очистки [10]. Анализ развития водорослей в прудах г. Эймс штата Айова (США) показывает, что зимой и ранней весной преобладают зелёные жгутиковые, летом и осенью - протококковые (всего 29 видов) при прямой корреляции между численностью и растворимой органикой. В фитобентосе доминируют диатомовые и нитчатые сине-зелёные. Максимальное снижение ВПК75 %, ХПК - 63 %, взвешен­ ных веществ -30 %. Для поддержания температуры 25-30°С в зимнее время рекомен­ дуется устанавливать в прудах нагревательные элементы [381]. В СССР зарегистри­ рован способ очистки животноводческих стоков в прудах с ряской малой и рисом дальневосточным - Игата 1аИ/оИа с эффектом очистки от аммонийного азота 99,3 %, от фосфатов 82 % [34]. В некоторых изобретениях для повышения интенсивности очистки в прудах предлагается устраивать поперечные затопляемые дамбы, засажен­ ные высшей водной растительностью, например, тростником [42], в междамбовых промежутках рекомендуется использовать ,водоросль СНага уи1%ат [23]. Использо­ вание растений галофитов ЕиеЛа тагШта (сведа приморская) и 5аНсогта еигораеа (солерос европейский) позволяет снизить за сезон (3 месяца) концентрацию солей с исходной 7 г/дм3до 2,5 г/дм3[53].

Особое внимание уделяется эффективному использованию корнеобитаемого слоя [312], поскольку абсолютная величина корневой поверхности на 1-2 порядка может превышать поверхность стеблей и листьев. С целью максимального исполь­ зования адгезионных, адсорбционных и фильтрующих свойств корневых систем предлагается использовать специальные опорные конструкции для закрепления рас­ тений таким образом, чтобы их корни свободно свисали в объёме очищаемой воды [276]. Эта же цель достигается путём использования для закрепления растений раз­ личных плавающих каркасов [29, 47, 51, 125]. В некоторых случаях для интенсифи­ кации окислительных процессов в прудах устанавливают аэрирующие устройства [154], что приближает пруд по технологической характеристике к аэротенкам [384].

Наиболее просто эффект использования большой корневой поверхности реша­ ется в случаях, когда возможно применение самостоятельно плавающих растений. К сожалению, в природе таких видов существует немного и они, как правило, имеют слабо развитую корневую систему. Частично этот недостаток компенсируют, раз­ брызгивая очищаемую воду на растения сверху, чем увеличивают поверхность кон­ такта воды с растениями [219]. В практике очистки сточных вод наиболее хорошо зарекомендовало себя плавающее растение ЕкИотга сгазырез - водяной гиацинт (эйхорния), которое широко используется в странах с тёплым климатом [367, 375, 398]. Считается, что в широтах с прохладным климатом эквивалентами эйхорнии могут являться разные виды рясок и элодей [295, 383]. По некоторым данным более эффективным, чем ряска, является тропическое плавающее растение РШга з(га1ео(ез I. Для использования эйхорнии в умеренном климате предлагается закрывать резер­ вуары полиэтиленовой плёнкой [210]. Многими исследователями отмечаются такие достоинства эйхорнии, как быстрый рост, высокая адсорбирующая способность к различным вредным веществам и тяжёлым металлам, универсальность и дешевизна очистки воды [346], возможность получения биологической продукции, используе­ мой на корм скоту или для получения биогаза [379, 382]. Стоимость очистки воды в 2 раза ниже, чем при обычных вариантах с активным илом, но необходимые площа­ ди в 5 раз выше. К недостаткам относят низкую солеустойчивость к хлоридам, сла­ бую морозостойкость, необходимость предварительной очистки воды от масел, жи­ ров и взвешенных веществ, трудность удаления осадка из очистных сооружений [415]. Показана возможность очистки сточных вод бумажного производства. Опти­ мальный засев составляет 75 % площади пруда. При рН 4-10 чеоез неделю вода ста­

новится нейтральной. При полном цикле очистки 15 дней ХПК снижается на 70 %, содержание взвешенных частиц - на 80 %. Урожай используют как удобрение, в ка­ честве кормовых добавок и для производства биогаза [291]. Имеется опыт использо­ вания эйхорнии во Франции [286]. В Испании при очистке стоков свинокомплекса стадия обработки гиацинтом снижает ХПК на 47-48 %, содержание аммонийного азота на 77-88 %, нитратов - на 33-65 %. Максимальный прирост зелёной массы в сентябре 677 кг/м2, минимальный - в феврале 50 кг/м2 [319]. В Индии существует опыт очистки в прудах с гиацинтом сточных вод молокоперерабатывающих пред­ приятий. Исходное ВПК 1443 мг/дм3за 4 суток снижается на 60 %, ХПК на 50 %, со­ держание взвешенных веществ - на 25 %. За 10 суток жиры и масла удаляются на 80 % [286]. Очистка сточных вод текстильной фабрики позволяла снижать ХПК с 295470 до 64-120 мг/дм3 Запах и цветность удаляются полностью. Вода после очистки пригодна для с/х орошения [351, 352]. Подробно изучаются возможности метода в Японии [287]. В США в окрестностях Диснейленда построены 3 пруда по 0,1 га, в которых водный гиацинт обеспечивал снижение ВПК5 на 225-450 кг на гектар пло­ щади пруда [359]. Эйхорния оказалась эффективной и при очистке сточных вод от металлов. Сравнительные исследования пяти различных гидрофитов в воде, загряз­ нённой свинцом, кадмием, хромом, медью, цинком и никелем, показали, что наи­ большее накопление металлов имеет эйхорния [417]. Исследования в озере Чиверо в Зимбабве показали, что концентрация металлов в тканях эйхорнии значительно вы­ ше, чем в воде, а в корнях выше, чем в зелёных частях, за исключением никеля, ко­ торый распределялся в растении более или менее равномерно. Степень концентри­ рования в растении по отношению к среде для Со, 2п, Сг, Ре составила, соответст­ венно, 33, 170, 700, 8900, в корнях 170, 270, 2000, 15000. Скорость накопления цинка

иникеля выше скорости роста растения, что увеличивает их содержание с возрастом. Скорость накопления Со, Ре, Сг с возрастом падает, Си - не изменяется [421]. Спе­ циальное использование эйхорнии для удаления меди позволило снизить концен­ трацию этого элемента в воде на 90 % [374]. Есть данные по удалению из воды Аз, Сй, РЪ и Нё [311], А§ из стоков фабрики по производству киноплёнки [310].

Близкими по принципам функционирования к прудам и полям орошения явля­ ются системы очистки воды с использованием естественных заболоченных участков

иводотоков, заросших высшими растениями. Они легко, с малыми материальными затратами могут быть приспособлены в качестве очистных сооружений без наруше­ ния природного ландшафта. В г. Кроули (штат Луизиана, США) с населением 28 тыс. жителей и объёмом стоков 15 тыс. м3/сут используется болото площадью 31,5 га. В г. Юнион оборудование аналогичного сооружения обошлось в 500 тыс. долла­ ров вместо 1250 тыс. для обычных очистных сооружений. Ведутся испытания по очистке бытовых стоков домов в оранжереях, пристроенных к домам [369]. Исследу­ ется возможность использования болот в Китае [321]. В Германии с 1962 г. разраба­ тываются сооружения подобного типа с осокой, камышом, тростником, ирисом для малых населённых пунктов. Наилучшие результаты получены с камышом при норме 3-6 м2 на 1 человека [378]. Подобные сооружения внедряются в бассейне реки Варнов [349]. В нашей стане сооружения такого типа получили название ботанических площадок [275]. Есть опыт использования таких сооружений для очистки сточных вод угольных шахт [80, 81].

Общим недостатком всех выше перечисленных типов очистных сооружений с использованием высших растений является низкая производительность и, как след­ ствие, большие занимаемые площади, быстрое заиливание при достаточно больших технических трудностях регенерации (восстановления) заиленных сооружений. Зи­ мой сооружения работают не эффективно [341]. К этому следует добавить, что в

азота - на 79-91%. Основным ограничением возможностей метода считается необхо­ димость больших площадей от 6 до 17 м2/чел [316].

В исследованиях Д.Е. Батлера [303] в канале длиной 14 м со слоем гравийной загрузки 150 мм за 60 мин при исходном БПК 125 мг/дм3 получены эффекты: с тро­ стником 34 %, со спаржей 32 %, с осокой 43 %. По взвешенным веществам при ис­ ходной концентрации 97 мг/дм3соответствующие эффекты составили 34, 57 и 51 %. В следующем варианте вода, прошедшая биологическую очистку, подавалась в траншею с гравием глубиной 250 мм, шириной 1600 мм и длиной 60 м, засаженную тростником. За 1,5 суток исходные величины БПК 22 мг/дм3, ЫНз 6,1 мг/дм3, колииндекс 105 кл./см3 снизились, соответственно, до 3 мг/дм3, 0,3 мг/дм3 и 102 кл/см3[304]. В более позднем варианте очистных сооружений такого типа достигнуто снижение ХПК со 100 до 0,1 мг/дм3, >1Нз с 25 до 3 мг/дм3 и 100-кратное снижение количества бактерий [302].

Устройства с фильтрующими днищами запатентованы в Европейском патент­ ном ведомстве (ЕПВ) [121, 122], в СССР [48]. В ФРГ зарегистрировано изобрете­ ние, в котором на первых ступенях очистки используется крупнозернистый, а на по­ следующих мелкозернистый материал [132]. Разработана также конструкция из каскада бассейнов с чередованием вертикального и горизонтального направления фильтрования [134]. В другом изобретении [133] каждый фильтрующий бассейн кас­ када имеет рециркуляционный насос, обеспечивающий многократный контакт воды с корнями. В СССР зарегистрировано устройство, отличающееся наличием приспо­ соблений для аэрации и изоляцией от холодного воздуха двумя слоями прозрачной плёнки [49]. Для строительства каскадов фильтрующих резервуаров с высшими растениями предлагается использовать крутые склоны речных долин [39].

Для устранения недостатков, связанных с заиливанием зернистого материала, разрабатываются каналы, в которых растения, как и в прудах (п.1.4), закрепляются с помощью опорных или плавающих конструкций на поверхности воды [12, 16]. При этом корни заполняют весь проточный объём, хорошо омываются очищаемой водой и не нуждаются в наличии зернистого материала [152]. Хороший контакт с водой позволяет повысить эффективность очистки, уменьшить объёмы сооружений и раз­ местить их в помещениях типа зимних теплиц или оранжерей [153]. В этом случае они практически начинают соответствовать установкам гидропонного выращивания сельскохозяйственной продукции [6, 54, 85, 103], что не требует обязательного ис­ пользования водно-болотных растений и значительно расширяет спектр видов, ис­ пользуемых для очистки воды. Следует отметить, что среди методов беспочвенного выращивания с/х растений именно водным культурам отводится решающее значе­ ние как наиболее перспективным [60,180,190, 251].

В некоторых случаях водный объём, занятый корневыми системами, рекомен­ дуют заселять рыбами, что улучшает условия азотного питания растений [19]. Суще­ ствуют примеры использования сточных вод для получения сельхозпродукции гид­ ропонным методом, когда урожайность превышала урожайность, полученную на чистых питательных средах [25,344,414] или при обычном возделывании на полив­ ных землях [283].