Теоретическая база

В ФОС вода движется в несколько раз медленнее, чем в классических очистных сооружениях. За время пребывания в несколько суток важными составляющими водного баланса становятся приход воды с осадками (учитывая, что ФОС – открытые системы), испарение и инфильтрация – факторы, которые практически не учитываются при проектировании классических ОС. Кроме того, есть специфический параметр водного баланса – эвапотранспирация. Таким образом, уравнение водного баланса включает в себя большее число параметров, в отличие от классических очистных сооружений. Гидравлическая нагрузка зависит от фильтрационных особенностей загрузочного материала в случае систем подповерхностного потока. Инфильтрация рассчитывается в соответствии с законом Дарси. Особенностью некоторых ФОС является наличие зон с разными фильтрационными характеристиками, что позволяет создать зоны с наличием/отсутствием кислорода, зоны обезвоживания осадка, буферные зоны для стоков с переменной гидравлической нагрузкой.

По местоположению гидравлической проектной линии и направлению потока воды ФОС делятся на четыре основных типа: ФОС со свободной водной поверхностью; ФОС с горизонтальным подповерхностным потоком; ФОС с вертикальным подповерхностным потоком; комбинированные ФОС.

Органические соединения разлагаются в ФОС (как в аэробных, так и в анаэробных условиях) бактериями, развивающимися на подземных/подводных органах растений и на поверхности минеральной загрузки. Кислород, необходимый для аэробного разложения, поступает непосредственно из атмосферы за счет диффузии из корней и корневищ растений и/или в результате работы аэрационных систем (в случае применения принудительной аэрации). Роль высших растений чрезвычайно велика. Их корни, корневища, стебли являются своеобразной матрицей, формирующей аэробные и анаэробные зоны, чередующиеся в пределах очень небольших участков. Благодаря поступлению кислорода вблизи корневищ создаются микро-аэробные зоны, которые «опоясываются» анаэробными зонами. Таким образом, каждый корень формирует своеобразное сообщество бактерий, подпитывая его кислородом, ферментами и биодоступным органическим веществом.

По опыту многолетней эксплуатации ФОС в мире они могут очищать следующие стоки:

  • Коммунально-бытовые,
  • Ливневые,
  • Сельскохозяйственные,
  • Стоки предприятий от пищевой промышленности,
  • Малотоксичные промышленные стоки (промывные воды, стоки нефтеперерабатывающих предприятий).

Процессы очистки от биогенных элементов и от органических токсикантов в преобладающем большинстве случаев осуществляют специфические прокариотные ценозы, которые функционируют в очистном сооружении. Возможностей для создания разнообразных ценозов в ФОС значительно больше, чем в сооружении с активным илом.

Например…

  • Показано, что аммонификация, нитрификация, денитрификации и анаммокс-процесс (автотрофный процесс удаления азота за счет окисления аммонийного азота нитратным азотом) происходят в ФОС одновременно за счет различия окислительно-восстановительных и субстратных условий в разных микрозонах. Важной особенностью ФОС является использование отмирающей части органического вещества растений для проведения процесса денитрификации, в результате функционирования бактерий, осуществляющих гидролиз органического вещества. Азот удаляется в атмосферу в виде N2 и оксидов.
  • Установлено, что роль  микробиологического сообщества, формируемого в сообществе «растение — ризосферные микрооргаизмы», огромна. Растения и микроорганизмы в ФОС составляют вместе весьма эффективную систему по очистке стоков от органических ксенобиотиков. Более 40 % продуктов фотосинтеза (сахара, флавоноиды и др.), продуцируемых водными растениями, способны секретироваться в ризосферу. Эти соединения являются важным субстратом для поддержания богатого микробоценоза в ФОС. В дополнение к сахарам и органическим кислотам, которые являются источниками энергии для микроорганизмов, некоторые продукты фотосинтеза биохимически стимулируют микробные сообщества, разлагающие поллютанты. Например, некоторые ферменты (монооксигеназы, лакказы, трансферазы) способны разрушать устойчивые химические соединения (ПАУ, полихлорированные бифенилы (ПХБ), пестициды). Также есть информация по растительной утилизации остатков лекарственных препаратов (Подробнее в материалах).

Главное отличие фито-очистных систем от других технологий очистки стоков в следующем.

  • Биогеохимическая совместимость с природными ландшафтами, эстетическая привлекательность.
  • Высокая надежность сооружений в течение длительного времени, повышение эффективности очистки со временем.
  • Удаление загрязняющих веществ (в т.ч. ксенобиотиков) до нормативных требований за счет использования растительно-бактериальных сообществ.
  • Отсутствие необходимости применения реагентов для очистки воды и для обеззараживания.
  • Низкие эксплуатационные затраты, основанные на сравнительно незначительном энергопотреблении.
  • Отсутствие необходимости применения высококвалифицированного персонала.

С 70-х годов прошлого века в мире активно развивается очистка воды с применением систем очистки, называемых Constructed Wetlands, Treatment wetlands, или Reed bed systems, то есть «искусственные болота». (Подробнее: в статье и в презентации). В русскоязычных статьях их стали называть фито-очистными сооружениями (ФОС) (Подробнее в материалах).

Отличительной особенностью ФОС является их подобие естественным водно-болотным объектам, которые, будучи дополнены рядом технических элементов и встроены в естественный ландшафт, способны эффективно выполнять роль водоочистных систем.

ФОС представляют собой искусственные системы, сконструированные и построенные для очистки сточных вод, состоящие из элементов аналогичных естественному природному ландшафту со встроенными техническими элементами. Главными признаками ФОС являются: 1) искусственно созданные водно-растительные сообщества для очистки воды: 2) наличие низкоскоростного потока воды от источника загрязнения к приемнику очищенных вод.

Вторая характеристика, несмотря на кажущуюся очевидность, весьма важна. Если время пребывания стоков в какой-либо природно-техногенной системе составляет недели и месяцы (как, например, в естественной болотной системе) и отсутствует сток очищенной воды (как объект для мониторинга), такую систему нельзя рассматривать как ФОС. Иными словами, время пребывания в ФОС имеет конечное и вполне определенное значение, которое может быть рассчитано достаточно точно.

Наиболее распространенной классификацией является деление ФОС на системы с открытой водной поверхностью и подпочвенные; среди последних – с вертикальным или горизонтальным потоком, или гибридные.

Анализ публикаций по ФОС позволяет классифицировать эти системы также по следующим признакам:

  • по использованию естественных водных объектов в качестве блоков ФОС;
  • по местоположению гидравлической проектной линии;
  • по направлению потока воды;
  • по типу фильтрующего и загрузочного материала;
  • по использованию техногенных блоков, встроенных в систему;
  • по типу искусственного растительного сообщества.

МИФ 1. Есть мнение, что данные системы не годятся для нашего климата.

Наличие холодных зим, разумеется, требует устройства терморегулирующего слоя, защищающего сооружение от промерзания зимой. Для такой защиты используется рыхлый материал, например, торф, легкие почвы, опилки и т.п., толщина которого определяется расчетом теплового баланса ФОС.

Проще ответить, где это не работает. В России.

В мире уже тысячи подобных сооружений. Наибольшее количество ФОС действуют в настоящее время на территории Германии и США (десятки тысяч). Тысячи ФОС построены в Австралии, сотни – в странах Северной Европы.

Сравнение с капитальными затратами классического очистного сооружения (аэротенки с удалением биогенных элементов) показывает, что капитальные затраты при строительстве ФОС на 20–30 % ниже.

Биологическая очистка стоков, вне зависимости от конкретной технологии, подразумевает создание биологически устойчивой (в определенных условиях) и саморегулирующейся (при неизменности этих условий) системы. Устойчивость экосистемы зависит от её сложности, многоуровневости и наличия постоянного притока энергии. По типу трофической цепи экосистемы делят на пастбищные и детритные (рис. 1).

Основой пастбищной экосистемы является органическое вещество, образуемое фотоавтотрофами из углекислого газа, воды и минеральных солей. Это системы (наземные и водные), где есть «живая» растительность. Любой природный водоем с макрофитами и фитопланктоном характеризуется пастбищным типом трофической цепи. Бактерии в этих цепочках играют роль «надстройки» или суб-систем, которые разлагают отмершие организмы всех уровней и возвращают минеральные вещества фотоавтотрофам для создания новой биомассы.

В русскоязычной литературе эти сооружения называются:

  • фито-очистные системы – ФОС (Фито-системы для очистки сточных вод: современное решение экологических проблем / Н. М. Щеголькова, В. Диас, Е. А. Криксунов, К. Ю. Рыбка // Наилучшие доступные технологии водоснабжения и водоотведения. — 2015. — № 2. — С. 46–55.),
  • биоплато (Прикладная экобиотехнология: учебное пособие для студентов по специальности "Биотехнология": в двух томах. / А. Е. Кузнецов [и др.]. - М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. - 629 с.),
  • биоплато в Архангельской области (Верещагина И.Ю., Василевская Н.В. Искусственное биоплато в Арктических широтах // Экология производства. 2004. № 4. С. 18-21.),
  • габионные очистные фильтрующие сооружения – ГОФС (Практический опыт экологической реабилитации водных объектов и создания габионных очистных фильтрующих сооружений ливневого стока в г. Москве / Ю. А. Лион, Д. В. Михалев, Т. С. Хорошилова, С. М. Чесалов // Доркомстрой. — 2005. — № 1.),
  • водно-болотная очистка сточных вод (Семенов С.Ю., Шелепова Л.И. Водно-болотная очистка сточных вод // Безопасность жизнедеятельности. 2008. № 1. С. 37-38),
  • почвенно-растительные фильтры (Технические рекомендации DWA-A 262. Принципы расчёта, строительства и эксплуатации сооружений биологической очистки коммунальных сточных вод с почвенно-растительными фильтрами, 2006).

r1 image002

Всё это – системы с фотоавтотрофами, обладающие способностью саморегулироваться.

Однако систематизированы знания по этим системам только в англоязычной литературе, так как российские специалисты (к великому сожалению!) до недавнего времени не участвовали в этих разработках.

Созданные в РФ к настоящему времени технологические решения, отраженные в патентах и статьях (например, ГОФС) эффективно функционируют для определенных стоков, но представляют собой лишь один из примеров не самых эффективных ФОС, что уже разработаны в Европе, США и Австралии.

Технология ФОС

Отличительной особенностью ФОС является их подобие естественным водно-болотным объектам, которые, будучи дополнены рядом технических элементов и встроены в естественный ландшафт, способны эффективно выполнять роль водоочистных систем.

comintour.net
stroidom-shop.ru
obystroy.com
лапароскопия паховой грыжи