Очищение сточных вод в тепличном комплексе при помощи эйхорнии

Сточные воды — неотъемлемая часть хозяйственно-бытовой деятельности человека. Одним из серьезных загрязнителей является сельское хозяйство, поэтому правильная очистка и утилизация является важным пунктом в деятельности любого аграрного производства. Для решения этой экологической проблемы было наработано множество технологических приемов, одним из которых является создание самоочищающихся прудов.

В основе очистки сточных вод лежат физико-хи­мические или биохимические процессы разложения вредных компонентов, которые могут попасть в водоемы или грунтовые воды и создать угрозу для питьевого снабжения, нарушить природный баланс.

Высшая водная растительность (ВВР), которая является основой в искусственном водоеме для очистки воды, улучшает качество воды благодаря природным фильтрационным свойствам и способности поглощать патогенные элементы. Способность растительности к накоплению, утилизации, трансформации многих веществ делает их незаменимыми в общем процессе самоочищения водоемов.

Основными видами загрязнений воды в сельском хозяйстве являются пестициды, фосфор, калий, нитратный и аммонийный азот, различные соли и железо.

На сегодняшний день существуют следующие способы очистки воды:

-механический,

-химический,

-физико-химический,

-биологический.

Помимо этих способов существуют еще, так называемые, природные способы очистки — рядом с тепличными комплексами создаются пруды с водяными растениями, способными переработать загрязнения.

При очистке сточных вод чаще всего используют такие виды ВВР, как камыш, тростник озерный, рогоз узколистый и широколистный, рдест гребенчатый и курчавый, спироделла многокоренная, элодея, касатик желтый, сусак, стрелолист обычный, гречиха земноводная, резуха морская, уруть, хара, ирис и другие. Но все они уступают в продуктивности водному гиацинту — эйхорнии. В нашей статье мы рассмотрим способ очищения воды при помощи этого растения.

Эйхорния — природный фильтр

Эйхорния (Eichornia crassipes) это многолетнее травянистое водное растение семейства понтедериевых. Стебель и корневище у этого растения длинные, черешки листьев наполнены воздухом, благодаря чему соцветие и листья держатся на плаву. При высыхании водоема эйхорния может укорениться в иле. Несмотря на то, что этот цветок относят к сорнякам, учёные обнаружили у него одно уникальное свойство — способность «переваривать» почти любые вредные вещества, содержащиеся в воде. На большой поверхности корневой системы эйхорнии осаждаются взвеси, а само растение способно перерабатывать любые органические загрязнения, навоз, бензин, ГСМ, моющие вещества и убивать вредные микробы. Сенсацией стало то, что эйхорния «переваривает» даже ракетное топливо гептил. В ходе эксперимента выяснилось, что одно растение эйхорнии весом около 200 грамм может полностью растворить гептил из трех литров воды в концентрации 110 мг на литр в течение 12 суток.

Эйхорния обогащает воду кислородом, полученным в результате биосинтеза, а все вредные вещества расщепляет на составные химические элементы, становясь отличным кормом для животных и птиц. Также интересно то, что чем грязнее вода, тем лучше чувствует себя эйхорния, а её скорость вегетативного размножения поражает — всего за 50 суток одна розетка способна дать около тысячи отпрысков. Отмечается, что чем грязнее вода, тем быстрее растет и размножается эйхория. Когда вода полностью очищается и новой «пищи» нет, растение прекращает рост.

На российских предприятиях эйхорнию начали применять с 1997 года. В частности, для очистки сточных вод в сельском хозяйстве этот цветок применялся в Московской, Владимирской, Новосибирской, Ростовской областях, в Ставропольском крае. По данным эпидемиологов, за три месяца использования эйхорнии удалось добиться впечатляющих результатов — самоочищающийся пруд не только снизил расходы предприятий, но и оздоровил прилегающие природные территории.

Эйхорния была протестирована на всех этапах очистки. Лучше всего она проявила себя на стадии доочистки в биопруде – отстойнике, где качество воды стало аналогичным качеству воды из под крана. При зарастании эйхорнией биопруда на 80% анализ проб воды показывает полное уничтожение практически всех бактерий - коли-индекс (индекс кишечной палочки) и общее микробное число были приведены к значениям, соответствующим гигиеническим требованиям санитарных правил и норм охраны поверхностных вод от загрязнения (СанПиН № 4630-88).

Практика эксплуатации биопрудов с эйхорнией показала ее высокую эффективность и надежность. Независимые источники сходятся во мнении, что затраты по очистке воды традиционными способами намного выше, чем использование водных растений.

Особенности роста и развития эйхорнии

Цветение у эйхорнии, как и у многих других тропических и субстропических растений, наступает лишь при коротком световом дне (менее 12 часов). Если цветение наступило. То в середине розетки растения появляется соцветие из 6-7 цветков фиолетово-голубого оттенка с желтоватой серединой. Высота цветоноса составляет 25-35 см, а за свое сходство с гиацинтом, эйхория получила название «водный гиацинт» (на деле эти растения не имеют ничего общего). Подводная часть эйхорнии представляет собой плотный развитый пучок нитевидных корней серого и черного цвета. На 1 квадратном миллиметре корня располагается от 200 до 400 «волосков» - чем больше питания для растения, тем гуще корни и тем больше на них «волосков».

В процессе своей жизнедеятельности эйхорния в воде «отбирает» весь СО2 у молекул гидрокарбонатов и использует его для фотосинтеза — его интенсивность у растения чрезвычайно высока. Поэтому важна качественная и количественная достаточность примеси вод, так как примеси являются основой для выработки энергии цветком. Подходящими в качестве исходных веществ являются СО2, катионы К+, Са++, Mg++ и Fe++, анионы NO3 - SO4 --, PO4 --. В процессах жизнедеятельности растениям требуются не только macro, но и micro элементы. За исключением галогенов это, как правило, ионы металлов: бор, ванадий, йод, кобальт, марганец, медь, свинец, молибден, никель, кадмий, цинк и другие.

Эйхорния склонна накапливать в своих тканях вещества в виде запасов на случай снижения жизнеобеспечения и, соответственно, непродолжительное время существовать в экстремальных условиях.

Таким образом, растения эйхорнии, наращивая зеленую массу, постоянно используют для себя соединения состава вод. «Прожорливость» растения обеспечивает скорость переработку биогенных составляющих. Кроме того, на жизнедеятельность оказывают большое влияние параметры внешней среды, фактические экологические условия.

Что касается применения эйхорнии в климатических условиях России, то следует учесть следующие особенности:

-являясь тропических растением эйхорния не переносит морозов и погибает. Лучше всего чувствует себя при температуре воды от +16 до +30 °С;

-наиболее высокая эффективность очистки воды с использованием эйхорнии отмечается в летне-осенний период;

-лучше всего эйхорния очищает воду от хлоридов, нитратов, сульфатов, патогенных микроорганизмов и азота аммонийного;

-размножение и вегетация эйхорнии лучше проводить в камерных условиях, в воде температурой от +20 до +30°С и температурой окружающего воздуха от +22 до +36°С. Полезно подкармливать молодые растения активным илом.

Для того, чтобы сохранить растения до следующего года, важно правильно обеспечить их зимовку. Для этого взрослое и здоровое растение помещается в поплавок, под растением на глубине 5-6 см помещается заиленный грунт так, чтобы корни могли врасти в него. При температуре воздуха 24-26°С и достаточном освещении эйхорния успешно зимует, а весной снова может быть высажена в пруд.

Экологическая безопасность и возможность переработки

К сожалению, применение ВВР пока еще не получило широкого распространения среди тепличных хозяйств России. Подавляющее большинство субъективных негативных мнений об этом способе и опасений не подкреплены никакими научными и биологическими фактами и возникают от незнания.

Наиболее популярным мифом о вреде эйхорнии является невероятная жизнеспособность этого цветка, которая не позволяет полностью избавиться от него и может вызвать экологические проблемы. Однако интенсивность роста эйхорнии ограничивается заполнением доступных участков водной поверхности и достаточностью питания. Риск его неконтролируемого размножения возможен лишь для экваториального климата, в более холодном климате его можно без опаски применять в хозяйственной деятельности — низкие температуры снижают продуктивность растения и приводят к его гибели.

Также растение не имеет функции самоопыления, а процесс вегетации в искусственном водоеме может быть остановлен в любой момент. После прекращения биологического существования вегетационная биомасса эйхорнии соответствует нормативам неопасных категорий и не выделяет опасные токсины при гниении.

Все вышеперечисленные факты подтверждают то, что неконтролируемое размножение эйхорнии на территории России невозможно.

Что касается утилизации отработанных растений, то в тепличном хозяйстве они могут стать:

- дополнительным источник энергии

В случае, если биомасса может легко и дешево транспортироваться к месту переработки, то целесообразно использовать её для генерирования газа в биогазогенераторах. Особенно эффективен этот способ для сезонного применения.

- элементом в изготовлении грунтовых смесей, удобрений и компостов

Отработанная масса растений компостируется около двух месяцев. В смеси с грунтом становится качественной и питательной грунтовой смесью.

-корм для животных, птиц и рыб

В случае, если рядом с тепличным хозяйством находится рыбоводческое хозяйство или ферма, то биомасса может применяться как пищевая добавка (источник витаминов А,В,С,Е, калия, азота) для животных.

В настоящее время основным минусом распространённых в России технологий очистки промышленных сточных вод является высокий расход энергии и экономическая неэффективность, что является непривлекательной перспективой для любого тепличного комплекса. Использование эйхорнии в целях очистки сточных вод это энерго- и ресурсосберегающая технология, не требующая дополнительного строительства и больших инвестиций.