Очищение сточных вод в тепличном комплексе при помощи эйхорнии

Эйхорния - растение очищающее сточные воды

Ещё в 80-е годы во многих странах, где произрастает эйхорния, его называли злостным сорняком. Сейчас с его помощью очищают озёра, занесённые в список мёртвых, малые реки и водоёмы, всевозможные грязные стоки хозбытового и животноводческого происхождения. С помощью этого растения можно извлечь из стоков большинство биогенных элементов, таких, как азот, фосфор, калий, кальций, магний, марганец, сера, а также такие ингредиенты, как фенол (до 540 г/л), сульфаты, нефтепродукты, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), фосфаты, и можно улучшить такие показатели, как биологическая потребность кислорода (БПК) и химическая потребность кислорода (ХПК). Именно этот набор элементов и ингредиентов служит основным загрязнителем наших рек и водоёмов.

При очистке стоков, в которых находятся аммиак, фенолы, щелочи, фосфаты, нефтепродукты, растение, на корнях которого находится не один десяток полезных микроорганизмов, мелких моллюсков, ракообразных червей, создаёт условия для жизнедеятельности вышеуказанных организмов, которые и осуществляют расщепление ингредиентов, превращая их в удобоваримые для эйхорнии элементы, т.е. каждое растение представляет собой очистные сооружения в миниатюре.

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 статье представлен способ очищения воды при помощи этого растения.

Общий вид растения в условиях биобассейна в ФХ «У Самвела»

Урожай эйхорнии вырощенный в условиях открытого биобасейна ФХ «У Самвела»

Постоянное выращивание нетрадиционной кормовой культуры Эйхорнии для введения зеленой массы в рационы продуктивных животных и птицы в условиях ФХ «У Самвела»

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.

Корневая система Эйхорнии обеспечивает высокую эффективность поверхностно-адсорбционного поглащения питательных веществ, формирует селективные микробиоценозы, которые содействуют активной биодеструкции вредных веществ и их биотрансформацию в безопасные и питательные вещества.

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 очистных предприятиях эйхорнию начали применять с 1997 года. В частности, для очистки сточных вод в сельском хозяйстве этот цветок применялся в России. 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.

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». 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 макро-, но и микро- 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 Украины, 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 эйхорнии

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

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 Украины невозможно.

Что касается утилизации отработанных растений, то в тепличном хозяйстве они могут стать дополнительным источником 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 Украине 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.

В експериментальном Фермерском хозяйстве «У Самвела» в Одесской области с 2015 года выращивают Эйхорнию, а также разработана технология силосования этой нетрадиционной и перспективной кормовой культуры.

Применение эйхорнии для очистки городских и промышленных стоков

Многочисленные испытания способностей эйхорнии по очистке сточных вод сельскохозяйственных предприятий в естественных условиях полностью оправдали лабораторные испытания и ожидания разработчиков данной технологии. И они, как показал последующий опыт, справедливо считали, что это водное растение способно на большее, и вполне справляется с очисткой промышленных стоков. Тем более, что многие инженеры, занимающиеся городскими водоочистительными сооружениями уже несколько лет ратуют за применение биотехнологий на этапе доочистки стоков.

Так, в Сыктывкаре эйхорния прекрасно адаптировалась на стоках целлюлозно - бумажной промышленности, справляясь не только с биогенными элементами, но и со значительным количеством дубильных веществ. И, казалось бы, в условиях короткого лета вегетация и биопродуктивность эйхорнии не должны быть близкими к уровню южных широт. Однако из-за значительного увеличения долготы дня в летнее время эти показатели в сумме за весь сезон практически остаются на том же уровне, что и на юге.

Если же очищаются технологические воды, как правило с повышенной температурой, биопродуктивность возрастает буквально в несколько раз, так как увеличение продолжительности непрерывной вегетации эйхорнии только на один месяц ведёт к увеличению количества зелёной массы как минимум в 4 раза.

Эйхорнию пробовали на всех этапах очистки. Лучше всего она проявилась на стадии доочистки в биопруде-отстойнике. По многим примесям очистка с эйхорнией приблизилась к стопроцентной. А уничтожение практически всех болезнетворных микроорганизмов позволило отказаться от неизбежной прежде на последнем этапе обработки стоков хлорной водой.

Применение эйхорнии

Большая часть химических элементов в стоках находятся в растворенных в воде соединениях. При культивации в водоемах это растение проводит очистку водной среды, наряду с украшением ландшафта. Слово "очищать" довольно не полно озвучивает то, что делает Эйхорния с водной средой, в которой растет, не нарушая биоценоза водоемов и берегов. С помощью своих корней растение способно энергично извлекать из сред многие примеси и дезодорировать окружающую воздушную среду. Водный гиацинт в состоянии успешно бороться с множеством соединений, которые загрязняют наши водоемы: реки, пруды и озера. Это внешне нежное растение представляет собой очистные сооружения в миниатюре по переработке высоко- и низкомолекулярных продуктов. Интенсифицируются процессы нитрификации, минерализации нефтепродуктов, разрушаются и обезвреживаются многие токсины и соединения биогенов.

Необходимо отметить, что размножение эйхорнии в условиях, при которых температура воды не превышает 25 градусов, происходит только вегетативно. Однако там, где температура воды поднимается до 32-35 градусов, возможно и семенное размножение. Это ещё раз подтверждает тот факт, что бесконтрольное распространение эйхорнии на территории Украины невозможно. Нет условий для прорастания семян, а наличие морозного периода приводит к уничтожению эйхорнии, оставшейся в водоёме.

Растение может очищать воду от многих химических веществ, в том числе и даже от некоторых радионуклидов. Это растение усваивает примеси вод как питание, в основном, через корневую систему. Метод применения возможностей растения Эйхорния ориентирован, в том числе, на способности микроорганизмов, в изобилие развивающихся на корнях растения. Создание растением благоприятных условий существования полезного биоценоза в несколько раз усиливает деструктирование (расщепление, разложение) микроорганизмами растворенных органических и неокисленных минеральных соединений, например, сероводород, аммиак, нитриты, содержащиеся в сточных водах. Эйхорния использует их в процессе своей жизнедеятельности. Кроме того, простейшие стимулируют рост полезных бактерий и улучшают качество очищенного стока по показателям БПК, ХПК, содержанию взвешенных веществ и др. Происходит, за счет дезодорации прилегающих территорий, снижение угрозы загрязнения подземных и поверхностных вод и тем самым снижения риска экологических бедствий и улучшение экологической обстановки. Полное разрушение кишечных палочек, придает этому методу высокую эффективность с санитарной точки зрения.

С применением способностей Эйхорнии реально решение вопросов осветления и дезодорирования сточных вод (исчезновение запахов и гибель многих болезнетворных бактерий). Таким образом, Coli-индекс экосистем может быть приведен к нормативному состоянию без применения дополнительных химических дезинфицирующих средств, возвращая воде полноценные качества (воды перед сбросом возможно не хлорировать). Как показывают результаты анализов воды, на водных поверхностях в зоне роста и далее в направлении движения воды, обеспечивается уничтожение и не допускается возможность образования на поверхности водоема сгустков загрязнений, гнилостных соединений. Исключается возможность развития болезнетворных бактерий, подавляется жизнеобеспечение личинок кровососущих насекомых и т.п. Токсичность воды в водоемах, определяемая с помощью биотестирования, может быть снижена в зоне культивирования растения вплоть до полного ее отсутствия. Создается биологический барьер развитию патогенной микрофлоры стоков и проникновению в водоемы и подземные воды. Без особой подготовки очистку с помощью эйхорнии можно внедрить уже сейчас на животноводческих и птицеводческих комплексах, на целлюлозно-бумажных комбинатах, на стоках от пищевой промышленности и чисто хозбытового происхождения, на очистных сооружениях городов и мегаполисов, на малых и больших реках, прудах и озёрах. Как показала многолетняя практика, внедрение этой технологии выгодно, так как выросшая зелёная масса после сбора может быть использована на корм животным и птицам, для изготовления бумаги и биоудобрений, переработки на биогаз и жидкое топливо.