Гидроботанические площадки

Гидроботанические площадки, искусственные болота, биоплато и подобные им системы получили широкое распространение уже в середине XX в. Их используют для удаления загрязнений (биогенных элементов, органических веществ, тяжелых металлов, взвесей) из бытовых, промышленных, ливневых сточных вод, стоков сельского хозяйства, горных разработок, дренажных грунтовых вод в районах свалок, полигонов отходов, площадок депонирования осадков, вдоль автодорог. Гидроботанические площадки и искусственные болота, как правило, создают на водосборах на пути недостаточно очищенных сточных вод. Биоплато - на водохранилищах и каналах. Вследствие обширности занимаемой территории, небольшой толщины наземного водного слоя в этих системах создаются условия для достаточно хорошего обмена верхнего слоя загрязненной воды с атмосферой, его аэрации. В глубинных слоях могут протекать аноксигенные и анаэробные процессы трансформации загрязнений. Невысокая скорость течения воды и длительное время удержания загрязненных вод способствуют осаждению взвесей, а высокое содержание органического вещества в почве площадок - сорбции и связыванию загрязнений. Такие системы могут служить и средой обитания многих представителей дикой фауны.

Выделяют три типа гидроботанических площадок: природные, искусственные с распределением загрязненной воды по поверхности площадки, искусственные с распределением воды в подповерхностной зоне площадки.

Природные площадки могут включать постоянно обводненные облесненные участки или болота. Чаще всего они не требуют ухода, вода очищается сама, площадка функционирует без вмешательства человека. Необходимо лишь скосить траву в конце вегетации, обнести земляным валом берега и частично очистить ложе от ила.

При создании искусственных гидроботанических площадок используют свободно плавающие, подводные и надводные растения (рис. 5.7).

Искусственные площадки с распределением загрязненной воды по поверхности - неглубокие искусственные обводненные участки, сооружаемые с небольшим уклоном в низовых участках с системой распределения и контроля уровня воды. Системы с распределением воды в подповерхностной зоне включают неглубокие площадки, заполненные хорошо дренируемым материалом, например гравием, на которые высаживают болотные растения. Вода в таких системах течет под поверхностью через корневую систему растений.

а

тй.гг>

д

Рис. 5.7. Варианты очистки загрязнённых сточных вод на гидроботанических площадках:

а - свободно плавающие растения; б - подводные растения; в - надводные растения поверхностным потоком; г - надводные растения с горизонтальным подповерхностным

потоком;

д - надводные растения с вертикальным потоком

Территория площадки зависит от ее конструкции, объема и уровня загрязненности сточных вод, требований к очистке, допустимой гидравлической нагрузки, стоимости участков земли и других местных условий. Примеры конструкций гидроботанических площадок приведены на рис. 5.8, 5.9.

Камыш

слой (глина, плени)

Рис. 5.8. Гидроботаническая система с горизонтальным потоком

Рис. 5.9. Гидроботаническая площадка с уклоном 2% [16]:

• 1 -распределительная гребёнка; 2 - грунт с корневищами; 3 - песок;
• 4 - гравий или щебень; 5 - подложка; 6 - приёмная траншея

В конструкции площадки, представленной на рис. 5.9. предусмотрено создание двух горизонтов: верхнего - аэробного - для закрепления растений и развития сопутствующей аэробной микрофлоры и нижнего - анаэробного - для заселения сообществом анаэробных микроорганизмов. Нижний горизонт - это слой любого химически инертного материала (гальки, щебня, битого стекла), уложенный на водоупорный слой или специально подготовленную подложку, поверх которого насыпается песок и формируется верхний слой, т. е. укладывается грунт с корневищами растений. В анаэробном слое органические вещества разлагаются с образованием С0₂, СН₄, КН₃. Газы, поднимающиеся из нижнего слоя, перемешивают воду между слоями, при этом на дно оседают мелкие частицы. Оставшиеся загрязнения окисляются в верхнем аэробном слое до СО? и Н₂0. На гидроботанической площадке такого типа очистка воды может идти круглый год за счет деятельности бактерий, а не только в период вегетации растений.

Максимальная эффективность работы созданной площадки достигается не сразу, так как площадка довольно медленно «созревает» (в течение нескольких сезонов): развивается разветвленная корневая система растений, расселяется микрофлора в верхнем и нижнем горизонтах, идут весьма сложные процессы саморегулирования биоты.

Скорость и полноту разложения загрязняющих веществ на гидроботанических площадках можно регулировать, подпитывая среду стимулирующими добавками, поддерживая необходимый температурный режим, pH, соотношение разных групп соединений (главным образом соотношение углерода и азота).

Еще одна разновидность гидроботанических площадок -гидротехнические системы с применением габионов. Габионы представляют собой заполненные каменным материалом (щебнем, гатькой, небольшими валунами) корзины различной формы, изготовленные из прочной металлической сетки с ячейками, устойчивой к коррозии. Каждый габион прочно связан с соседними с помощью проволоки; это превращает габионную конструкцию в единое монолитное сооружение, которое может быть легко возведено без специальной подготовки территории, отсыпки дренирующих грунтов в отличие от аналогичных бетонных сооружений. Габионы используют для сооружения дворовых оград, озеленения территорий промышленных объектов, в полосе отчуждения автомобильных дорог и зоне их влияния, выкладывают на откосах, склонах, берегах водоемов, водотоков, водоотводящих и водопропускных фильтрующих коллекторов.

С течением времени свободный объем засыпки габионов заполняется частицами грунта, цементируется корнями растений и их остатками, они приобретают максимальную устойчивость и могут длительно эксплуатироваться без нарушения целостности конструкции, обладая при этом достаточной гибкостью, прочностью, воздухо- и водопроницаемостью, удобством в обслуживании и ремонте. Для долговечности габионных сооружений важно, чтобы срок службы используемой металлической сетки превышал период консолидации габионов. Срок службы современных материалов, изготовленных из стальной проволоки с коррозийностойким покрытием, даже в достаточно агрессивной среде превышает 100 лет.

Гидротехнические сооружения на пути небольших водотоков (постоянных и временных) часто представляют собой каскад водосливов или биопрудов глубиной 0,5... 1,5 м, выложенных габионами и разделенных переливными стенками, также построенными из габионов. Вода в каскаде таких водоемов перетекает по всей длине переливных стенок. Габионы служат опорой для развития корневищ водных растений и обильной микрофлоры, естественными фильтрами, очищающими поверхностные и подземные воды от за1рязнения, способными противостоять значительным эрозионным, волновым и ледовым нагрузкам.

Преимущества гидроботанических систем, биоплато, габионных конструкций обусловлены низкой стоимостью монтажа, возможностью использования местных материалов, низкими эксплуатационными затратами, хорошей сочетаемостью с ландшафтом и возможностью служить местами обитания различных животных.

В то же время гидроботанические площадки, биоплато требуют определенного сезонного ухода: осенью надводную зеленую массу необходимо скашивать, чтобы извлечь накопленные растениями биогенные элементы и загрязнения. Осторожное выкашивание только надводной части способствует более активному росту и омоложению популяций растений. Если уборку не проводить, надводная часть после окончания вегетации отмирает и засоряет площадку. Важны также стабильный химический состав, концентрация загрязняющих веществ в поступающей на очистку воде и отсутствие залповых сбросов, так как они могут разрушить сформировавшийся биоценоз площадки.

Избыточную биомассу растений можно использовать в качестве топлива или удобрения. В тех случаях, когда скошенная фитомасса не содержит повышенных количеств тяжелых металлов или иных вредных веществ, ее можно скармливать животным после предварительного обеззараживания, например силосованием.