CC BY
70
ЭКОЛОГИЯ
УДК 628.357:574.635
ПРИМЕНЕНИЕ ПЛАВАЮЩЕГО ВОДНОГО РАСТЕНИЯ ЭЙХОРНИИ ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДООЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
© 2004 г. Т.Н. Меркулова
Повысить эффективность биологической деструкции загрязнений в локализованных зонах возможно применением контактных носителей. В настоящее время в зарубежной и отечественной практике предлагается большое количество различных контактных носителей биомассы активного ила, с помощью которых можно существенно увеличить интенсивность биохимических процессов, протекающих в водоемах [1].
В практике использования контактных носителей при окислении органических веществ их рассматривают, в основном, как метод повышения общего количества биомассы в биореакторе и, следовательно, снижения нагрузки на ил. Однако в различных системах назначение клеточной иммобилизаци меняется. Целью клеточной иммобилизации может быть образование флокул, которые в последующем могут быть легко отделены от основного потока жидкости. С другой стороны, - биоценоз может быть иммобилизован на стационарной поверхности непосредственно в биореакторе, что препятствует вымыванию медленнорастущих микроорганизмов и сохранению их в системе независимо от расхода сточных вод. В этом случае важно использовать такой материал носителей, на котором будет иметь место внедрение или включение живых клеток в его структуру. Изменение гидродинамических условий в биореакторе может привести к смыву избыточной биомассы с поверхности носителя, но при этом не допустить вымывания клеток, а привести к повышению концентрации взвешенной биомассы заданного видового состава.
В качестве естественных носителей биомассы применяют эйхорнию как плавающее растение, которое можно культивировать не только в естественных, но и в искусственных водоемах или локализованных зонах.
Эйхорния (водный гиацинт) - представитель высшей водной растительности. Ботаническое название - Eichornia crassipes (Water hyacinth). Семейство -Pontederiaceae. Травянистое плавающее растение. Типичный гидрофит. Надводная часть - укороченный стебель с розеткой округлых, лоснящиеся хрупких листьев. Листья прямые, от густого салатового до темно-зеленого цвета собраны в розетку и действуют подобно парусам. Черешки листьев пузыревидно
вздуты. Внутри вздутия находятся заполненные воздухом полости - аэрокамеры, которые и обеспечивают растению высокую плавучесть и остойчивость. Крупные листья достигают диаметра 20 см, нижние листы меньше. Размножается множеством побегов (усов). Со временем пребывания растений в водной среде идет развитие его надводной и подводной частей.
Коренятся в узлах сильно развитым пучком длинных нитевидных мочковатого вида опушенных корней -от светло-серого до темного, почти черного цвета.
Длина корневой части, имеющей огромную удельную поверхность, может достигать 1 м.
Колонизация начинается воспроизводством дочерних отростков с небольших растений на небольшом уровне плотности. Эти растения не увеличиваются в размерах, пока они не произведут новый плотный ковер, сформированный из растений практически одинакового размера.
Эйхорния образует и развивает множество новых вегетативных побегов, при определенных условиях цветет, цветки в основном фиолетовые или сиреневые, верхний подшипник выступа - фиолетовая пятнистость. Тычинок - 6.
Взрослое растение с хорошо развитыми листьями дает цветонос с собранными в кисть цветами в надводной части растения. Цветы эйхорнии раскрываются лишь на очень короткое время, а через два-три дня стебель с отцветшим бутоном опускается под воду.
В естественных условиях Eichornia crassipes обитает во внутренних и береговых пресноводных бухтах, озерах и болотах субэкваториальных, тропических и субтропических регионов. Одно из первых упоминаний о Water hyacinth отмечено в 1884 г. во время промышленной и хлопковой выставки в штате Луизиана. Гиацинты далее распространялись владельцами скота, которые усмотрели в нем дешевый источник кормов. Он натурализован во многих теплых областях мира. Сейчас растение можно встретить почти во многих водоемах субэкваториального, тропического и субтропического климатических поясов. На карте обозначены зоны интродукции начиная с конца XIX в. Распространенные вне ареала уже более 100 лет назад, особи эйхорнии довольно быстро адаптировались в тропических и субтропических областях земного ша-
ра. Свободное распространение растения наблюдается в Южной Америке, южной части Северной Америки, Африке, Индии, на юге Азии, в Индонезии, Австралии и Новой Зеландии [2 - 6].
Применение эйхорнии для очистки сточных вод основывается на способности растения к быстрому размножению и интенсивному росту. С применением способностей эйхорнии реально решение вопросов осветления и дезодорирования сточных вод (исчезновение запахов и гибель многих болезнетворных бактерий).
При этом следует принимать во внимание, что потеря жизнедеятельности растения, например, пораженного неожиданным заморозком, резко снижает до полного прекращения переработку элементов загрязнений растением. В случае оставления на водной поверхности эйхорния при отрицательных температурах вмерзает в лед, а при таянии льда напитывается водой и полностью оседает на дно. Объем оседающей массы соответствует около 1/2 объема выросшей биомассы. Но эти объемы гораздо меньше по сравнению с количествами извлеченных и переработанных загрязняющих. В осевшей весной на дно биомассе продолжаются процессы деструкции через процесс ферментации, которые в анаэробных условиях происходят довольно быстро благодаря использованию части кислорода воды. Для водных объектов с малой нагрузкой нет острой необходимости после сезона работы убирать выросшие растения.
Для водных объектов с высокой нагрузкой, в основном малопроточных или непроточных, когда растения полностью покрывают поверхность водоема, потерявшие жизнеспособность растения создают дополнительную органическую нагрузку, и, следовательно, растения целесообразно извлекать в конце каждого теплого сезона культивирования. Хотя необходимость периодической уборки биомассы растения увеличивает расходы, однако эти плавающие растения убирать намного легче, чем погруженные в воду или укореняющиеся. Хозяйственная реализация зеленой биомассы может иметь значительное влияние на затратную часть культивирования и уборки.
Для изучения иммобилизации биоценоза на погруженных частях водной растительности были проведены специальные исследования. В качестве контактных носителей исследовались стебли тростника обыкновенного, камыша озерного и рогоза - растений, распространенных в естественных водотоках степной зоны юга России. После 30-дневной экспозиции образцы извлекались из пруда и по привесу по сухому веществу и смыву определялась удельная величина или степень иммобилизации микрофлоры.
Образцы материалов были помещены в различные секции биологического пруда. Наибольшие средневзвешенные привесы биомассы характерны для камыша озерного (15,6 г/м2), за ним следует тростник обыкновенный (14,8 г/м2), а третье место занимает рогоз (13,5 г/м2). Наибольшее количество биомассы сорбируется на ворсистых корнях плавающей эйхорнии (102,8 г/м2) независимо от места расположения, что позволяет рекомендовать использовать ее подводную часть в качестве контактного носителя.
Как показали исследования, биомасса прикрепленных микроорганизмов зависит от общей площади поверхности контактных носителей и плотности посадки растений - факторов, претерпевающих значительные изменения в течение вегетационного периода. Причем, если максимальная биомасса высшей водной растительности формируется только к концу вегетационного периода, то максимальная концентрация биомассы перифитона созревает через 2-3 недели после появления молодой поросли растений и поддерживается на этом уровне весь вегетационный период.
Таким образом, наличие развитой корневой системы и достаточность питательного субстрата способствуют интенсификации процессов деструкции различных видов загрязнений.
Литература
1. Долженко Л.А., Соколова Г.Н., Носов С.В. Пути улучше-
ния геоэкологической обстановки региона // Материалы IV Междунар. науч.-практ. студенческой конф. / Рост. гос. экон. акад. Ростов н/Д., 1998. С. 94.
2. ООО "Вектор Э" Результаты и обобщения наблюдений экспериментальных, опытных и опытно-промышленных применений 2000 - 2003 гг. в Москве по заказу ГУП Мосводосток.
3. Лялин С.В. Цветок - очиститель воды / НТС «Стройин-
форм»: статья по материалам семинара «Сад - продолжение дома. Ландшафтный дизайн. Новые ландшафтные технологи» // Стройка: Прикл. журн. 2002. № 18 (344).
4. Lanza, Ph. Программа по защите окружающей среды / Университет Штата Массачусетс, Август 20. 1996.
5. Наблюдения и исследование использования водного плавающего растения эйхорния: Отчет о совместной работе ДМП «ЭКПО» г. Дзержинский Московской обл. и ООО «Вектор Э» в 2002 г.
Новочеркасская государственная мелиоративная академия 11 мая 2004 г.
