CC BY
203
УДК 504.06 : 628.3/4 С. Б. ЧАЧИНА
Н. В. МАМАЙ
Омский государственный технический университет
ОАО «ОмскВодоканал»
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫСШИХ ВОДНЫХ РАСТЕНИЙ: ЭЙХОРНИИ, РЯСКИ МАЛОЙ И ВАЛЛИСНЕРИИ СПИРАЛЕВИДНОЙ ДЛЯ ДООЧИСТКИ
ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД_
Изучена аккумуляционная способность высших водных растений — эйхорнии, ряски малой, валлиснерии спиралевидной. Впервые проведена сравнительная характеристика высших водных растений по способности извлекать из сточных вод и аккумулировать фосфаты, фенол, соединения азота, СПАВ, хлориды, сульфаты и нефтепродукты. Данные исследований могут применяться для создания биологических прудов и использования для доочистки городских и промышленных сточных вод высших водных растений.
Ключевые слова: сточные воды, доочистка сточных вод, высшие водные растения.
На протяжении последних десятилетий очистка сточных вод остается по-прежнему весьма актуальной проблемой, в том числе и с постоянно ужесточающимися требованиями к качеству очищенных сточных вод.
Современное природоохранное законодательство предъявляет высокие требования к качеству очищенных сточных вод, сбрасываемых в природные водоёмы. Наиболее эффективным способом очистки городских (смеси хозяйственно-бытовых и промышленных) сточных вод является биологическая очистка. В последние десятилетия отмечается тенденция изменения качественного состава сточных вод за счёт увеличения доли азот- и фосфорсодержащих органических веществ, в связи с чем биологические очистные сооружения не всегда обеспечивают необходимую степень очистки, в том числе от биогенных веществ (солей азота и фосфора) [1].
Одним из способов доочистки сточных вод от биогенных веществ является использование высшей водной растительности (ВВР) — макрофитов (тростник, камыш, уруть, ряска). Способность ВВР к накоплению, утилизации, трансформации многих загрязняющих веществ делает их незаменимыми в общем процессе самоочищения водоёмов [1].
Все это определило основную цель исследования: изучить способность высших водных растений аккумулировать фосфаты, фенол, соединения азота, СПАВ, хлориды, сульфаты и нефтепродукты из городских сточных вод.
Научная новизна работы. Впервые изучена аккумуляционная способности и проведено сравнение эффективности высших водных растений эйхорнии, ряски малой, валлиснерии спиралевидной в качестве методов доочистки канализационных сточных вод.
Практическое значение. Выявлен видовой состав высших водных растений, перспективных для до-
очистки городских сточных вод ОАО «ОмскВодоканал».
Материал и методы исследования. Объектами исследования являлись высшие водные растения, способные аккумулировать токсичные соединения: валлиснерия спиралевидная — Vallisneria spiralis, эйхорния, или водный гиацинт — Eichornia crassipes, ряска малая — Lemna minor.
Валлиснерия спиралевидная (Vallisneria spiralis) — настоящее водное растение, приспособленное к жизни в реках и озерах. Это растения с длинным тонким ползущим корневищем. В России (на Нижнем Дону и Нижней Волге, в Предкавказье и на Дальнем Востоке) произрастает один вид — валлиснерия спиральная (Vallisneria spiralis).
Валлиснерии считаются неприхотливыми в содержании, выдерживающие довольно значительные колебания температуры, не предъявляют особых требований к химическому составу воды, хорошо растут как при естественном, так и при искусственном освещении. Освещение: 0,5 Вт/л, температура воды: 15 — 24°С, рН 6 — 7,5. Размножают валлиснерию отводками, образовавшимися на ползучем побеге. В благоприятных условиях одно растение валлиснерии может дать за год до 50 новых кустиков.
В Пермском государственном университете проводились экспериментальные исследования, которые подтвердили возможность использования высших водных растений в процессе биологической очистки городских сточных вод для снижения содержания в них солей азота и фосфора.
Проведённые эксперименты показали положительную динамику поглощения ВВР всех форм азота и фосфатов [2].
Эйхорния, или водный гиацинт (Eichornia crassipes), надводная часть которого, состоит из листьев и цветка, напоминающего гиацинт. В воде находятся
нитевидные корни, опущенные ресничками, между которыми и происходит основной процесс очистки. С помощью корневой системы и контактирующих с водой листьев растение усваивает из воды неорганический углерод карбонатов, минеральные соли, низкомолекулярные углероды, аминокислоты и другие вещества. Мощная корневая система эйхорнии обеспечивает высокую эффективность поверхностно-адсорбционного поглощения питательных веществ. На поверхности корней формируются селективные микробиоценозы (бактерии, водоросли, простейшие), способствующие более активной биодеструкции и поглощению органических и минеральных веществ. Эйхорния может применяться там, где в течение не менее двух месяцев температура стоков находится не ниже 16 °С. Эйхорния способна поглощать все лишнее, что загрязняет воду: нефтепродукты, фенолы, сульфаты, фосфаты, хлориды, нитраты, СПАВ, щелочи, тяжелые металлы. И при этом эффективно очищает водоемы, сточные воды промышленного, хозбытового, животноводческого и т. п. происхождения. Улучшает БПК и ХПК. Уничтожает патогенные микроорганизмы гнилостного ряда, нормализует общее микробное число и Коли-индекс. Есть опыт применения этого растения для очистки реки Темерник (г. Ростов-на-Дону) [3].
Ряска малая (Lemna minor) — это небольшое растение, плавающее на поверхности или в толще воды, состоящее из листовидных стеблей, скрепленных по несколько штук между собой, от которых темно-зеленого цвета 0,5—1 см в диаметре отходит единственный короткий нитевидный корешок. В течение теплого периода времени растение размножается вегетативно, с помощью молодых листецов, отделяющихся от материнского растения. Зимует ряска в виде почек, опускающихся на дно вместе с отмершим растением. Растение содержит антоцианы, флавоноиды, соли меди, брома, железа, ванадия, кальция, кремния, следы радия, 25 % протеина, незначительное количество аскорбиновой кислоты, йод, бром. Ряска малая содержит 38 % белка, до 5 % жира, клетчатку, микроэлементы (калий, кальций, цинк), витамины А, С, В. Это растение очищает водоёмы от углекислоты и снабжает кислородом, служит кормом для рыб и защиты от солнечных лучей. Ряску применяют для очистки воды, так как листецы извлекают из нее и запасают азот, фосфор, калий поглощает углекислый газ и обогащает воду кислородом. На присутствие
загрязняющих веществ ряска реагирует изменением листеца и поэтому может использоваться как индикаторный организм [4].
Исследования проводились в период с 2009 по 2010 г. В процессе исследований изучалась эффективность методов очистки городских канализационных стоков на ОСК ОАО «ОмскВодоканал» и методов доочистки с использованием высших водных растений — эйхорнии, валлиснерии, ряски. Процесс контролировали по следующим показателям: рН, содержанию взвешенных веществ, сухого остатка, содержанию фосфатов (фосфора), фенола, азота общего, азота аммонийного, ХПК, БПК, хлора, СПАВ, нефтепродуктов. Показатели определяли по утвержденным методикам.
Была проведена оценка эффективности доочистки сточных вод ОАО «ОмскВодоканал» с использованием эйхорнии, валлиснерии, ряски по физическим показателям. Нами было отобрано 5 проб сточных вод с ОАО «ОмскВодоканал»: 1 — Вход в канализацию, 2 — выход с механической очистки, 3 — выход с отстойников после механической очистки, 4 — выход с биологической очистки, 5 —после фильтрации. Для сравнения с выше указанным методом фильтрации нами предложены методы доочистки (фильтрации) — доочистка сточных вод водными растениями эйхорния (проба № 6), валлиснерия (проба № 7) и ряска (проба № 8). Растения выдерживали в течение 5 — 7 дней в сточных водах, взятых со стадии фильтрации.
ХПК определяли фотометрическим методом, БПК — йодометрическим методом, хлориды и сульфаты — титриметрическим методом, нефтепродукты экстрагировали из воды четыреххлористым углеродом, отделяли нефтепродукты от сопутствующих органических соединений других классов на колонке, заполненной оксидом алюминия, и измеряли массовую концентрацию нефтепродуктов методом ИК-спектрометрии. Определение фенолов проводили экстракционно-фотометрическим методом после отгонки с паром. Содержание нитратов и нитритов определяли фотометрическим методом. Определение фосфат-ионов и фосфорсодержащих соединений проводилось фотоколориметрическим методом.
Результаты и их обсуждение
Взвешенные вещества. Содержание взвешенных веществ после доочистки сточных вод эйхорнией
Таблица 1
Результаты исследований физических показателей сточных вод на очистных сооружениях канализации ОАО «ОмскВодоканал»
№ пробы, вид стоков Плотность, г/см3 рН Взвешенные вещества, мг/л Сухой остаток, мг/л
1. Вход в канализацию 0,997 7,4 182 481
2. Выход с механической очистки 0,996 7,2 129 472
3. Выход с отстойников 0,995 7 77 468
4. Выход с биологической очистки 0,993 6,7 14 462
5. После фильтрации 0,992 6,5 10,7 459
6. Эйхорния 0,992 6,6 5,2 184
Эффективность очистки, % 0,501 10,8 97,1 61,8
7. Валлиснерия 0,992 6,5 8,0 249
Эффективность очистки, % 0,502 12,2 95,6 48,2
8. Ряска 0,992 6,5 8,8 314
Эффективность очистки, % 0,502 12,2 95,1 34,7
экология
ОМСКИИ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №1 (94) 2010
Таблица 2
Результаты исследований химических показателей сточных вод на очистных сооружениях канализации ОАО «Омск Водоканал»
№ пробы, вид стоков Фосфат-ионы, мг/л Фенол, мг/л Азот общий, мг/л Азотосодержащие соединения, мг/л ВПК, мг/л ХПК, мг/л СПАВ, мг/л С1", мг/л so4, мг/л Нефтепродукты, мг/л
NO, NOs nh4
I, Вход в канализацию 12,2 0,044 55,9 Отс 0,44 38,3 251,1 443,8 2,1 79,5 112,0 2,86
2, Выход с механической очистки 12,0 0,038 49,5 Отс 0,43 35,9 196,8 365,4 2,0 77,7 108,5 2,36
3, Ввгход с отстойников, 11,6 0,036 45,5 Отс 0,38 34,6 139,0 297,0 1,8 75,9 103,7 0,94
4, Вв1ход с биологической очистки 10,4 0,0020 26,3 0,55 88,5 2,41 8,41 37,7 0,069 67,7 91,4 0,061
5, После фильтрации 10,2 0,0020 24,8 0,48 84,5 2,37 7,96 35,6 0,064 67,4 89,3 0,054
6, Эйхорния 0,51 0,0014 12,1 0,066 40,7 0,34 5,12 20,9 0,058 64,8 44,8 0,032
Эффективность очистки % 95,8 96,8 78,4 98,0 95,3 97,2 18,5 60,0 98,9
7, Валлиснерия 9,9 0,0017 18,5 0,52 54,2 0,88 5,94 27,0 0,062 65,8 45,2 0,041
Эффективность очистки % 18,9 96,1 66,9 97,6 93,9 97,0 17,2 59,6 98,6
8, Ряска 9,4 0,0018 21,0 0,23 52,8 1,22 6,19 29,4 0,052 66,9 60,7 0,034
Эффективность очистки % 23,0 95,9 62,4 97,5 93,4 97,5 15,8 45,8 98,8
сократилось на 5,5 мг/л. Эффективность очистки сточных вод от взвешенных веществ после доочистки эйхорнией составила 97,1 %. Содержание взвешенных веществ после доочистки валлиснерией сократилось на 2,7 мг/л, эффективность очистки составила 95,6 %. Содержание взвешенных веществ после доочистки ряской сократилось на 1,9 мг/л, эффективность очистки составила 95,1 % (табл. 1, рис. 1).
Сухой остаток. Содержание сухого остатка после доочистки сточных вод эйхорнией сократилось на 275 мг/л, эффективность очистки составила 61,8 %. Содержание сухого остатка после доочистки сточных вод валлиснерией сократилось на 210 мг/л, эффективность очистки — 48,2 %. Содержание сухого остатка после доочистки сточных вод ряской сократилось на 145 мг/л, эффективность очистки — 34,7% (табл. 1, рис. 1).
БПК. Содержание БПК после доочистки сточных вод эйхорнией сократилось на 2,84 мг/л, эффективность очистки сточных вод от БПК, после доочистки водными растениями эйхорния составила 98,0 %. Содержание БПК после доочистки валлиснерией сократилось на 2,02 мг/л, эффективность очистки — 97,6 %, Содержание БПК после доочистки ряской сократилось на 1, 77 мг/л, эффективность очистки — 97,5 % (табл. 2, рис. 2 ).
Фосфат-ионы. Содержание фосфат-ионов после доочистки эйхорнией сократилось на 9,69 мг/л, эффективность очистки сточных вод от содержания фосфат ионов, после доочистки водными растениями эйхорния составила 95,8 %. Содержание фосфат-ионов после доочистки валлиснерией сократилось на 0,3 мг/л, эффективность очистки — 18,9 %. Содержание фосфат-ионов после доочистки ряской сократилось на 0,8 мг/л, эффективность очистки — 23,0 % (табл. 2, рис. 2).
Азот общий. Содержание азота после доочистки сточных вод эйхорнией сократилось на 12,7 мг/л, эффективность очистки сточных вод от содержания азота составила 78,4 %, Содержание азота после доочистки сточных вод валлиснерией сократилось на 6,3 мг/л, эффективность очистки составила 66,9 %. Содержание азота после доочистки сточных вод ряской сократилось на 3,8 мг/л, эффективность очистки составила 62,4 % (табл. 2, рис. 2).
Сульфаты. Содержание сульфатов после доочистки сточных вод эйхорнией сократилось на 44,5 мг/л, эффективность очистки сточных вод от содержания сульфатов, после доочистки водными растениями эйхорния составило 60,0 %. Содержание сульфатов после доочистки сточных вод валлиснерией сократилось на 44,1 мг/л, эффективность очистки — 59,6 %.
Взвешенные вещества
Рис. 1
Грпфнк изменения химических показателей 11.1 разных стадиях очистки сточных вод < > \ < > "ОмскВодоканал"
12345678 Стади и очистки
Рис. 2
241
Содержание сульфатов после доочистки сточных вод ряской сократилось на 28,6 мг/л, эффективность очистки — 45,8 % (табл. 2, рис. 2).
Нефтепродукты.. Эффективность очистки сточных вод от нефтепродуктов, после доочистки водными растениями эйхорния —98,9%, валлиснерией — 98,6 %, ряской — 98,8 % (табл. 2, рис. 2).
ХПК. Эффективность очистки сточных вод от содержания ХПК, после доочистки водными растениями эйхорния — 95,3 %, валлиснерией —93,9 %, ряской — 93,4 % (табл. 2, рис. 2).
Фенолы.. Содержание фенолов после доочистки сточных вод эйхорнией сократилось в 1,43 раза, после доочистки валлиснерией в 1,2 раза, после доочистки ряской в 1,1 раза. Эффективность очистки сточных вод от содержания фенола после доочистки водными растениями эйхорния — 96,8 %, валлиснерией — 96,1 %, ряской — 95,9 % (табл. 2, рис. 2).
СПАВ. Эффективность очистки сточных вод от содержания СПАВ после доочистки водными растениями эйхорния — 97,2 %, валлиснерией — 97,0 %, ряской — 97,5 % (табл. 2, рис. 2).
Заключение. Таким образом, анализ полученных данных подтверждает видовые отличия растений по способности аккумулировать токсичные вещества. Наиболее интенсивной азотопоглощающей и фос-фатопоглащающей способностью среди изученных видов обладает эйхорния. Аккумуляция фенола, ХПК, СПАВ, хлоридов, сульфатов и нефтепродуктов эйхорнией, валлиснерией и ряской осуществляется с одинаковой эффективностью. Наиболее акклиматизированной к условиям Западной Сибири является
ряска малая. Она быстро размножается и не требует создания специальных условий для доочистки сточных вод. В естественных условиях для биологической доочистки сточных вод используют биологические пруды и поля орошения или поля фильтрации.
Библиографический список
1. Храмцова, Т. Г, Использование макрофитов для доочистки городских сточных вод [Текст] / Т. Г. Храмцова, Д. И. Стом, В. А. Выгода // Проблемы экологии. — 1995. — Вып. 2. — С. 260 — 262.
2. Вайсман, Я. И. Использование водных растений для доочистки сточных вод [Текст] / Я. И. Вайсман, Л. В. Рудакова, Е. В. Калинина // Экология и промышленность России. — 2006. — № 11. - С. 9-11.
3. Использование эйхорнии для очистки промстоков [Текст] / Е. П. Курцевич и [др.] // Экология и промышленность России. — 2001. — № 2. — С. 21 — 23.
4. Высшие водные растения для очистки сточных вод. [Текст] / Ю. А.Тарушкина и [др.] // Экология и промышленность России. — 2006. — № 5. — С.36 — 39.
ЧАЧИНА Светлана Борисовна, кандидат биологических наук, доцент кафедры физической химии Омского государственного технического университета.
МАМАЙ Наталья Васильевна, старший лаборант ОАО «ОмскВодоканал».
Адрес для переписки: е-таП:К8В3@уа^ех.ш
Статья поступила в редакцию 16.06.2010 г. © С. Б. Чачина, Н. В. Мамай
Книжная полка
Новгородцева, Л. В. Экологический мониторинг [Текст] : конспект лекций / Л. В. Новгородцева. -Омск : ОмГТУ, 2010. - 54 с.
Рассматриваются вопросы, связанные с составом атмосферного воздуха и проблемами, которые возникают при его загрязнении в результате хозяйственной деятельности человека. Анализируется влияние метеорологических условий на распространение загрязняющих веществ. Приведены задачи и принципы организации систем мониторинга, начиная от глобального и заканчивая локальным уровнем. Даны необходимые студентам сведения об особенностях аналитических задач при мониторинге атмосферного воздуха. Рассмотрены общие закономерности атмосферных процессов урбанизированных регионов, в частности состояние атмосферного воздуха г. Омска.
Калыгин, В. Г. Промышленная экология [Текст] : учеб. пособие для вузов / В. Г. Калыгин. - 4-е изд., перераб. - М. : Академия, 2010. - 431 с. - ISBN 978-5-7695-5189-5.
Рассмотрены вопросы экологии разных отраслей промышленности, приоритетные принципы формирования экологически безопасных и энергосберегающих технологий обезвреживания отходов (газообразных, жидких и твердых). Приведена методика анализа влияния технических параметров процессов и аппаратов (машин) на условия образования вредных выбросов в атмо-, лито- и гидросферу; обсуждаются экологические основы устойчивого функционирования промышленных и коммунально-городских объектов в чрезвычайных ситуациях и направления эволюции систем предварительной подготовки и вторичной переработки отходов.
