Томский государственный университет (г.Томск)

Вследствие значительных капитальных и эскплуатационных затрат, многочисленных климатических ограничений использования, а также – технической и технологической сложности стандартные системы очистки сточных вод постепенно теряют свою популярность. В связи с этим в последние годы активно стимулируется развитие и использование альтернативных, мелкомасштабных, экологически и экономически приемлемых технологий обезвреживания стоков. Наиболее перспективными из них можно назвать те, которые основаны на использовании естественных процессов, происходящих в ландшафтных и водных экосистемах. Новое направление экологической науки – экологическая инженерия или экотехнология – предлагает сегодня немало проектов современного решения проблемы  обезвреживавния сточных вод.  В частности,  с использованием технологии «Constructed wetlands».
    Технология «Constructed wetlands» - это метод построения искусственных болот как систем водоподготовки сточных вод, состоящих из одной или более ячеек очистки. Сущность метода заключается в создании на пути следования осветленных на этапе механической очистки стоков заболоченных участков с высшей водной растительностью. Типичные «constructed wetlands» состоят из четырех основных элементов: водоупорный слой, фильтрующий слой, болотные растения и устройства для равномерного распределения стоков по площади болота и регулирования уровня воды в нем. Очистка или доочистка сточных вод  в таких системах осуществляется благодаря естественным биохимическим процессам самоочищения. Биологическим агентами очистки выступает микрофлора, иммобилизованная на фильтрующей загрузке и корнях растений. В литературе и на практике «constructed wetlands» классифицируются на два типа в зависимости от местоположения гидравлической проектной линии, таким образом, различают системы «constructed wetlands» поверхностного (Free water surface (FWS) wetlands) и подповерхностного потока (Vegetated submerged (VSB) wetlands)[1]. Системы типа FWS внешне схожи с естественными болотами, имеют постоянный уровень стоячей воды, открытые водные пространства; в таких системах сточные воды проходят в контакте с надземной частью, укорененной на дне болота, водной растительности. Системы VBS представляют собой ложе из фильтрующей среды (щебень, гравий, песок), засаженное высшей водной растительностью. При правильном проектировании и эксплуатации сточные воды проходят такую систему ниже поверхности среды, в контакте с корнями и ризомой растений.
Роль болотной растительности – один из главных вопросов в функционировании «constructed wetlands». Предполагается, что в случае «constructed wetlands» подповерхностностного потока наибольший эффект в удалении типичных загрязнителей сточных вод (твердые взвешенные вещества и БПК) имеют ячейки «constructed wetlands», которые засажены растительностью. Хотя механизмы, с помощью которых растительные сообщества усиливают деятельность по очистке, еще не полностью определены.  В «constructed wetlands» поверхностного потока считается, что первичная роль надводных растений – эти лишь обеспечение структуры для усиления хлопьевобразования, седиментации и фильтрации взвешенных веществ.
Многие ученые ведут поиск наиболее эффективного типа «constructed wetlands». Есть мнение, что «constructed wetlands» подповерхностного пото«constructed wetlands»ка имеют наивысший уровень нитрификации, поэтому наиболее эффективны для снижения концентрации аммония, в то время как системы FWS отличаются значительным эффектом в сокращении концентрации нитратов. Возможно, благодаря изрядному воздействию солнечного света на открытые водные пространства FWS «constructed wetlands», они более эффективны в удалении E.coli[2]. Однако в последнее время научное сообщество сходиться во мнении, что лучшим вариантом является комбинация FWS и VSB  в одной системе [3].
Технология «Constructed wetlands» уже свыше 40 лет широко используется во многих странах мира, на практике подтверждая большой спектр своих преимуществ перед стандартными интенсивными системами очистки сточных вод. Анализ применений описанного метода позволит выявить следующие основные достоинства  биоинженерных систем«constructed wetlands». Прежде всего это низкие капитальные и эксплуатационные затраты (не требуется масштабного капитального строительства и покупка дорогостоящего оборудования; системы «constructed wetlands» независимы от энергии горючего топлива). Капитальные затраты на создание ячеек «constructed wetlands» от 2 до 10 раз ниже, чем те же для типовых очистных сооружений, эксплуатационные затраты ниже в 2-4 раза. В числе прочих преимуществ – отсутствие климатических ограничений использования, высокая эффективность очистки сточных вод, даже при их низкой температуре и неравномерном поступлении. Кроме того, в отличии от традиционных сооружений очистки биоинженерные системы не являются источником эмиссии парниковых газов, так как связывают углекислый газ в фитомассе.
Поисковые научно-исследовательские работы по данной тематике проводятся в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.

Литература
1.    Constructed Wetlands Treatment of Municipal Wastewaters Manual – National Risk  Management Research Laboratory; Office of Research and Development; U.S.Environmental Protection Agency. Cincinnati, Ohio 45268 EPA/625/R-99/010 September 1999
2.    Guang Jin, Tim Kelley, Mike Callahan. Removal og N, P, BOD5 fnd Coliform in Pilot-Scale Constructed Wetland Systems // International Journal of Phytoremediation. 2002. Vol. 4. No. 2. P. 127-141
3.    Noemi Ran, Moshe Agami, Gideon Oron. A pilot study of constructed wetlands using duckweed for treatment of domestic primary effluentin Israel // Water Research. 2004. No. 38. P. 2241-2248