Способ реабилитации водных объектов
Изобретение относится к способам обработки воды и может использоваться для биологической очистки поверхностных стоков и экологической реабилитации загрязнённых водных объектов. Способ включает заселение водоема организмами-биодеструкторами. В качестве механизма биодеструкции загрязнений, попадающих в водный объект вместе со сточными водами, используют водную биоту в виде растений, водорослей и живых организмов, способных к фильтрационной очистке воды от растительных и живых микроорганизмов. Для поддержания устойчивости водной биоты в водоеме используют принудительную циркуляцию воды в водоеме и обустраивают гидроботанические площадки с высшими водными растениями и биоинженерные сооружения, такие как плавающий остров, берегозащитное сооружение, подводный риф. Гидроботаническую площадку выполняют на слабопроточном участке водоема путем послойной укладки насыпного грунта, геотекстиля, гидроизоляционного слоя, суглинка, песчано-гравийной смеси с последующей посадкой высшей водной растительности. Плавающий остров выполняют в виде корзины из материала с положительной плавучестью и гигроскопичностью, засаженной высшей водной растительностью, в корнях которой селятся планктонные организмы, а также происходит нерест и нагул молоди, которые способствуют биодеструкции загрязняющих веществ в верхних слоях водоёма. Подводные рифы выполняют в виде каменных гряд, путём отсыпки на дне водоема крупных камней, в которых поселяются донные организмы-фильтраторы, способствующие очищению придонных слоев водоема. Берегозащитными сооружениями стабилизируют приурезовую зону водоема и обеспечивают противоэрозионную защиту прибрежного участка водоема для предотвращения заиления водоёма. Для водоёмов с пологими береговыми откосами до 5 м высотой и колебаниями уровня воды до 1 м, берегозащитное сооружение выполняют путем установки в углубление в грунте вдоль среднего уровня воды водоема каменно-хворостяной фашины, через которую заглублены в грунт перпендикулярно береговому откосу и под углом к береговому откосу в сторону водоема связанные между собой колья. Для водоёмов с береговыми откосами больше 5 м высотой и колебаниями уровня воды более 1 м, берегозащитное сооружение выполняют в виде габионных конструкций, смонтированных в нижней части откоса, по склону выше берегозащитных сооружений, по склону, в зоне действия паводка, высаживают растения, укрепляющие береговые откосы водоема. Изобретение обеспечивает повышение эффективности и сокращение сроков реабилитации водоемов. 7 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.
Изобретение относится к способам обработки воды и может использоваться для биологической очистки (биодеструкции) поверхностных стоков и экологической реабилитации (биоремедиации) загрязнённых водных объектов [C02F1/54, C02F3/32, C02F 3/34].
Из уровня техники известен СПОСОБ ПРИВЕДЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ОТКРЫТЫХ ВОДОЕМОВ К ЭКОЛОГИЧЕСКОМУ БАЛАНСУ [RU 2611496 C1, опубл.: 27.02.2017], представляющий собой комплексную технологию восстановления экологической системы водоема, включающую предварительную оценку экологического состояния водоема, по результатам которой на объем воды воздействуют модулированным электрическим потенциалом излучателя или излучателей, который модулируют сигналом с частотой в диапазоне от 30 Гц до 150 кГц, содержащим спектр воздействия на экологическую систему водоема амплитудой 0,5-1,7 V и продолжительностью не менее 120 минут, угнетающий формы паразитной флоры и фауны и стимулирующий развитие полезных биоценозов, спектральные характеристики сигнала, такие как форма, частота следования и амплитуда сигнала, а также геометрическая форма и материал для изготовления излучателя, определяют по результатам оценки экологического состояния водоема, излучатель электрического потенциала размещают в объеме воды на высоте подвеса, выбранной из равенства энергий у поверхности воды и дна водоема на линии подвеса, а размещение излучателей в плоскости подвеса осуществляют с учетом перекрытия их апертур, количество излучателей для каждого водоема определяют в зависимости от площади водоема, при этом одновременно с воздействием на объем воды модулированным электрическим потенциалом излучателя или излучателей осуществляют техническую и биологическую реабилитацию и реабилитацию береговой экологической системы в береговой зоне, а также дополнительно в объеме воды размещают растворяемые в воде элементы, выполняющие роль доноров недостающих химических элементов для экологического баланса данного водоема, причем при технической реабилитации в зависимости от размеров водоема, наличия гидротехнических сооружений, гидрогеологических характеристик местности определяют необходимость и осуществляют механическую очистку ложа водоема от иловых отложений, при биологической реабилитации используют технологию, основанную на восстановлении гидробионтов-фильтраторов, к которым относятся прибрежные и водные растения-макрофиты, беспозвоночные, бентос, представляющий собой сообщество донных организмов, микроогранизмы на взвешенных частицах, при реабилитации береговой экологической системы в береговой зоне восстанавливают отдельные виды зеленых насаждений и живых организмов, присущих экологической системе данного водоема, после чего через интервал времени, по меньшей мере, не менее суток, производят отбор проб воды для оценки работы и осуществляют коррекцию спектра воздействия, отбор проб воды и коррекцию проводят до достижения в водоеме экологического равновесия.
Недостатком аналога является то, что реабилитационная технология основана на использовании электрического тока, что достаточно трудоемко и трудозатратно для реализации и эксплуатации.
Также известен СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ ГОРОДСКИХ ВОДОЕМОВ [RU 2290792 C1, опубл.: 10.01.2007], путем подбора объектов, подготовки и вселения гидробионтов, при этом подбор гидробионтов ведут с учетом физиологических особенностей вида и совместимости, а подготовку - ежедневным, в течение 10-30 дней выдерживанием в растворе биологически активного препарата с концентрацией 0,1-10,0 мл/л при длительности экспозиции 30-60 мин и кормлением кормом с добавлением биологически активного препарата из расчета 1-50 мл /кг, в качестве биологически активного препарата берут минеральную воду с общей минерализацией 2-4 г/дм3 и с содержанием катионов кальция 30-150 мг/дм3, магния 390-450 мг/дм3, калия 50-70 мг/дм3, натрия 10 200-5 320 мг/дм3, железо 11-57 мг/дм3, селена <1 мг/дм3, меди 1-3 мг/дм3, анионов-сульфаты <50 мг/дм3.
Недостатком аналога является использование для реабилитации только гидробионтов, что снижает эффективность реабилитации.
Известен СПОСОБ ДООЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД В БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРУДАХ [SU 1198021, опубл.: 15.12.1985], включающий контакт с высшей водной растительностью в проточных условиях, отличающийся тем, что с целью достижения круглогодичного требуемого качества воды за счет стабилизации процесса по сезонам года и сокращения длительности процесса и занимаемых площадей, в качестве высшей водной растительности используют тростник обыкновенный, который высаживают на затопленных поперечных дамбах и дополнительно на междамбовых участках высаживают макроводоросли – Chara vulgariz Z.
Недостатком аналога является его высокая трудоемкость и трудозатраты, обусловленные необходимостью сооружения искусственных прудов и изъятия из оборота больших площадей земельных угодий.
Наиболее близкой по технической сущности является СИСТЕМА ОЧИСТКИ ВОДЫ [US6318292 (B1), опубл.: 20.11.2001], содержащая водоем, включающий в себя средство для циркуляции воды из нижнего уровня нижней поверхности к более высокому уровню его и содержащее насосные средства в комбинации с, по меньшей мере, одним трубопроводом для обеспечения указанной циркуляции воды путем забора воды с указанного более низкого уровня и выпуска воды на указанный более высокий уровень, биологические группы, которые образуют пищевую цепочку в основной области водоема и около дна и верхнего уровня водоема, слой песка, предусмотренный на поверхности дна, причем указанный слой песка легко взбалтывается при плавании рыб, которые являются частью указанной пищевой цепи.
Основной технической проблемой прототипа является неадекватное использование биологической системы водоема, обусловленное созданием микромира только для биологических групп, преимущественно рыб, образующих пищевую цепочку в основной области водоема и около дна и вершине водоема.
Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.
Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности и сокращении сроков реабилитации водоемов.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ реабилитации водных объектов, характеризующийся заселением водоема организмами-биодеструкторами, отличающийся тем, что в качестве механизма биодеструкции загрязнений, попадающих в водный объект вместе со сточными водами, используют водную биоту в виде растений, водорослей и живых организмов, способных к фильтрационной очистке воды от растительных и живых микроорганизмов, при этом для поддержания устойчивости водной биоты в водоеме используют принудительную циркуляцию воды в водоеме и обустраивают гидроботанические площадки с высшими водными растениями и биоинженерные сооружения, такие как плавающий остров, берегозащитное сооружение, подводный риф, при этом гидроботаническую площадку выполняют на слабопроточном участке водоема путем послойной укладки насыпного грунта, геотекстиля, гидроизоляционного слоя, суглинка, песчано-гравийной смеси с последующей посадкой высшей водной растительности, плавающий остров выполняют в виде корзины из материала с положительной плавучестью и гигроскопичностью, засаженной высшей водной растительностью, в корнях которой селятся планктонные организмы, а также происходит нерест и нагул молоди, которые способствуют биодеструкции загрязняющих веществ в верхних слоях водоёма, подводные рифы выполняют в виде каменных гряд путём отсыпки на дне водоема крупных камней, в которых поселяются донные организмы-фильтраторы, способствующие очищению придонных слоев водоема, а берегозащитными сооружениями стабилизируют приурезовую зону водоема и обеспечивают противоэрозионную защиту прибрежного участка водоема для предотвращения заиления водоёма, при этом для водоёмов с пологими береговыми откосами до 5 м высотой и колебаниями уровня воды до 1 м берегозащитное сооружение выполняют путем установки в углубление в грунте вдоль среднего уровня воды водоема каменно-хворостяной фашины, через которую заглублены в грунт перпендикулярно береговому откосу и под углом к береговому откосу в сторону водоема связанные между собой колья, а для водоёмов с береговыми откосами больше 5 м высотой и колебаниями уровня воды более 1 м берегозащитное сооружение выполняют в виде габионных конструкций, смонтированных в нижней части откоса, по склону выше берегозащитных сооружений по склону, в зоне действия паводка, высаживают растения, укрепляющие береговые откосы водоема.
В частности, в качестве водорослей в водной биоте используют хлореллу, сине-зелёные, харовые, кладофору, которые обладают высокой способностью минерализовать органическое вещество в воде.
В частности, на дне сформированной гидроботанической площадки укладывают природные минеральные сорбенты, выполненные в виде шунгита, цеолита.
В частности, глубину воды на гидроботанической площадке задают не менее 50 см.
В частности, размеры плавающего острова задают от 10 до 20 % от площади водоёма.
В частности, размеры подводного рифа задают равным от 2 до 3 % от площади водоема.
В частности, в качестве растений, укрепляющих береговые откосы водоёма используют ивовые кустарники, барбарис Тунберга, снежноягодник, можжевельник казацкий, ракитник русский, почвопокровные травянистые растения.
В частности, в качестве биодеструкторов используют местные виды пресноводных рыб.
Краткое описание чертежей.
На фиг.1 показан поперечный разрез гидроботанической площадки с высшей водной растительностью.
На фиг.2 схематично показано обустройство плавающих островов.
На фиг.3 схематично показано обустройство подводных рифов.
На фиг.4-5 схематично показано обустройство биоинженерных защитных полос.
На фигурах обозначено: 1 – насыпной грунт, 2 – геотекстиль, 3 – гидроизоляционный слой, 4 – суглинок, 5 – песчано-гравийная смесь, 6 – высшая водная растительность, 7 – дно водоема, 8 – плавающие острова, 9 – соединители, 10 – ризосфера, 11 – подводные рифы, 12 – колья, 13 – бетонная заливка, 14 – каменная наброска, 15 – растения, 16 – габионные сооружения.
Осуществление изобретения.
Экобиоинженерные технологии можно с уверенностью отнести к научно-прикладному разделу «Экобионика», которое сравнительно недавно сформировалось в рамках науки «Бионика». Термин «Экобионика» был предложен российским учёным Ю.Т. Кагановым: «экобионика – новое направление современной техники, связанное с использованием фундаментальных закономерностей функционирования биологических систем для разработки новых технических решений».
Основным направлением экобионики является разработка и внедрение таких биотехнологических мероприятий по защите окружающей природной среды, которые не нарушают естественных природных процессов, а приводят к восстановлению биоразнообразия деградированных ландшафтов на локальном уровне и создают более комфортные условия проживания для человека. Основная цель экобионики — восстановление деградированных природных экосистем и поддержание их устойчивости, используя природный механизм самоочищения.
Предлагаемый биоинженерный способ очистки водных объектов основан на использовании природной гидроэкосистемы. С этой целью в качестве механизма биодеструкции загрязнений, попадающих в водный объект вместе со сточными водами, используют водную биоту (растения и живые организмы), которую специальным образом формируют в природном загрязнённом или создаваемом искусственном водоёме для биоремедиации и биодеструкции водного объекта.
Биоинженерная технология биоремедиации водного объекта заключается в использовании способности живых организмов-фильтраторов и растений, составляющих основу гидроэкосистемы, осуществлять биодеструкцию загрязнений (поллютантов).
Биодеструкция – процесс, осуществляемый живыми организмами и растениями гидроэкосистемы, связанный с разложением (деструкцией) органических веществ, попадающих в водный объект.
Биоремедиация – это использование живых организмов и растений для экологической реабилитации (восстановления/очистки) загрязненного водного объекта.
Полная биодеструкция загрязнений в водном объекте представляет собой сложный многоступенчатый процесс, в котором принимают участие различные элементы гидроэкосистемы и специально разработанные биоинженерные технологические блоки.
Для экологической реабилитации водных объектов и создания благоприятной гидроэкосистемы рассматривают следующие элементы:
устройство гидроботанических площадок с высшими водными растениями;
заселение водного объекта водной биотой, в которой используют такие биотические организмы-деструкторы, как водоросли (альгофлора), живые организмы (простейшие, беспозвоночные организмы, моллюски, ихтиофауна);
внедрение биоинженерных технологических блоков (плавающий остров, берегозащитное сооружение, подводные рифы, аэрация).
Гидроботаническая площадка (см.Фиг.1) представляет собой один или несколько малых слабопроточных водоемов или слаботочный участок водоема, заросших высшей водной растительностью, а также содержащих природные сорбенты (шунгит, цеолит и др.), которые уложены на дне площадки или оформлены в виде кассет, фильтрующих траншей, камер или мат-бонов. В отличие от локальных очистных сооружений, на гидроботанических площадках создают условия для естественных биохимических процессов и деструкции загрязняющих веществ, что связано с функционированием высших водных растений.
Сточная вода, прошедшая очистку в прудах с гидроботаническими площадками, освобождается от значительного количества загрязняющих веществ - взвесей, нефтепродуктов, тяжелых металлов. Время очистки сточной воды на гидроботанических площадках превышает время очистки на локальных очистных сооружениях не менее чем в 6 раз. Увеличение продолжительности очистки в естественных условиях положительно воздействует на глубину очистки.
Гидроботаническую площадку выполняют размерами, зависящими от размеров водоёма, и принимают такими, чтобы попадающая в них вода находилась в течение времени, необходимом для очищения стоков по биохимическому потреблению кислорода, взвешенным веществам и нефтепродуктам, как правило, не менее 2-3 суток.
На гидроботанической площадке высаживают высшие водные растения. К высшим водным растениям, обладающим в той или иной степени способностями перерабатывать загрязняющие вещества, относят тростник, рогоз, камыш, элодею, эйхорнию, ряску, аир, ирис, кувшинку, кубышку, манник, осоку, роголистник, телорез, стрелолист, водокрас, белокрыльник болотный, сусак зонтичный, рдест, водяную мяту, частуху, щитолистник, вахту трёхлистную, горец земноводный. Все эти растения могут переживать значительные колебания водного уровня и участвуют в процессах биологического очищения.
Роль высшей водной растительности и макроводорослей, используемых в прудах доочистки, заключается в задержании минеральной и органической взвеси, а также концентрировании на своей поверхности бактерий, микроводорослей и простейших, являющихся основными агентами очистки от загрязнений. В период вегетационного роста растение интенсивно поглощает азот- и фосфорсодержащие вещества, обогащает биологически активными веществами стоки и обуславливает глубокое обеззараживание сточных вод.
Для очистки поверхностных вод используют преимущественно используют высшую водную растительность, плотностью посадки от 4 до 10 м.кв. (см.Таблицу).
Таблица - Посадочная ведомость растений
| № п/п |
Название растений | Плотность посадки, шт./м2 |
| 1 | Рогоз узколистный | 4 |
| 2 | Камыш озерный | 5 |
| 3 | Элодея канадская | 10 |
Высшую водную растительность 6 высаживают на специально подготовленное ложе. Для этого насыпной грунт утрамбовывают 1 (см.Фиг.1) и выстилают геотекстилем 2 и гидроизоляционным слоем 3. Далее, поверх гидроизоляционного слоя 3 отсыпают слой суглинка 4 толщиной 20 см, поверх которого укладывают речную мытую песчано-гравийную смесь 5 толщиной слоя 20 см. Глубину воды на гидроботанической площадке задают не менее 50 см.
Выравнивающий слой песчано-гравийной смеси 5 предотвращает взмучивание суглинка 4 и его природное речное происхождение создаёт благоприятные условия для жизнедеятельности фито- и зоопланктона.
Поверхностные стоки благодаря высшей водной растительности 6 обогащаются кислородом, в них происходит процесс окисления. При прохождении поверхностных стоков через тростник и рогоз гидрохимические и бактериологические показатели снижаются практически до значений, требуемых для рыбохозяйственных водоёмов второй категории.
Наиболее интенсивную очистку стоков производят в вегетационный период высшей водной растительности 6, который продолжается с мая по октябрь. В это время очистку от загрязнений осуществляют как стеблями растений, так и ризосферой 10 (корневой системой). В этот период очистку стоков осуществляют за 1,5 суток. В зимний период очистку осуществляют только ризосферой, поэтому процесс очистки стоков занимает 2-3 суток.
Гидробиологическая цель заселения водного объекта водной биотой - заселение зоопланктонными организмами и другими беспозвоночными, способными к максимально эффективной фильтрационной очистке воды от растительных и животных микроорганизмов, к которым относятся бактерии, инфузории, биодетрит, одноклеточные водоросли, сине-зеленые водоросли.
Водоросли и микроводоросли играют особо важную роль в биологической очистке вод. С учетом экономической эффективности наиболее перспективным является использование водорослей для очистки сточных вод предприятий пищевой промышленности, рыбоводных хозяйств, животноводческих ферм, птицефабрик, боен. Они как фототрофные организмы обогащают водную среду кислородом, способствуя тем самым ускорению окислительных процессов и минерализации органических примесей в сточных водах. Сине-зеленые водоросли способны гидролизовать ациланилидный гербицид пропанил, превращая его в 3,4-дихлоранилин, быстрее разрушаемый бактериями. Некоторые цианопрокариоты разлагают фенилкарбаматные гербициды - профам и хлоропрофам - на анилин и хлорпроизводные вещества. Положительную роль сине-зеленых микроводорослей обуславливает суммарное действие нескольких существенных факторов: улучшение кислородного режима за счет фотосинтетической аэрации, улучшение условий существования водной микрофлоры, аккумуляция загрязнителей и выделение биологически активных метаболитов. Культивирование водорослей на сточных водах, с одной стороны, позволяет осуществлять биологическую очистку воды, с другой стороны -получать дешевую биомассу, богатую белками, витаминами и пр. В водном объекте в качестве водорослей используют хлореллу, сине-зелёные, харовые, кладофору (нитчатку), которые обладают высокой способностью минерализовать органическое вещество в воде.
Водоросли выполняют несколько функций, позволяющих значительно улучшать качество воды в водоёме:
кладофора обладает большой поглотительной способностью и может усвоить из воды аммонийный азот, фосфор, магний, калий, серу, кобальт, цинк, кадмий, свинец и другие тяжелые металлы, закрывает воду от солнца, уменьшая её цветение, обладает бактерицидными свойствами;
хлорелла насыщает воду кислородом в процессе фотосинтеза и очищает её;
харовые водоросли обладают высокой способностью минерализовать органическое вещество в воде;
биомассу водорослей можно использовать на корм животным, а также для промышленной переработки для целей получения каротина, хлорофилла и других ценных веществ.
Зоопланктон и бентос – важные компоненты биоты любого водоема, активно участвующие в процессах его самоочищения.
Зоопланктон - совокупность животных, населяющих толщу воды и пассивно переносимых течением. Бентос - совокупность организмов, обитающих в грунте.
Многие из них относятся к организмам-фильтраторам, за короткий период профильтровывающим всю водную толщу водоема и очищающим её от избыточных количеств микроводорослей фитопланктона, цианобактерий (в том числе выделяющих токсичные вещества), болезнетворных бактерий и различных взвесей, снижающих качество воды. Биотурбация (перемешивание) донных отложений донными беспозвоночными способствует их аэрации и улучшению качества воды в водоеме за счет снижения выделения биогенных веществ из донных отложений (внутренней биогенной нагрузки). Чем большее число видов планктонных и донных животных обитают в водоеме, тем лучше в нем качество воды и выше его способность к самоочищению. Напротив, обеднение видового состава зоопланктона и зообентоса водоема свидетельствует о снижении качества воды и интенсивности процесса самоочищения.
Планктонные ракообразные очищают воду от минеральной взвеси, способствуют ее прозрачности, участвуют в обогащении атмосферы кислородом и поглощении из нее углекислого газа, повышают эффективность растительного планктона.
Для обеспечения водной биоты выполнять свою функцию в верхних слоях водоёма используют биоинженерные технологические блоки, такие как, плавающий остров 8 (см.Фиг.2), в нижних слоях - подводные рифы 11 (см.Фиг.3), а в прибрежной зоне водоёма - биоинженерные береговые сооружения (см.Фиг.4-5).
Плавающий остров 8 выполняют в виде основы, выполненной, например, в виде одной или ряда корзин из материала, обладающего положительной плавучестью и гигроскопичностью, и соединенных между собой соединителями 9. Упомянутую основу плавающего острова 8 спускают на воду и засаживают высшей водной растительностью, в корнях которой селятся планктонные организмы, а также происходит нерест и нагул молоди, которые способствуют биодеструкции загрязняющих веществ в верхних слоях водоёма (см.Фиг.2).
Размеры плавающего острова 8 или нескольких плавающих островов 8 принимают 10-20% от площади водоёма.
Среди организмов, населяющих корни растений плавающих островов 8 наибольшими фильтрационными способностями для решения поставленной задачи обладают ветвистоусые (Cladocera) и веслоногие (Copepoda) ракообразные. Из всех вышеперечисленных беспозвоночных наибольшим фильтрационным КПД обладают ветвистоусые ракообразные – Дафнии (Daphnia). Рацион питания их состоит из бактерий, инфузорий, одноклеточных водорослей, детрита и взвешенных органических останков. Путем фильтрации (со скоростью около 1-10 мл/сут) при оптимальных внешних условиях Daphnia magna съедает в сутки до 600% от веса собственного тела.
Циклопы (Cyclops sp.). В европейской части России обитает около 125 видов. Максимальный размер циклопа 4-5,5 мм, обычно 1-4 мм. Рацион питания: простейшие, коловратки, зеленые одноклеточные и нитчатые водоросли, возможно сине-зеленые водоросли, бактерии, инфузории; потребность пищи в сутки около 50% массы тела; активны в весенне-осенний периоды; при температуре воды 20-25°С общая продолжительность развития от яйца до периода размножения 14 дней; оптимальная плотность посадки 20 г/м3; дает за сезон приплод 320 г/м3.
За необходимую минимальную плотность заселения толщи воды принимается показатель плотности посадки 10-20 г/м3. Данная плотность заселения позволяет выйти на оптимальную плотность биомассы рачков-фильтраторов в течение 1-2 месяцев вегетационного периода за счет их естественного приплода.
Для улучшения качества воды в водоём заселяют моллюсков, которые эффективно улавливают водоросли, бактерии и детрит, ассимилируют и накапливают в своём теле биогенные элементы и некоторые специфические виды загрязнений (пестициды, цветные металлы и пр.). В качестве моллюсков используют, как правило, перловицу, катушку, прудовик. Заселение конкретного водоёма моллюсками производят по рекомендациям гидробиологов с учётом гидроморфологических и гидрохимических условий водоёма.
В качестве биодеструкторов используют также некоторые виды рыб-мелиораторов, которые поедают мелкие виды зоопланктона (коловраток, науплий, мелких рачков), питаются донным детритом и микроскопическими водорослями – фитопланктоном, массовое размножение которых приводит к «цветению» воды и заморам рыб. Для формирования экосистемы используют, преимущественно, местные виды пресноводных рыб: сазан, серебряный карась, речной окунь, краснопёрка, белый амур, толстолобик, верховка, линь и т.д.
Плотность зарыбления рассчитывают для каждого конкретного водоёма с учётом рекомендаций специально разрабатываемого рыбоводно-биологического обоснования.
На дне водоёма формируют подводные рифы 11 (см.Фиг.3), выполненные в виде каменных гряд путём отсыпки на дне водоема крупных камней. Количество формируемых подводных рифов 11 зависит от площади водоёма. Размер подводного рифа 11 принимают равным 2-3 % от площади водоема, так как создание такого рифа 11 размером 18-22 м2 обеспечивает очистку от детрита моллюсками площади дна вокруг упомянутого 11 рифа порядка 800 м2.
Береговые откосы водоёма засаживают специально подобранными зелёными насаждениями, называемыми биоинженерными защитными полосами (см. Фиг.4), которые представляют собой биоинженерное берегозащитное сооружение, решающее такие задачи как, стабилизация приурезовой зоны водоема, сохранение естественного гидрогеологического режима в системе «водоем-берег», противоэрозионная защита прибрежной зоны водоема для предотвращения заиления водоёма, защита от создаваемой отдыхающими антропогенной нагрузки прибрежной зоны рекреационного водоема, использование принципов ландшафтного дизайна для усиления экологической составляющей.
В одном из вариантов реализации для водоёмов с невысокими и достаточно пологими береговыми откосами до 5 м высотой и небольшими колебаниями уровня воды до 1 м берегозащитное сооружение выполняют путем установки в углубление в грунте вдоль среднего уровня воды водоема каменно-хворостяной фашины, через которую заглублены в грунт перпендикулярно береговому откосу и под углом к береговому откосу в сторону водоема связанные между собой колья 12.
Каменно-хворостяная фашина отсыпана грунтом 13. Вниз от каменно-хворостяной фашины на подводном откосе водоема ниже среднего уровня воды выполнена каменная наброска 14. Вверх от каменно-хворостяной фашины на береговом откосе водоема выше среднего уровня воды высажены растения 15, укрепляющие береговые откосы водоема. К растениям, укрепляющим береговых откосы водоёма относятся ивовые кустарники разных видов (Salicaceae), барбарис Тунберга (Berberis thunbergii), снежноягодник (Symphoricаrpos), можжевельник казацкий (Juniperus sabina), ракитник русский (Cytisus ruthenicus), почвопокровные травянистые растения: горец птичий (Polýgonum aviculáre), (живучки (Ajuga), полынь (Artemisia), арабисы (Arabis), чабрец (Thymus), чистец византийский (Stachys byzantina), энотера (Oenothera), тысячелистник (Achillea), очитки (Sedum).
В другом варианте реализации для водоёмов и рек с высокими береговыми откосами больше 5 м высотой и большими колебаниями уровня воды в период паводка для защиты берегового откоса в зоне переменного уровня используют берегозащитное сооружение представляющее габионные конструкции 16 типа матрасов Рено или бетонные плиты, смонтированные в нижней части откоса, которые надёжно защищают берег от волновых и ледовых нагрузок. Выше по склону, в зоне действия паводка, высаживают растения 15, укрепляющие береговые откосы водоема, которые наиболее устойчивы к условиям временного затопления.
В качестве обеспечивающего для существования гидроботанических площадок и водной биоты элемента используют циркуляцию воды. Циркуляция воды – это создание непрерывного движения воды в водоеме: поступающая в водоём, вода в процессе циркуляции насыщается кислородом и, опускаясь в придонные слои водоёма, способствует насыщению их кислородом. В этот момент происходят и другие обменные процессы: жидкость избавляется от метана и сероводорода, отдавая вредные соединения окружающему воздуху. Для обеспечения процесса циркуляции рядом с водоёмом (или в самом водоёме) устанавливают насосную станцию, для формирования циркуляции воды в водоёме с целью обеспечения жизнедеятельности биоты гидроэкосистемы, при этом забор воды осуществляют в придонных слоях водного объекта, а подачу воды – в верхних слоях водного объекта, проложенному по трубопроводу от насосной станции. Производительность насосной станции рассчитывают таким образом, чтобы за весенне-осенний (безлёдный) период вода в водоёме обновилась не менее 4-6 раз.
Технический результат изобретения - повышение эффективности и сокращение сроков реабилитации водоемов достигается путем применения комплексного подхода к реабилитации водоема с использованием природной гидроэкосистемы, где в качестве механизма биодеструкции загрязнений, попадающих в водный объект вместе со сточными водами, используют водную биоту (растения и живые организмы), которую специальным образом формируют в природном загрязнённом или создаваемом искусственном водоёме для биоремедиации и биодеструкции водного объекта, а для экологической реабилитации водных объектов и создания благоприятной гидроэкосистемы обустраивают гидроботанические площадки с высшими водными растениями, биоинженерные сооружения в виде плавающего острова 8, подводные рифы 11 и берегозащитные сооружения и осуществляют принудительную аэрацию.
Элементы комплексной биоинженерной системы выполняют следующие защитные функции:
гидроботаническая площадка – применяется для очистки поверхностных стоков, попадающих в водоём, с помощью высших водных растений-макрофитов;
Заселение гидробионтов – водных и околоводных растений, организмов-фильтраторов, моллюсков, ихтиофауны – способствует созданию гидроэкосистемы водоёма, организмы которой фильтруют воду, очищая её от загрязняющих веществ;
плавающий остров 8, засаженный водными растениями – используется дополнительно для улучшения качества поверхностных слоёв воды с помощью организмов-фильтраторов, живущих в корнях растений;
подводные рифы 11 – организованные на дне водоёма каменные насыпи из крупных валунов, заселяемые донными организмами, которые очищают донные отложения от загрязнений;
посадка на береговых откосах специально подобранных растений 15 в виде биоинженерных сооружений (защитных полос), которые укрепляют и защищают берег от процессов эрозии и защищают водные источники от заиления и загрязнения.
Циркуляция воды – с помощью насосной станции создание движения воды служит для постоянного обогащения толщи водоёма кислородом для обеспечения жизнедеятельности биоты.
В созданной таким образом гидроэкосистеме формируются механизмы самоочищения, способствующие улучшению качества воды. Процессы самоочищения в водоёме происходят при непосредственном участии гидробионтов: растений-макрофитов, фито- и зоопланктона, моллюсков, ихтиофауны.
Таким образом, в предлагаемом способе реабилитации загрязнённых водоёмов восстанавливаются процессы самоочищения воды от органических веществ, минеральных солей и патогенных микроорганизмов благодаря адаптированному комплексу высшей водной растительности, микроводорослей, зоопланктону, а также рыбе. Кроме того, защитные биоинженерные сооружения на берегу устраняют загрязнения, поступающие из береговой зоны с поверхностным стоком.
1. Способ реабилитации водных объектов, характеризующийся заселением водоема организмами-биодеструкторами, отличающийся тем, что в качестве механизма биодеструкции загрязнений, попадающих в водный объект вместе со сточными водами, используют водную биоту в виде растений, водорослей и живых организмов, способными к фильтрационной очистке воды от растительных и живых микроорганизмов, при этом для поддержания устойчивости водной биоты в водоеме используют принудительную циркуляцию воды в водоеме и обустраивают гидроботанические площадки с высшими водными растениями и биоинженерные сооружения, такие как плавающий остров, берегозащитное сооружение, подводный риф, при этом гидроботаническую площадку выполняют на слабопроточном участке водоема, путем послойной укладки насыпного грунта, геотекстиля, гидроизоляционного слоя, суглинка, песчано-гравийной смеси с последующей посадкой высшей водной растительности, плавающий остров выполняют в виде корзины из материала с положительной плавучестью и гигроскопичностью, засаженной высшей водной растительностью, в корнях которой селятся планктонные организмы, а также происходит нерест и нагул молоди, которые способствуют биодеструкции загрязняющих веществ в верхних слоях водоёма, подводные рифы выполняют в виде каменных гряд путём отсыпки на дне водоема крупных камней, в которых поселяются донные организмы-фильтраторы, способствующие очищению придонных слоёв водоёма, а берегозащитными сооружениями стабилизируют приурезовую зону водоема и обеспечивают противоэрозионную защиту прибрежного участка водоема для предотвращения заиления водоёма, при этом для водоёмов с пологими береговыми откосами до 5 м высотой и колебаниями уровня воды до 1 м берегозащитное сооружение выполняют путем установки в углубление в грунте вдоль среднего уровня воды водоема каменно-хворостяной фашины, через которую заглублены в грунт перпендикулярно береговому откосу и под углом к береговому откосу в сторону водоема связанные между собой колья, а для водоёмов с береговыми откосами больше 5 м высотой и колебаниями уровня воды более 1 м берегозащитное сооружение выполняют в виде габионных конструкций, смонтированных в нижней части откоса, по склону выше берегозащитных сооружений по склону, в зоне действия паводка, высаживают растения, укрепляющие береговые откосы водоема.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве водорослей в водной биоте используют хлореллу, сине-зелёные, харовые, кладофору, которые обладают высокой способностью минерализовать органическое вещество в воде.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на дне сформированной гидроботанической площадки укладывают природные минеральные сорбенты, выполненные в виде шунгита, цеолита.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что глубину воды на гидроботанической площадке задают не менее 50 см.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что размеры плавающего острова задают от 10 до 20% от площади водоёма.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что размеры подводного рифа задают равными от 2 до 3% от площади водоема.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растений, укрепляющих береговые откосы водоёма, используют ивовые кустарники, барбарис Тунберга, снежноягодник, можжевельник казацкий, ракитник русский, почвопокровные травянистые растения.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве биодеструкторов используют местные виды пресноводных рыб.
