Чисто, как... в болоте
— Сегодня в России одна из самых больших экологических проблем — это сточные воды. Вы видели когда-нибудь очистные сооружения? Поверьте, традиционные технологии очистки воды так далеки от экологичности, что даже говорить о них не хочется. А ведь наша задача — помочь природе, не навредив ей, — говорит мне Сергей Семенов, завлабораторией экологической инженерии и биотехнологии НИИ ББ. Много лет под его руководством ученые ТГУ и НИИ биологии и биофизики работают над созданием биотехнологий обезвреживания сточных вод.
— «Зеленой» очисткой мы занимаемся с 1986 года, — рассказывает Сергей Юрьевич. — Начинали с активного ила — это микроорганизмы, которые питаются веществами, содержащимися в загрязненной воде. У нас было несколько инноваций в этой области, которые мы опробовали на предприятиях региона. Мы и сейчас продолжаем заниматься этой тематикой, но сегодня на первый план вышел другой проект — внедрение нового для нашей страны способа очистки сточных вод в системах constructed wetlands — «конструированных болот». Этот проект выполняется совместными усилиями кафедры БИ и лаборатории экологической инженерии и биотехнологии НИИ ББ.
Один из традиционных способов очистки воды — пропускание через фильтры. Фильтр представляется нам обычно как вертикальный «стакан», наполненный щебнем. Сточная вода, населенная микроорганизмами и «засоренная» азотом, фосфором проходит через фильтр: микроорганизмы обволакивают зернышки щебня, образуя биопленку и поедая растворенные вещества. Таким образом вода очищается от примесей.
— Какого размера нам нужен «стакан»? — спрашивает меня Сергей Юрьевич. И тут же сам отвечает:
— Два-три метра щебня не дадут полноценного очищения, нужно метров сто: больше щебенки —больше микроорганизмов, они больше «едят» — вода становится чище. Но такие высокие конструкции создать сложно: из-за большого давления щебень спрессуется плотно, вода не пройдет через него. Поэтому еще полвека назад европейцы запатентовали другой способ очищения: вместо вертикального фильтра сделали горизонтальный. Насыпали слой щебенки примерно 30 сантиметров на небольшом уклоне. Вода естественным путем течет через этот фильтр. В щебенку высаживают традиционные болотные растения — камыш, тростник и другие. Они обеспечивают дополнительные «плюсы»: зеленая часть выделяет в окружающую среду кислород, а корневая система — органические соединения, необходимые микроорганизмам для очистки сточных вод от нитратов. Вот принцип работы очищающих болот. Идею, кстати, подсмотрели у древних китайцев.
На Западе таких болот множество: их строят и при частных коттеджах, и при гостиницах, маленьких сельскохозяйственных предприятиях. Но климат там гораздо теплее нашего — вода в этих очистных сооружениях практически не замерзает. А в условиях Сибири, когда зима длится восемь месяцев, метод не годится. Так все и думали, кроме томичей. Однажды нынешний руководитель областного департамента природных ресурсов и охраны окружающей среды Александр Адам предложил ученым НИИ ББ придумать, как можно и в наших погодных условиях использовать такой дешевый, эффективный и красивый способ очистки.
Никаких особенных ноу-хау изобретать не пришлось: ученые подсмотрели идею у самой природы — у бобров, которые таким образом строят жилье. Болото закрывают «ледяной крышей»: уровень воды в болоте искусственно повышают, верхний слой на морозе застывает, потом воду спускают — и «крыша» повисает на опорах. Сверху падает снег, еще надежнее укутывая фильтрующую часть болота от окружающего морозного воздуха. Процессы окисления, происходящие при очищении воды микроорганизмами, дают немного тепла, небольшие лунки, проделанные в «крыше», обеспечивают кислородом. Система продолжает работать!
— Мы построили уже немало экспериментальных объектов: Колпашево, Тогур, Кожевниково, Молчаново, Белый Яр, Самусь, Корнилово… Вскоре, я думаю, можно будет говорить, что в нашем регионе мы решили одну из самых насущных проблем современной экологии — загрязнение природы сточными водами, — убежден Семенов.
Главный и единственный недостаток технологии — для болот требуется значительная территория: около десяти квадратных метров на одного человека. Только такие параметры дают нужный эффект очищения. Так что для большого города эта система нерентабельна: ее будет непросто расположить, огородить, да и обслуживание большого болота обойдется дорого. Сооружения, которые предлагают строить ученые-биологи, рассчитаны на водосток до десяти тысяч кубометров в сутки. Для сравнения в Томске ежесуточный сток составляет примерно 250 тысяч кубометров.
— Любая технология хороша на своем месте. Для больших объемов нужно использовать компактные средства интенсивной очистки, — рассказывает Сергей Юрьевич. — Но для небольших поселков это очень выгодный и экономичный вариант. К тому же, этот способ очистки сточных вод экономит электричество и не требует высококвалифицированного персонала для обслуживания. А красота какая! Огромная лужайка, растения колышутся под ветром, птички поют, лягушки квакают, утки выводят птенцов, поселяются бобры и ондатры-любители чистоты… В Европе люди нередко устраивают такие болотца прямо у себя на заднем дворе: и стоки очищаются, и все-таки уголок природы! Его украшают красивыми камнями, садовой скульптурой. Да и посадить там можно не только простой камыш, но и какие-нибудь красивые, экзотические растения, например, водный гиацинт.
Эйхорния, или водный гиацинт, отлично растет и в сибирских водоемах. Растение улучшает качество воды, питаясь микроэлементами, загрязняющими среду. Чем больше азота, фосфора, калия и других веществ в воде, тем больше в ней пищи для эйхорнии и тем пышнее она разрастается, образуя на поверхности роскошные заросли. Весной растение высаживают в озеро или пруд, а осенью, собрав зеленый ковер, можно быть уверенным — вода стала чище.
— Два-три года, и эйхорнии уже нечего «есть» в этом водоеме. То есть все — вода чистая. Причем, гиацинт «поедает» не только растворенные вещества, но и взвесь: таким образом уменьшаются иловые отложения, остается чистое песчаное или глинистое дно, — рассказывает Сергей Семенов. — Кстати, собранный гиацинт — отличная кормовая добавка для скота. В Кисловке как-то поставили эксперимент: оказалось, 10-15% этой добавки в рацион значительно улучшают усвоение кормов, а судя по аппетиту хрюшек, эйхорния для них еще и вкусна. Польза от нее, получается, двойная!
И можно было бы использовать растение для очищения водоемов повсеместно, да вот беда: чтобы получить рассаду, растения нужно размножать. Но как? Водный гиацинт у нас в природе не цветет, и до недавнего времени не было разработано ни одного способа управляемого цветения. То есть ученые и практики никак не могли заставить амазонскую жительницу эйхорнию зацвести вне привычных ей условий. Как добиться «потомства»?
— Мы начали разрабатывать технологию производства всхожих семян, — рассказывает Сергей Юрьевич. — Вскоре выяснили, что никакие описанные в литературе варианты, такие как влияние соотношения дня и ночи, стресс-факторы, азотно-углеродное питание и так далее не подходят для водного гиацинта. Не цветет — и все тут. Тогда мы решили подробнее изучить естественную среду растения — в каких условиях оно зацветает в Южной Америке. И убедились, что вызвать цветение можно, определенным образом чередуя периоды света и тени.
Этой весной Сергей Семенов и его коллеги официально запатентовали свое небольшое открытие в области физиологии растений. Теперь свет в лаборатории Семенова включается и гаснет по таймеру, а прекрасные голубые цветы поднимают настроение сотрудников. Однако работа по искусственному разведению эйхорнии только начата: теперь нужно научиться проращивать семенной материал. И Сергей Юрьевич уверен, что томичам эта задача вполне по силам.