УДК 628.357.4

Механизмы фиторемедиации для очистки сточных вод

Поскальнюк Ксения Андреевна – магистрант факультета инженерной экологии и городского хозяйства Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета.

Аннотация: В статье раскрывается понятие фитотехнологий как метода очистки окружающей среды от разных видов загрязнений с помощью высших растений, а также рассмотрены технологии фиторемедиации, направленные на очищение водных объектов, сточных поверхностных, производственных и бытовых вод. Среди главных преимуществ данного способа выделается экологичность, низкая стоимость капитального строительства и эксплуатации таких систем.

Ключевые слова: высшие растения, окружающая среда, фитотехнологии, фиторемедиация, очистка сточных вод, поверхностный сток.

Понятие фитотехнологий представляет собой научное и инженерное направление для определения и решения экологических проблем с применением растений и их средоулучшающих функций. Ключевой концепцией методов фитотехнологий является использование растений как живой технологии, направленной на решение проблем, модернизацию с экологической стороны существующих методов решений и предупреждение новых прогнозируемых проблем. Фиторемедиация, в свою очередь, является ответвлением фитотехнологий и используется для описания процессов поглощения, преобразования и высвобождение загрязняющих веществ высшими растениями из одной среды в другую.

Фитотехнологии, а именно фиторемедиация, по большей части применима для поддержания экологически чистого состояния и восстановления окружающей среды. Такие методы используются для охраны и очистки атмосферного воздуха, почв, антропогенно загрязненной воды и водных объектов различного назначения, в том числе и природоохранных зон. Технология фиторемедиации основана на том, что многие виды растений и связанные с ними микроорганизмы имеют способность накапливать различные виды загрязнений. Данные технологии используются для снижения концентрации или токсического воздействия загрязняющих веществ в окружающей среде. Фиторемедиация широко признана в качестве экономически эффективной технологии восстановления окружающей среды, что делает её альтернативой многим инженерным системам очистки, которые обычно свойственно пагубное влияние на любые виды экосистем [1].

Существует несколько методов фиторемедиации, которые различаются способом накопления и поглощения загрязняющих веществ.

‐ Фитостабилизация: механизм, главной задачей которого является удержание загрязняющих веществ и предотвращение их дальнейшего распространения. Таким образом обеспечивается наличие растительного покрова на сильно загрязненных почвах, предотвращая таким образом ветровую и водную эрозию, путем перевода химических элементов в менее подвижную и активную форму. Растения, в процессе фитостабилизации, наращивают сильно разветвленную корневую систему, сохраняя почвенный покров и снижая риск распространения загрязнений. Такие растения обладают устойчивостью к загрязняющим веществам и мобилизуют загрязняющие вещества в корневой системе, то есть накапливают их без поглощения. Образованный налет от стабилизированных загрязнений на корнях растений выступает дополнительной зашитой от токсичных веществ. Этот процесс не приводит к удалению загрязняющих веществ из почвы, но он уменьшает опасность, присущую загрязняющим веществам [2].

‐ Фитодеградация: механизм, при котором растения вместе со связанные с ними водными или почвенными микроорганизмами биологически разлагают органические вещества или преобразовывают загрязнители в нетоксичные компоненты, за счет метаболизма в тканях растений или за счет высвобождения ферментов из корней.

‐ Фитоэкстракция: механизм накопления и концентрации загрязнений, содержащихся в почве или в воде, корнями и передача их в свою зеленую биомассу. В конце периода роста растения с накопленными химическими элементами необходимо удалить – собрать или скосить. Некоторые растения способны к сверхаккумуляции металлов без каких-либо побочных эффектов. Эти растения адаптированы к природным почвам, богатым металлами. Многие растения способны к поглощению разных загрязнителей, однако большинство растений способны к сверхаккумуляции только одного определенного металла. Эффективность фитоэкстракции зависит от производства биомассы растениями и содержания загрязняющих веществ в собранной биомассе. Таким образом, быстрорастущие культуры, которые накапливают металлы, обладают большим потенциалом для фитоэкстракции. Характерные вещества под удаление данным методом: углеводороды, хлорированные вещества, пестициды, металлы, взрывчатые вещества и радионуклиды, питательных вещества [3].

‐ Фитоиспарение: механизм, аналогичный фитоэкстракции, при котором растения переносят растворимые загрязняющие вещества в надземные часть и испаряют их в атмосферу. Этот процесс обусловлен способностью биомассы растений испарять воду вместе с поглощёнными загрязнениями.

Фитотехнологии являются перспективными и развивающимися, но в то же время уже общепринятыми методами очистки и сохранения воды и почвы благодаря ее различным преимуществам, таким как:

‐ технологий является экологически чистой, меньшее количество выбросов в атмосферу, запаха, пыли и других отходов делает фитотехнологии безопасной обработкой загрязненной среды;

‐ технология обеспечивает дополнения к существующей экосистеме, что поддерживает среду обитания диких животных;

‐ имеется потенциал для извлечения ресурсов из массы собранных растений после высушивания надземной или надводной части после фитоэкстракции, использования в качестве компостирующей среды, а также для получения энергии после сжигания удаленных растений;

‐ с экономической стороны, технология, в сравнении с другими методами очистки (физическими и химическими), выигрывает не только в вопросе себестоимости, но и не несет затрат в обслуживании, эксплуатации и поддержании системы энергией, так как работа растений обеспечивается фотосинтезом, а именно солнечной энергией;

‐ процессы фиторемедиации могут комбинироваться с существующими методами очистки, а также выполнять функцию доочистки, что может быть более выгодным и эффективным, чем отдельная технология [4].

Использование растений для решения экологических проблем не является совершенно новой концепцией. Само понятие болота — это естественная система очистки загрязненной воды с помощью метода фиторемедиации. На данный момент технологии очистки окружающей среды при помощи наземных и водных растений являются объектом повышенного интереса для изучения, по причинам не только экологичности и стоимости установки, но и возможности использования таких систем в развивающихся странах для обеспечения доступа к безопасным водным ресурсам и усовершенствования систем очистки стоков без высоких капиталовложений. Помимо этого, важно отметить, что различные фито системы, имитирующие работу естественных болот, активно применяются и в условиях развитых стран с различным климатом. Некоторые виды сооружений присутствуют и в отечественной практике, например гидроботанические площадки - серия небольших искусственных водоемов с высаженной растительностью и устроенным фильтром, предназначенных для накопления и очистки поверхностного стока с дорог с последующим сбросом в водный объект [5]. Помимо этого, в России ведется большое количество проектов по изучению и внедрению фитотехнологий для очистки производственных сточных вод, а также очистке естественных природных водоемов от конкретных характерных загрязнителей, не смотря на преимущественно небольшой отрезок времени цветения растений в нашем регионе [6]. Дальнейшие исследования и разработки приведут к более широкому признанию и использованию фиторемедиации.

Список литературы

Trihadiningrum, Y., Basri, H. and Mukhlisin, M. Phytotechnology,a nature-based approach for sustainable water sanitation and conservation // International Journal of Chemical Sciences [Электронныйресурс] 2008. https://wepa-db.net/archive/pdf/0810forum/paperpdf (Дата обращения: 20.04.2.2024).
Phytoremediation - An overview / E. L. Arthur, P. J. Rice, T. A. Anderson [et al.] // Critical Reviews in Plant Sciences. – 2005. – Vol. 24, No. 2. – P. 109-122.
Zhuang, G. Current phytoremediation technologies and applications / G. Zhuang // Journal of Physics: Conference Series. – 2023. – Vol. 2608, No. 1. – P. 012054.
Sureshvarr, K., Bharathiraja, B., Jayakumar, M. and Jayamuthunagai, J.L. Removal of azo dye compounds from paper industries wastes using phytoremediation methodology// International Journal of Chemical Sciences [Электронныйресурс] 2010. №8. https://www.researchgate.net/publication/261795597_Removal_of_azo_dye_compounds_from_paper_industries_wastes_using_phytoremediation_methodology (Дата обращения: 21.04.2.2024).
Krivitsky, S. V. Ochistka poverkhnostnykh stokov s ispolzovaniem gidrobotanicheskikh ploshchadok [Purification of surface effluents using hydrobotanical sites]// Ecology and industry of Russia. - 2007. – No. 3. –20-23 pp. (In Russ.).
Ivanova L. A., Myazin V. A., Kornejkova M. V., Fokina N. V., Evdokimova G. A., Red'kina V. V. Pora ochishchat' Arktiku. Sozdanie fitoochistnoj sistemy dlya doochistki stochnyh vod gornorudnyh predpriyatij ot soedinenij azota [It's time to clean up the Arctic. Creation of a phyto-treatment system for post-treatment of mining wastewater from nitrogen compounds]. Apatity, Izdatel'stvo Kol'skogo nauchnogo centra, 2021, 88 p. (In Russ.).