Как болота очищают воду

Как болота фильтруют воду?

Прочитала где-то что болота являются естественными фильтрами пресной воды. Как это работает?

Отвечает Дмитрий Груммо, заместитель директора по научной и инновационной работе Института экспериментальной ботаники им. В. Ф. Купревича Национальной академии наук Беларуси

Действительно, болота работают как фильтр. Здесь основной механизм: прохождение воды через торфяную залежь, которая работает как естественный фильтр. В зависимости от типа и глубины торфяной залежи пропускная способность (воды) болот составляет 100-685 м3/сут/га. Все это стоит денег.

Рассмотрим как это работает на примере болота Ельня. Экономическая оценка водоочистительной функции болотных экосистем определяется по их фильтрующей способности, сравниваемой с фильтрующей способностью промышленной очистной установки с пропускной способностью в 1500 м3/сут, цена которой в среднем достигает 50 000 USD, а срок службы – не менее 50 лет.

Верховые болота по сравнению с остальными типами обладают максимальной пропускной способностью 685 м3/сут/га, т.е. 2 га верхового болота очищают сточные воды эквивалентно одной промышленной очистной установке.

По результатам расчета, стоимостная оценка сорбционной (водоочистительной) функции верхового болота Ельня составляет 9 126 000 USD/год.

Отвечает Олег Созинов, заведующий кафедрой ботаники Гродненского государственного университета имени Янки Купалы, доцент, кандидат биологических наук

На торфяном болоте движение воды осуществляется в основном путем фильтрации в растительном очёсе и в торфяной залежи в направлении градиента напора либо путем свободных потоков по поверхности болота и внутри залежи по водоносным жилам.

Болотный массив в отношении водопроницаемости представляет собой крайне неоднородную среду. Верхний его слой, сложенный живым растительным покровом и моховым очесом, обладает очень высокой водопроводимостью по сравнению с водопроводимостью основной массы торфяной залежи, особенно ее нижних горизонтов. Экспериментальными исследованиями установлено, что в слое толщиной 1-1,2 м коэффициент фильтрации уменьшается с глубиной в тысячи и десятки тысяч раз.Особенно резкие изменения коэффициента фильтрации происходят в слое до 40 см от поверхности мохового покрова. Быстрое убывание водопроницаемости с глубиной в этом слое связано с уплотнением и различной степенью разложения растительных остатков, что приводит к уменьшению размера пор. В сильно разложенных торфах (до 55-65%) коэффициент фильтрации падает до миллионных долей сантиметра в секунду. Таким образом, торф с высокой степенью разложения по условиям водопроводимости приближается к глинам.

Водопроводимость торфа меняется и от его ботанического состава. В верхних слоях болотного массива, примерно до глубины 0,8-I м, влажность торфа периодически меняется в связи с колебаниями в этом слое уровня грунтовых вод. Периодическая аэрация верхнего слоя обусловливает в нем высокую активность биологических процессов. Это дало основание выделить верхний слой болота в особый активный, деятельный слой. Под ним располагается инертный, нижний слой. Он отличается малой водопроницаемостью, постоянством количества воды, отсутствием доступа воздуха и отсутствием аэробных микроорганизмов, способствующих образованию торфа. Границей между активным и инертным слоями служит среднее положение минимального уровня грунтовых вод в болотном массиве.

1 — пьезометрические уровни грунтовых вод в подстилающих торфяную залежь грунтах в различные сезоны года; 2 — поверхность уровней грунтовых вод в торфяной залежи; 3 — торф сфагновый и сфагново-пушицевый слаборазложенный (до 25%); 4 — торф среднеразложившийся с древесными остатками, плотный; 5 — суглинок и супесь тяжелая, 6 — песок мелкозернистый, средне- и крупнозернистый; 7 — переслаивание супеси и мелкозернистого песка; 8 — суглинок пылеватый; 9 — скважины.

Высокая водопроводимость активного слоя болота по сравнению с инертным слоем обусловливает его особую роль в гидрологических процессах болота. Вследствие больших величин коэффициента фильтрации в активном слое выпадающие на болото дожди не задерживаются на поверхности, а быстро просачиваются. Поэтому стекания воды по поверхности болот, как правило, не наблюдается.

При большом количестве осадков и во время снеготаяния уровень грунтовых вод поднимается и стоит вблизи поверхности болота. В хорошо фильтрующих слоях очеса начинается боковой подповерхностный сток.

Скорость фильтрации воды в болоте, согласно закону Дарси, определяется коэффициентом фильтрации и уклоном поверхности грунтовых вод. В условиях естественных болотных массивов уклоны поверхности грунтовых вод практически совпадают с уклонами поверхности болота. Величина их, как правило, незначительна:0,0001—0,005 (исключая горные болота на склонах). Несмотря на малые уклоны, скорость горизонтальной фильтрации в самых верхних слоях болота достигает значительных величин (по данным К. Е. Иванова, до нескольких десятков и даже сотен метров в сутки). Скорость фильтрации в инертном слое составляет всего 1,7-1,7 • 10-6 см/сутки или максимум 6 м/год.

Таким образом, скорость горизонтального стекания воды с болотных массивов путем фильтрации определяется главным образом водопропускной способностью деятельного слоя. Количество воды, пропускаемое деятельным слоем, огромно. Полевые наблюдения и расчеты показывают, что весной за сутки стекает с выпуклых болот слой воды до 10-15 мм, или до 150 м3 с 1 га. Расход горизонтального потока воды, фильтрующейся через инертную толщу, ничтожен и составляет менее 1% расхода, пропускаемого деятельным слоем. Направления горизонтальных потоков воды в торфяной залежи следуют уклонам поверхности болотного массива.

При котловинном залегании и выпуклой форме поверхности болота горизонтальная фильтрация направлена от центральных частей массива к периферии. Эти воды вместе с поверхностными и грунтовыми водами, стекающими с суходолов в котловину болота, образуют вдоль границы болотного массива топи и ручьи. Воды последних отводятся в ручьи-водоприемники, вытекающие из болота.

Источник

Очистка воды болотом

Еще в древнем Китае люди знали о том что грязная вода, проходя через болота, выходит оттуда чистой. В 18-19 веках сточные воды из некоторых городов направляли в находящиеся поблизости естественные болота и таким образом хоть как-то снижали последствия загрязнения окружающей среды.

Но только в 1953 одной просветленной женщине по имени Кати Зайдл из института Макса Планка в Германии пришла в голову совершенно потрясающая мысль — спроектировать и построить искусственную болотную экосистему специально для очистки сточных вод. Что она и сделала.

Это была целая революция в мировой канализационной сфере. И не только в канализационной —поскольку, по сути, это была одна из первых попыток использовать знания молодой науки под названием экология в конструктивном ключе и создать полноценную искусственную экосистему.

На данный момент использование искусственных болот (Constructed Wetlands) является одним из наиболее прогрессивных подходов для очистки сточных вод, как бытовых, так и промышленных. Конструкции болот постоянно совершенствуются, и существует большое количество их разновидностей, которые разрабатываются конкретно для решения определенных задач. Их современные версии представляют из себя весьма сложные экоинженерные сооружения. Тем не менее принцип искусственного болота остается неизменным — это специально сконструированная водно-болотная экосистема, имитирующая природные модели, в которой за счет сочетания физико-химико-биологических процессов происходит очищение поступающей туда воды от органических и неорганических примесей таким образом, чтобы выходящая оттуда вода соответствовала необходимым параметрам.

Что такое болото?

Как правило это бассейн, заполненный биологически активным субстратом (гравий, песок и прочее), через который протекает вода, проходящая очистку. В субстрате (как правило) растут водные или влаголюбивые растения, выполняющие важную функцию поддержания необходимых условий в экосистеме. Тем не менее, основную роль в процессе очистке воды играют не столько растения, сколько различные микроорганизмы, живущие в субстрате и корневой биомассе растений. Вода может протекать полностью под поверхностью субстрата (закрытые болота), а может постоянно или периодически покрывать его поверхность и выглядеть как что –то наподобие пруда (открытые болота). В зависимости от того, в каком направлении движется вода через субстрат закрытого болота, они могут быть вертикальными, горизонтальными или с комбинированным током. Каждый из этих типов имеет свои преимущества и недостатки. Очень часто для достижения требуемого результата болота разных типов комбинируются в одной системе в виде отдельных ячеек. На практике, благодаря своей компактности и эффективности, в последнее время все больше и больше используются закрытые болота с вертикальным током воды.

Чем хороши болота?

По сравнению с другими практикуемыми методами очистки сточных вод (например системами на основе активного ила), болота выигрывают прежде всего за счет более низких эксплуатационных затрат , большей надежности , простоты, а так же привлекательного внешнего вида , который создается растущими в них растениями. Болота могут работать без использования электроэнергии, в них обычно отсутствуют сложные и дорогостоящие технические компоненты, могущие выйти из строя, замена которых требует специалистов и финансов. Уход за ними не представляет трудностей. Они могут работать в прерывистом и сезонном режимах, с чередующимися периодами простоя и нагрузки, что может представлять проблему для систем автономной канализации другого типа. Они могут работать зимой под слоем льда и снега. И, наконец, они служат украшением участка, являясь элементом ландшафтного дизайна.

Слабым местом болот является несколько большее, по сравнению с другими системами,занимаемое пространство. Но надо сказать, что последние разработки в области искусственных болот позволили значительно сократить эту площадь, и если раньше для достижения требуемой степени очистки в перерасчете на одного условного человека нужно было использовать площадь 5-7 кв. метров болота, то в современных болотах, спроектированных по «последнему слову», эта площадь сократилась до 1-2 квадратных метров. Это, в свою очередь, отражается позитивно и на стоимости болот.

Где целесообразно применять болота?

Болота весьма эффективны в тех случаях, когда нужно очистить сточные воды до такой степени чтобы их можно было затем направлять в водоемы или водотоки или же тогда, когда простые подземные поля фильтрации нельзя использовать из-за опасности загрязнения близко расположенных грунтовых вод.
Искусственные болота очень часто используют в качестве компонента прудовых экосистем, обеспечивающих в них надлежащее качество воды.

Как сделать себе болото?

Сделать простое небольшое болото с горизонтальным током воды для очистки серой воды ( в которой отсутствует вода из сливных туалетов) не так уж сложно самостоятельно. Для этого понадобится выкопать продолговатое углубление в земле глубиной 50-60 см с небольшим уклоном в одну сторону, выслать дно и бока строганой доской , покрытой водонепроницаемой пленкой, уложить в более глубокой части водоотводящую перфорированную трубу и засыпать туда несколько кубов мелкого гравия. Затем накопать рогоза и тростника и пересадить его в гравий через каждые 50 см. Со стороны, противоположной водоотводящей трубе, прямо на поверхность подается грязная вода (например, из душа или стиральной машины) – вот и готово болото. Очищенную таким образом воду можно использовать, например, для полива.

Источник

Очистка болотной воды

Наличие рядом с домом водного источника, в котором находится вода, пригодная для употребления в пищу – это очень большая редкость. В большинстве случаев, загородным жителям приходится довольствоваться такой водой, которая есть рядом с домом, в том числе водой, имеющей свойства болотной воды.

Вопрос пользоваться такой водой или не пользоваться, не логичен – при отсутствии других источников водоснабжения, необходимо использовать тот, который существует.

Особенности болотной воды

• В состав болотной воды входит большое количество солей калия и магния, поэтому она считается мягкой водой.
• В болотной воде содержится повышенное количество железа, что в значительной степени влияет на цветность воды.
• Болотная вода содержит большое количество органических соединений и микробактерий.
• Болотная вода характеризуется высокой концентрацией фолиевых и гуминовых кислот, которые образуются из торфяных отложений.

Система очистки болотных вод состоит из обычного набора для очистки загрязненной воды, с небольшими изменениями:

1. Первичный фильтр механической очистки (дисковый фильтр) изготавливается с ячейкой не менее 100мкм, для возможности осаждать на своей поверхности взвешенные примеси, имеющие значительные размеры. Фильтр не изготавливается с автоматическим промыванием, чтобы исключить возможность скорой закупорки его ячеек, примесями из воды. Степень засорения ячеек фильтра контролируется приборами, фиксирующими скорость прохождения жидкости.
2. Очистку от железа производят с использованием гипохлорита натрия, который заставляет находящееся в воде железо вступать в реакцию, с образованием крупных нерастворимых солей, оседающих на дно. В это время проходят две реакции – очистка от растворенного в воде железа и дезинфекция, то есть уничтожение с помощью растворенного хлора живых микроорганизмов, содержащихся в воде.
3. С помощью угольных фильтров производится удаление из воды мутности и цветности. При использовании угольных фильтров для очистки болотных вод, их рекомендуется менять не реже одного раза в течение трех месяцев.
4. Применение в системе очистки болотных вод ультрафиолетовой лампы, позволяет уменьшить возможность остатков в воде живых микробов и бактерий.

Для применения в качестве угольных фильтров, рекомендуется использовать угольные фильтры с растворенными ионами серебра, которые позволяют фильтрам не разрушаться при длительных перерывах в фильтровании, например, при сезонном использовании системы очистки болотной воды.

Источник

3 способа очистки воды в лесу

Если вдруг случилось, что запасы воду, взятые с собой в поход иссякли, а поход по каким-то причинам затянулся, или вы просто заблудились, то поиск воды будет одним из основных ваших занятий. Как добыть чистую воду в лесу мы рассказывали в предыдущих публикациях. Когда поблизости есть природный источник воды, то задача упрощается лишь в ее поисках, а особое внимание придется уделять ее очистке.

Пить воду можно либо родниковую, либо пресную. Если вы нашли ручей с холодной водой, то он вас может вывести и к роднику. Но на всякий случай даже родниковую воду лучше прокипятить — рисковать в лесу не стоит ни в чем. В водоемах же – прудах, болотах или лужах – вода всегда грязная и ни в коем случае не пригодна для питья. Поэтому очищать воду нужно как от видимой грязи, так и от незаметных глазу микробов.

Один из самых распространенных и доступных способов очистки воды в лесу — это ее фильтрация, то есть пропускание через несколько слоев различного рода материалов, с целью отброса скопившихся в ней загрязнений. Для надежности такой процесс лучше проводить несколько раз, причем предварительно дать воде отстояться.

Самый оптимальный фильтр – это слой травы или ткани, на нем слой песка или земли, затем слой угля из костра и вверху слой из камней. Если у вас остались пустые бутылки, то сделайте фильтр в них – разрезаете пополам, одну половину с крышкой ставите горлышком вниз (в крышке сделав небольшое отверстие) и наполняете бутылку фильтрующими слоями. Затем постепенно заполняете ее водой, подставив вниз для сбора воды вторую часть бутылки. Пройдя через все фильтры, на выходе получится относительно чистая вода, но которую все равно необходимо будет кипятить, так как при фильтрации не уничтожаются бактерии и инфекции. И кипятите воду минимум 10-15 минут.

Если бутылки с собой нет, то надо будет найти или соорудить какую-либо емкость, на крайний случай можно использовать собственную одежду – снять, например, футболку, сделать из нее подобие мешка и заполнить всеми фильтрующими элементами. Стекающую отфильтрованную воду собирайте в емкость для кипячения.

На заметку — не делайте слои фильтра слишком толстыми — десяти сантиметров всех слоев вместе вполне достаточно, иначе вода будет просачиваться очень и очень долго. Если, например, не можете найти камней или нет угля – делайте фильтр из того, что есть. Любая фильтрация лучше, чем полное ее отсутствие. Но и с другой стороны, чем полноценнее фильтр, тем безопаснее вода – поэтому при возможности разведите специально для этого дела костер для получения угля.

Получить очищенную воду можно с помощью ее испарения – конденсат будет намного чище, чем отфильтрованная вода. Поэтому, если есть время (а ждать придется немало), пластиковая бутылка или целлофановый пакет, и в идеале яркое солнце, то приступайте к получению чистого конденсата.

Если есть пластиковая бутылка и какая-нибудь трубочка, например, от сока, то можно соорудить такое приспособление: наполняете бутылку водой, к горлышку подсоединяете трубочку, все это дело герметично закрываете (чтобы проход воздуха был исключительно через трубку) и ставите под солнце. Когда емкость с водой нагреется, вода начет испаряться, а так как выход вы оставили только один – то весь конденсат постепенно будет накапливаться в трубочке и наклонив ее вниз, можно по каплям наполнить емкость чистой водой.

Но понятное дело, что трубочки у вас может и не оказаться. В этом случае вы можете отрезать верх бутылки, оставив широкое горло, наполнить ее водой до половины и также поставить по солнечные лучи. Конденсат начнет скапливаться на стенках бутылки (поэтому, чем меньше уровень воды, тем больше места для конденсата), который вы можете промокнуть частью ткани (или одежной, если ничего больше нет) и затем отжать ее в емкость для чистой воды.

Как дополнительное средство очистки, отстоянную воду можно еще обеззаразить:

· если у вас с собой есть аптечка, то можно пару капель йода капнуть в емкость с водой и дать ей настояться пару часов,

· если имеются серебряные украшения, то поместите их в емкость с водой на 1,5-2 часа – ионы серебра тоже убивают бактерии,

· еловые, сосновые, можжевеловые ветки, береста березы, дуба, ивы, а также листья рябины тоже обладают бактерицидным действием – положите их в емкость с водой на 2-3 часа и также дайте настояться,

· растения-антисептики типа ромашки, зверобоя или чистотела тоже можно использовать для дезинфекции – дать настояться им в воде около получаса, а затем воду прокипятить,

· можно налить воду в целлофановый пакет или пластиковую бутылку и подставить под солнце – ультрафиолет также способен уничтожать микробы.

Но помните, все эти действия по отдельности никогда не приведут к абсолютной чистоте и безопасности воды. В идеале очищать воду нужно комплексно – фильтровать, обеззараживать и кипятить. Только конденсат можно назвать относительно безопасным. Находясь в экстремальных условиях, не стоит рисковать своим здоровьем, ведь сэкономив несколько часов на очистке воды, потом придется потратить гораздо больше времени и сил на восстановление своего организма в случае отравления.

Источник