способ очистки прибрежной зоны морей от комплексного загрязнения с использованием двустворчатых моллюсков

Формула изобретения

1. Способ очистки прибрежной зоны морей, включающий сооружение фильтрующей дамбы в районе места сброса бытовых или промышленных сточных вод на суше у края берега, за которой в прибрежной зоне размещают не менее трех рядов донных и/или плавающих установок для культивирования гидробионтов, на которых помещают двустворчатых моллюсков, отличающийся тем, что плавающая установка для культивирования гидробионтов представляет собой круг из пластиковых труб, размещенный вокруг деревянной распорной крестообразной рамы, под которой для плавучести закреплены пластиковые трубы, к трубам и раме прикреплены искусственные субстраты, в качестве которых используют крупноячеистое сетное полотно, расправленное или скрученное жгутом, к нижней части которого прикреплены грузы для заглубления.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что за фильтрующей дамбой сооружают одну или две дополнительных фильтрующих дамбы.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве двустворчатых моллюсков используют мидии.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что двустворчатые моллюски через 2-5 лет выращивания размещают на чистой от загрязнения акватории для их детоксикации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области экологии и охраны окружающей среды, и может быть использовано при очистке морской среды от загрязнений различного типа, например, в местах сброса в морские воды промышленных и бытовых стоков, нефтяного загрязнения и хронических разливов нефти.

Известен способ очистки воды естественных водоемов от загрязнений по патенту РФ на изобретение № 2126624 от 30.01.1998 г. Способ предусматривает нагрев воды, ее аэрацию и сооружение сообщающегося с естественным водоемом канала, в который вселяют моллюсков. Моллюсков вселяют на участок канала между переливной плотиной и заглушенным концом канала, при этом в канале размещают искусственные нерестилища для воспроизводства стада рыб-планктонофагов и периодически часть рыб-планктонофагов изымают из зоны их повышенной концентрации и переводят на участок, заселенный моллюсками, для очистки кишечников рыб от экскрементов, содержащих загрязнения. Данный способ позволяет удалять из воды загрязнения, в том числе и тяжелые металлы, однако его осуществление требует достаточно большого количества технологического оборудования, что удорожает и усложняет процесс очистки.

Известно использование дамб в составе различных очистных сооружений поверхностных сточных и канализационных вод, например, в составе системы отвода и очистки поверхностного стока по патенту РФ на изобретение № 2200803 от 28.09.2001 г. Она включает гидроизолированные от окружающего грунта, последовательно сообщенные между собой водосточный коллектор, отстойную камеру, разделенную дамбой на две секции грубой и тонкой очистки соответственно, биологический пруд, состоящий из мелководного биоплато и глубоководного бассейна, расположенную за последним фильтровальную камеру, отделенную от него фильтрующей дамбой, и отводящий коллектор. Перед мелководным биоплато расположена дополнительная фильтрующая дамба, при этом дамбы и стенки глубоководного бассейна состоят из уложенных послойно фильтрующих материалов. Сооружения с биоплато достаточно сложны в изготовлении, что повышает стоимость биологической очистки, и занимают достаточно большие по площади территории. Кроме того, все указанные выше способы не дают биопродукции.

Известны три основных способа искусственного выращивания мидий - выращивание на грунте, выращивание на грунте на донных устройствах, выращивание в толще воды на подвесных устройствах (метод подвесной марикультуры). Выращивание на грунте основано на перемещении мидий с естественных банок на заранее подготовленные участки морского дна, при этом моллюски доступны хищникам и паразитам. Выращивание в толще воды основано на прикреплении планктонных личинок к свободной поверхности - коллекторам (искусственным субстратам). После прикрепления личинки начинают расти до товарных размеров. В качестве коллекторов можно использовать устройства, устанавливаемые непосредственно на дне или же плавающие на поверхности или в толще воды (рис.12). При выращивании в толще воды на донных устройствах, в качестве коллекторов используют колья или сваи, которые параллельными рядами вбивают в грунт (метод «бушо»). Для увеличения свободной поверхности и предотвращения опадания моллюсков под собственным весом на поверхность кольев наносят дополнительные субстраты: ветки, веревки, сетчатые мешки. Поскольку выращивание мидий осуществляют в пищевых целях, то для получения доброкачественной продукции их культивирование должно осуществляться в достаточно чистых прибрежных водах, не подверженных сильному антропогенному загрязнению, осуществляя периодический санитарно-микробиологический контроль.

Известен способ биологической очистки морской среды по патенту РФ на изобретение № 2186035 от 23.09.1999 г. Способ включает размещение морских беспозвоночных в места загрязнения нефтью, нефтепродуктами, органическими и минеральными веществами. Отличается тем, что в места загрязнения воды дополнительно помещают морские макрофиты (ламинариевые, алярия, костария, цистозира, фукус, саргассум), причем их размещают вокруг источника загрязнения на установках для культивирования морских гидробионтов в поверхностном слое, и/или придонном, и/или по всей толще воды в шахматном порядке, в 6 и более рядов, при этом на внутренних рядах размещают медленнорастущие и взрослые особи быстрорастущих макрофитов и беспозвоночных, а на средних и внешних рядах молодые особи гидробионтов. Структурно данная система представляет собой полосу зарослей морских гидробионтов (соответствующих видов растений - ламинариевые, алария, костария, цистозира, фукус, саргассум и животных - фильтрирующие моллюски, другие морские беспозвоночные в зависимости от величины загрязнения акватории), охватывающей или преграждающей участок распространения загрязнителя акватории моря. В качестве фильтрующих моллюсков используют мидии, и/или устрицы, и/или другие прикрепляющиеся формы моллюсков, а также и другие виды беспозвоночных, в частности морские ежи, кукумария, трепанг и другие. Каждая установка для культивирования (ячейка, звено) представляет собой садок или П-образно натянутый канат, где на горизонтальной ее части подвешиваются поводцы-субстраты, на которых рассаживаются гидробионты. Длина горизонтальной части натянутого каната для выращивания водорослей равна, например, 40-50 м с поводцами длиной 2-4 м, а для моллюсков и морских ежей - 25-30 м с коллекторами длиной 4-5 м. (ячеек). Размещение установок для культивирования гидробионтов в шахматном порядке позволяет полностью перекрыть распространение загрязнителей по акватории. В итоге получается гидробиотехническое сооружение шириной от 10 до 120 м, в зависимости от количества рядов. Применение от 6 и более рядов установок необходимо для полной очистки морской среды от загрязнителей, причем количество рядов устанавливается в зависимости от величины загрязнения, но не менее шести. Недостатком данного способа является отсутствие защиты данного типа биофильтра от крайне негативного влияния поступающей со стоками взвеси, повышение концентрации которой в несколько раз ухудшает эффективность биологической очистки с помощью гидробионтов. Другими недостатками, помимо общей сложности конструкции, являются ограничение его применения определенными условиями: глубинами, размещением только вне зоны литорали (осушки) и за пределами эстуариев (опресненных районов). Все это значительно снижает эффективность и возможности применения данного способа.

Наиболее близким к заявляемому является способ очистки прибрежной зоны морей (отчет о НИР № 01200853312, зарегистрированный 2010-06-16, по теме: Исследование морских экосистем и разработка технологии сохранения биологических ресурсов морей России в условиях возрастающего воздействия на морскую среду природных и антропогенных факторов, 7.1 Мидии как природный биофильтр и биоиндикатор загрязнения:http://fcp.ocean.ru/component/option,com_docmaIl/task,doc_viev/gid,695/Itemid,4 42/), включающий сооружение в районе места сброса бытовых или промышленных сточных вод на суше у края берега фильтрующей дамбы, за которой на установках для культивирования гидробионтов размещают двустворчатых моллюсков.

Заявляемый способ, как и известные, включает сооружение в районе места сброса бытовых или промышленных сточных вод на суше у края берега фильтрующей дамбы, за которой в прибрежной зоне размещают не менее трех рядов донных и/или плавающих установок для культивирования гидробионтов, на которых размещают двустворчатых моллюсков.

Заявляемый способ направлен на совершенствование способов биологической очистки морской среды от загрязнений различного типа путем ее естественной очистки с использованием водных животных.

Техническим результатом является повышение надежности и эффективности очистки прибрежных вод морей, в том числе опресненных.

Технический результат достигается тем, что в качестве установки для культивирования гидробионтов используют круг из пластиковых труб, размещенный вокруг деревянной распорной крестообразной рамы, под которой для плавучести закреплены пластиковые трубы. К трубам и раме прикреплены искусственные субстраты, в качестве которых используют крупноячеистое сетное полотно, расправленное или скрученное жгутом, к нижней части которого прикреплены грузы для заглубления.

За фильтрующей дамбой могут быть сооружены одна или две дополнительных фильтрующих дамбы. В качестве двустворчатых моллюсков могут использоваться мидии. Двустворчатые моллюски через 2-5 лет выращивания могут быть размещены на чистой от загрязнения акватории для их детоксикации.

Способ поясняется с помощью чертежей, где на фиг.1 представлена примерная схема размещения установок для выращивания двустворчатых моллюсков в районе дамбы, на фиг.2 - вид сверху установки для культивирования двустворчатых моллюсков, на фиг.3 - вид сбоку установки для культивирования двустворчатых моллюсков.

Способ заключается в следующем.

В районе места сброса бытовых или промышленных сточных вод на суше, у края берега 1 (береговой линии, береговой полосы) около канализационного коллектора или сточной трубы 2 сооружают фильтрующую дамбу 3 (насыпь), например, из галечно-песчаной смеси для первичной седиментации крупной взвеси стоков перед поступлением в море. Сооружение дамбы производят любым известным способом, например, бульдозером, или намывом земснарядом. Высота дамбы должна быть выше уровня прилива. Сквозь дамбу и через верхнюю часть дамбы как через контрольный слив просачивается сток. Возведение дамбы обеспечивает существенное повышение эффективности биологической очистки прибрежной зоны морей за счет очистки поступающих стоков от взвеси, повышение концентрации которой подавляет активность морских животных и в несколько раз ухудшает эффективность биологической очистки. Даже небольшое увеличение концентрации терригенной (приносимой с берега, из стоков) взвеси сверх пороговой величины немедленно, в течение 5-15 мин ухудшает работу биофильтра в несколько раз, а при большой концентрации взвеси эффективность падает в десятки раз. Процесс возведения дамбы для первичной седиментации достаточно прост, что снижает себестоимость очистки. При большом объеме поступающей со стоками взвеси за фильтрующей дамбой могут быть сооружены одна или две дополнительные дамбы.

За дамбой методом подвесной марикультуры или методом «бушо», или их совместным применением осуществляют выращивание двустворчатых моллюсков. Для этого вокруг дамбы размещают несколько (не менее 3) линий или рядов 4 установок для культивирования гидробионтов, донных и/или плавающих 5, в зависимости от места использования способа. Поскольку поток воды (течение) проникает через один ряд линий субстратов с моллюсками достаточно свободно, нужно не менее 3-х рядов для обеспечения эффективности очистки морской среды. Размещение не менее 3-х рядов субстратов и выращивание на них моллюсков обеспечивает эффективность процесса очистки за счет высокопроизводительной и эффективной фильтрации окружающей воды моллюсками. Один взрослый моллюск, в частности мидия (название "мидия" включает в себя комплекс нескольких видов двустворчатых моллюсков, сходных по внешнему облику и строению), профильтровывает от 2 до 5 литров воды в час, поглощая при этом не только питательные вещества и кислород, но и болезнетворные бактерии и токсичные вещества. За сутки мидии профильтровывают с эффективностью 95-98% десятки тонн воды на каждый квадратный метр своих поселений, аккумулируя огромное количество сестона, содержащего как неорганические, так и органические частицы вместе с адсорбированными или растворенными в воде загрязняющими веществами. Моллюски отфильтровывают все взвешенные частицы, самые мелкие (не крупнее 2-4 микрон) проглатываются, остальные осаждаются на дно. Мягкие ткани моллюсков концентрируют в сотни раз больше микроэлементов, чем раковина. Моллюски поглощают тяжелые металлы, титан, марганец, алюминий. Поэтому вокруг мидиевых поселений вода особенно чистая. Мощность биофильтрации столь высока, что за год поселения моллюски способны профильтровать (и очистить!) несколько раз объем воды целых заливов (Reeders, De Vaate, Slim, 1989). Они образуют, таким образом, естественный мощный биофильтр, не имеющий себе равных по производительности, качеству очистки и экономичности, оставляющий, по этим и другим показателям, далеко позади любые очистные сооружения. Кроме того, моллюски обладают высокой устойчивостью к различным видам загрязнения, несмотря на их низкую способность к поддержанию постоянства внутренней концентрации веществ и, как следствие, накапливанию загрязнения в организме. Таким образом, с одной стороны, мидии способны профильтровать огромные массы воды, извлекая из нее вместе с пищей и частицами взвеси вредные вещества и аккумулируя их в своих выделениях (фекалиях, псевдофекалиях и растворенных метаболитах), а также, отчасти, в своих тканях, очищая и кондиционируя среду обитания. С другой стороны, трансформируя органическое вещество и переводя загрязнение в малотоксичные связанные формы, мидии препятствуют эвтрофикации и распространению загрязнения, контролируют численность фитопланктона, поглощающего биогены и загрязняющие вещества. В условиях Севера, например, мидии голодают более полугода из-за нехватки пищи, и дополнительное поступление в прибрежные воды биогенов и органических веществ способно улучшить условия питания мидий, изменить интенсивность их роста. Известно, что бытовые сточные воды, как нестойкие загрязнители, несущие энергию (органическое вещество) и/или питательные вещества (фосфаты, карбонаты, нитраты), повышают продуктивность экосистемы, если поступают в умеренном количестве. Поэтому очистка промышленных и бытовых сточных вод в прибрежной зоне морей, особенно северных, с использованием фильтрующей дамбы для очистки поступающих стоков от взвеси, и размещением за дамбой в воде и на литорали (зоне осушки) не менее 3-х линий искусственных субстратов для выращивания моллюсков, в частности мидий, эффективна, достаточно проста.

Установки 5 для культивирования двустворчатых моллюсков (см. фиг.2, 3) представляют собой наплавные кольцевые конструкции из пластиковых труб. Каждая конструкция представляет собой носитель искусственных субстратов, выполненный в виде круга из пластиковых труб 6, размещенного вокруг деревянной распорной крестообразной рамы 7. Под распорной рамой 7 также закреплены пластиковые трубы 8 для плавучести. К кругу из труб 6 прикреплены искусственные субстраты 9, в качестве которых используется крупноячеистое сетное полотно, расправленное или скрученное жгутом. К раме 7 также прикреплены искусственные субстраты 10 с размещенными на них моллюсками 11, в качестве субстратов используется крупноячеистое сетное полотно, расправленное или скрученное жгутом. К нижней части искусственных субстратов 9 и 10 прикреплены грузы 12 для заглубления.

Такие установки 5 используются в местах с небольшим течением - в заливах, бухтах, в районах опресненных вод - как раз там, где расположены крупные населенные пункты, осуществляющие сброс бытовых или промышленных сточных вод в море.

Заявляемая конструкция установок для культивирования обеспечивает повышение надежности и эффективности очистки прибрежных вод морей, в том числе опресненных, за счет размещения на них гораздо большего количества моллюсков по сравнению с использованием известных способов. Полученная при этом определенная ширина заявляемого гидробиотехнического сооружения, зависящая от диаметра установок, размещенных в линию, достаточна для полной и качественной очистки морских вод с получением принципиально иного качества очищенных вод, по структуре и составу экологически наиболее благоприятных для биопродуктивности морской экосистемы.

Установки просты в изготовлении и в обслуживании, не требуют постоянного энергоснабжения и присутствия персонала, искусственные субстраты с моллюсками легко извлекаются и перемещаются в другое место для детоксикации, что снижает эксплуатационные расходы и, соответственно, себестоимость биологической очистки. Снижение эксплуатационных расходов очистных сооружений возможно также за счет дальнейшего использования (переработки) двустворчатых моллюсков.

Живые моллюски, в виде собранного урожая или на коллекторах, должны перед их дальнейшим пищевым/кормовым использованием пройти детоксикацию от 1 до 2 мес. в локальном, специально выделенном участке чистой от загрязнения слабопроточной (замкнутой или полузамкнутой) акватории. За это время аккумулированные ими вещества (включая тяжелые металлы, пестициды, нефтепродукты и т.п.) будут постепенно выделены моллюсками с фекалиями, которые затем перерабатываются на дне бактериями. В зависимости от загрязнения и степени очищения моллюски могут быть использованы в пищу человеком (после санитарного контроля) или, например, в животноводстве (на корм домашним птицам). В случае сильных аварийных токсических выбросов и гибели моллюсков возможна утилизация моллюсков путем их сжигания или захоронения. При захоронении из переработанной бактериями биомассы моллюсков и растений (оброста) возможна выработка биогаза для получения электрической или тепловой энергии.

Заявляемый способ технически прост, эффективен, может использоваться для очистки прибрежной зоны морей от загрязнения нефтью, нефтепродуктами, органическими и минеральными веществами, а также токсическими веществами (включая соединения тяжелых металлов), в том числе в условиях опресненных вод.