Проблемы инновационного биосферно-совместимого ... - МГСУ

Научившись использовать механизмы самоочищения природной среды, можно предложить технические и технологическиебиоинженерные решения, способные восстанавливать нарушенные природные ландшафты с наименьшим ущербом дляокружающей среды и финансово менее затратные. Таким образом, в рамках прикладного направления «биоинженернаягеоэкология» формируется класс дружественных природе биоинженерных технологий, способных обеспечить экологическуюреабилитацию природных комплексов и тем самым способствовать устойчивому развитию системы«экосфера-социосфера-техно-сфера».Геоэкологическая системаДля понимания сути процессов самоочищения следует рассматривать процессы, происходящие в так называемой базовойединице биосферы «геоэкосистеме», которая, по определению Г.Н.Голубева [4], представляет собой «…ограниченный во времени ипространстве единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором живые и косныекомпоненты связаны между собой обменом веществ и распределением потока энергии».Геоэкосистему следует рассматривать как сложный объект, изучение которого необходимо проводить на основесистематизации полученных данных с помощью полевых комплексных геоэкологических инженерных исследований,математического моделирования и системного анализа.С точки зрения пространственного масштаба можно выделить следующие геоэкологические системы:- локальные, к которым можно отнести, к примеру, водоём, лесную рощу, участок реки и т.п;- региональные, имеющие отношение к региону или отдельно взятой стране;- макрогеосистема, имеющая отношение к континенту, океану, горной стране и др. (например, масштаб трансграничныхпереносов загрязняющих веществ вследствие техногенных катастроф типа Чернобыля и Фукусимы);- глобальная экосистема – система, в которой рассматриваются глобальные процессы, происходящие в экосфере Земли:круговорот веществ в природе, изменения климата в связи с эмиссией газов и глобальным потеплением, движение материков.Рассмотрим процессы самоочищения в геоэкосистеме на примере экосистемы водного объекта.Гидроэкосистема водоёма. Природный водоем представляет собой биологически сбалансированную экосистему, в которойестественным образом происходит самоочищение и самовосстановление. Когда в такой водоем попадают загрязняющие вещества ввиде большого количества органики, нарушается способность экосистемы к самоочищению. Органика опускается на дно, образуяорганическую биомассу донных отложений, подвергающуюся разложению гнилостными бактериями и грибками. При разложенииинтенсивно поглощается растворенный кислород, взамен выделяются в воду продукты распада – питательные элементы азота ифосфора. Избыток органических веществ приводит к нарушению биологического равновесия и подавлению способности экосистемы ксамоочищению. Далее происходит изменение сценария трофности водоема: он меняет тип экосистемы на эвтрофный, т.е. происходитзаболачивание.Технология восстановления экосистемы такого водоёма носит название биоремедиации. Биоинженерная технологиябиоремедиации заключается в использовании способности живых организмов-фильтраторов, составляющих основугидроэкосистемы, путем «фильтрации» загрязнений (поллютантов) подвергать их биодеструкции и детоксикации, что в конечномитоге помогает изменить сценарий действующих в водоеме физико-химических процессов, понижая его сапробность в сторонуальфа- и бета-мезосапробного.Гидроботаническая площадка (ГБП) как природный биофильтрПо сравнению с традиционными техническими мероприятиями очистки водоемов (опорожнение прудов, вывоз иловыхотложений на полигоны и т.п., формирование ложа водоёма под проектные отметки), биоремедиация водоёма (организацияводно-болотных участков, заселение живыми организмами, зарыбление и др.) позволяет восстанавливать гидроэкосистему изапускать механизм самоочищения для улучшения качества воды.Биоинженерная технология с использованием ГБП, выступающей в качестве биофильтра, позволяет интенсивно реализоватьтакое природное явление, как самоочищение водоемов. Эффективная биологическая обработка сточных вод выполняется вмелководной ГБП, которая представляет собой аэробную систему и в которой выполняются следующие условия:- обеспечение кислородом бактерий-деструкторов для их выживания;- обеспечение достаточной области контакта между очищаемой водой и микробами с помощью высшей воднойрастительности (ВВР).В результате процессов биодеструкции или детоксикации, происходящих в гидроэкосистеме ГБП, происходит почти полнаянейтрализация загрязняющих веществ, неблагоприятно воздействующих на естественные процессы биологического самоочищенияводы, нормализуется метаболизм, восстанавливается и активизируется аборигенный для мезосапробных водоемов видовой составбиоты водоёма.Биоинженерная технология очистки – это не требующий сложного ухода процесс, используемый для глубокой биологическойочистки сточных вод. Полная биодеградация загрязнений на ГБП осуществляется как сложный многоступенчатый процесс. Вэкосистеме ГБП необходимо различать две пищевые цепи:а) "субстратную";б) трофическую - типа "хищник-жертва"."Субстратная" цепь – это процессы в так называемой «микробиальной петле», где происходят основные биохимическиепревращения на уровне микробов.Микроорганизмы. Несмотря на то, что в процессах самоочищения участвует вся биота экосистемы, было установлено [5], чтов основном микроорганизмы, и прежде всего бактерии, обеспечивая себе нормальное функционирование, в большой степениспособствуют таким процессам, как:- потребление таких веществ, которые для остальных гидробионтов являются загрязнениями;- биодеструкция органических веществ, в процессе чего выделяются в качестве конечных продуктов метаболизманеорганические вещества.В процессе попадания грязных стоков на ботаническую площадку происходит иммобилизация микроорганизмов на биоплёнке(перифитоне), прикреплённой к высшей водной растительности (ВВР). Перифитон представляет собой пространственноеструктурированное гетерогенное сообщество различных микроорганизмов.5