КАК ПОЧИНИТЬ ЭКОСИСТЕМУ С ВЫГОДОЙ ДЛЯ СЕБЯ

К середине века население Земли достигнет девяти миллиардов. Где взять дополнительные медикаменты, энергию, пищу, воду, если любой шаг в этом направлении только уничтожает источники названных ресурсов? Рост численности населения повышает спрос на такие ресурсы, как еда и чистая вода, и одновременно приводит к расширению производства и увеличению отходов, что непосредственно сказывается на доступности тех же самых ресурсов. Однако ещё не всё потеряно, считают Уилл Циммерман из Шеффилдского университета (Великобритания) и его коллеги, предлагая новый метод очистки экосистем, который, по их словам, в дополнение ко всему экономически выгоден.







На море у китайских берегов теперь можно лежать, как на земле. (Фото Getty Images.)



В эпоху, когда стоит задача уравновесить защиту окружающей среды и обеспечение растущего человечества ресурсами, инновационные технологии нужны как никогда. Возьмём такой наглядный пример, как эвтрофикация, которая становится всё более распространённым явлением в результате производства отходов и небрежного отношения к природе. Прекратить первое нельзя, но второе изменить можно. Технический прогресс не обязательно использовать во вред окружающей среде.



Цветение водорослей — результат попадания в воду большого количества питательных веществ (фосфора и азота). Такая вода становится непригодной для питья, а в экосистеме возникает нехватка кислорода. Страдает не только биоразнообразие, плохо рыболовству и туризму, к тому же выделяемые цветущими водорослями токсины представляют серьёзную опасность для здоровья человека.



В 2013 году в Китае было зарегистрировано самое крупное явление такого рода, и правительство Поднебесной пообещало в течение следующего десятилетия выделить $650 млрд для решения проблемы спроса на питьевую воду. Между тем вода цветёт по всему миру. Три четверти пресноводных систем Англии классифицированы как эвтрофные, и на их очистку будет уходить, по оценкам, до £114 млн в год.



Добавит проблем изменение климата, поскольку потепление и сдвиг картины осадков могут поощрить рост водорослей.



Существует несколько способов предотвращения или уменьшения эвтрофикации, и у каждого свои недостатки. Скажем, законы, ограничившие попадание питательных веществ в окружающую среду из-за промышленной и сельскохозяйственной деятельности, а также из сточных вод, конечно, сделали будущее более светлым. Но на складах ещё много фосфора, который продолжает загрязнять экосистемы, поэтому пройдёт не один десяток лет, прежде чем будут видны какие-то улучшения.



Можно вспомнить экоинженерные проекты, подразумевающие, например, химическую фиксацию питательных веществ в осадке или защиту естественно заболоченных мест, с тем чтобы растения могли впитать избыток питательных веществ, до того как они успеют вызвать цветение. Предложены также методы биоманипуляции — поощрения роста природных врагов водорослей. Среди альтернативных средств — ячменная солома и ультразвук.



Лучше всего было бы взять и убрать водоросли: тем самым мы поможем не только экосистемам, но и самим себе. Водоросли очень быстро и эффективно преобразуют энергию солнца в такие формы, в каких нам легко её использовать. Они запасают её в виде липидов (некоторые водоросли на 76% состоят из липидов), которые можно превратить в биодизель и авиационное топливо или применять в косметике и фармакологии. Белок водорослей — хорошая основа для корма и пищевых добавок, а из углеводов получают этанол и метанол. К тому же водоросли можно напрямую скармливать анаэробным организмам, производящим метан, или использовать в качестве удобрений для восстановления структуры эродированной почвы.



Сделать это эффективно не так-то просто. Несмотря на стремительное развитие производства биотоплива из водорослей, на сбор последних по сей день уходит аж 30% затрат отрасли. Один из самых популярных методов — пневматическая флотация (ПФ), широко применяемая для очистки воды, — считается слишком дорогим на больших масштабах. Но всё может измениться.



ПФ очищает сточные воды, удаляя твёрдые частицы. Воду насыщают воздухом под давлением, затем пропускают её через распылитель, чтобы образовались пузырьки. Добавляется реагент для коагуляции, и твёрдые частицы вместе с пузырьками всплывают на поверхность, после чего их легко удалить. Метод эффективен, однако требует большого количества энергии.



Г-н Циммерман и его команда предлагают более дешёвую альтернативу. Суть нововведения в том, как образуются пузырьки. При использовании обычного распылителя микропузырьки лопаются, если становятся чересчур большими или подвижными. Предложенная система микрофлотации (МФ) не имеет движущихся частей, вместо этого используются динамические свойства самой воды. Когда воздух входит в систему, поток воды начинает «вилять» из стороны в сторону благодаря так называемому эффекту Коанда. Колебание жидкости выбрасывает пузыри на поверхность, когда те находятся ещё на «младенческой стадии», — намного раньше, чем они вырвались бы на свободу сами собой.



Остаётся добавить совсем немного коагулянта, и эти пузырьки вынесут вместе с собой микроскопические частицы, в том числе клетки водорослей.



Традиционные системы дόроги, потому что надо закачивать и газ, и воду, а закачка воды потребляет много энергии. При МФ достаточно закачивать только газ. Не нужны ни большие баки-сатураторы, ни дорогостоящая сертификация системы охраны труда в условиях работы с высоким давлением. По своей производительности МФ сопоставима с ПФ, но ей достаточно всего 5–10% от капитальных затрат и эксплуатационных расходов ПФ.



Лабораторный прототип удерживает пузырьки на поверхности довольно долго и способен обработать 200 л воды. Для коммерческого использования этого слишком мало, так что работа продолжается. В перспективе системы МФ можно будет устанавливать в лагунах. Идёт поиск органических коагулянтов, которые лучше всего подходят к pH воды и разновидностям водорослей. Разумеется, следует изучить все возможные эффекты МФ, прежде чем предложить этот метод экосистемам.



Дмитрий Целиков


 

Оставьте свой отзыв!