Спосіб покращення природної якості води та ефективності роботи спеціальних об’єктів водозабезпечення шляхом створення природно-штучного біомеліоративного комплексу

Реферат: Спосіб покращення природної якості води та ефективності роботи спеціальних об'єктів водозабезпечення шляхом створення природно-штучного біомеліоративного комплексу, для чого проводиться комплексна обробка водойм мікроорганізмами та вселення риб-меліораторів. Передбачається альголізація водойм суспензією - зеленої мікроводорості штаму Chlorella vulgaris ИФР № С-111, Chlorella vulgaris (BIN), Arthrospira platensis, Acutodesmus obliquus, 3 Dunaliella salina, Spirulina з коефіцієнтом пропускання 1,5-8 % в кількості 17-28 л на 1 млн м води в глибоководній частині та 14-26 л/га в мілководній частині водойм з глибиною не більше 5 м, зариблюють рибами-меліораторами, з різним спектром живлення (фітопланктофаги, зоопланктофаги, їх гібриди, споживачі вищої водяної рослинності, бентофаги), біотестування із вселенням гіллястовусих ракоподібних та реінтродукція цінних аборигенних видів риббіомеліораторів. UA 101959 U (12) UA 101959 U UA 101959 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі очистки природних вод біологічним способом і може бути впроваджена для реабілітації екосистем, відновлення ефективного водопостачання, покращення якості води і екологічного стану водних об'єктів. Місцем використання є різнотипні водотоки питного, іригаційного і спеціального водозабезпечення, які потребують покращення ефективності водопостачання, якості води, а також водні об'єкти, які використовуються для рекреації, естетично-ландшафтного призначення. На сьогодні існують аналоги корисної моделі в даній галузі, але переважна більшість із них стосується очищення стічних вод: наприклад, спосіб біологічного очищення стічної води за допомогою активованого мулу [патент на винахід № 73330]; спосіб біологічного очищення стічних вод іммобілізованими організмами на волокнистому носії [до патенту на корисну модель № 81251]; спосіб біологічного доочищення скидних стічних вод у відкритих руслах із використанням прикріплених мікроорганізмів [патент РФ № 2246449]; спосіб біологічного доочищення стічних вод [патент РФ № 2186738], що включає контакт стічних вод із вищими водяними рослинами і водоростями в проточних умовах. Способів же біологічної очистки природних вод відомо набагато менше. Зокрема, до них належать декілька винаходів, які в певній мірі можна вважати аналогами запропонованого способу: 1. Спосіб біологічного очищення природних і стічних вод [патент на винахід № 55767]. Суть даного способу полягає в тому, що вода проходить через блок-модулі насадки з синтетичного матеріалу, на поверхні якого іммобілізується мікрофлора, розміщена під дією постійного магнітного поля з різною силою магнітної індукції. Залежно від швидкості потоку і сили магнітної індукції спостерігається або активація, або інгібування ферментативної системи мікроорганізмів. Таким чином, змінюючи магнітну індукцію, можна або стимулювати життєдіяльність мікроорганізмів, що веде до прискорення окислення органічних речовин, або пригнічувати їхній розвиток. Недоліками даного способу є необхідність підбору магнітів з різною силою магнітної індукції, необхідність періодичного підмагнічування магнітного модуля, яке виконується 1-2 рази на рік. Крім того, даний спосіб стосується лише очищення води від органічного забруднення (окислення органічних речовин мікроорганізмами) і не може бути використаний для боротьби з біоперешкодами (вищими водяними рослинами, фітопланктоном, зоопланктоном, зооперифітоном, молюсками). 2. Спосіб біологічного очищення природних вод від органічних сполук [патент РФ № 2370460], суттю якого є механічна обробка природних вод за допомогою активного мулу з аерацією стиснутим повітрям, мембранна сепарація і наступне знезаражування. 3. Спосіб очистки води [патент на винахід № 21], який включає обробку води мікроорганізмами, що іммобілізовані на наповнювачі із відрізків волокна. Недоліком даного способу є необхідність використання спеціальних препаратів та реагентів. 4. Спосіб очистки забрудненої води [патент РФ № 2155721], що полягає в очищенні води активним мулом з використанням двоступеневої аераційної системи. Недоліком даного способу є складність технічного вирішення проблеми очистки води. Загальними недоліками даних способів є те, що вони: 1) дуже фінансово затратні; 2) не можуть бути використані для запобігання формування біоперешкод, які формуються заростями вищих водяних рослин, інтенсивним розвитком водоростей планктону, фіто- і зоообростаннями. Необхідність природної реабілітації різнотипних водних об'єктів шляхом створення природно-штучного біологічного комплексу зумовлена тим, що одним із найважливіших негативних чинників, які перешкоджають функціонуванню, погіршують якість води і екологічний стан об'єктів водозабезпечення, є біоперешкоди, зумовлені інтенсивним розвитком гідробіонтів різних трофічних рівнів і екологічних груп: вищі водяні рослини, планктонні водорості - збудники "цвітіння" води, водорості обростань, молюски роду Dreissena та інші види зоообростань, які оселяються на водозабірних решітках і облицювальних плитах, перешкоджаючи нормальному току води. Заростання каналів питного та іригаційного забезпечення, чи інших типів водотоків, вищими водяними рослинами, водоростями, молюсками роду Dreissena призводить до таких негативних наслідків: зменшення пропускної здатності водотоку (зокрема, каналу) вимагає збільшення витрат електроенергії для забезпечення достатнім обсягом води водокористувачів; збільшується зношеність електросилового та насосного устаткування на насосних станціях; 1 UA 101959 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 інтенсивне заростання решіток водозабірних споруд потребує значних витрат робочого часу та наявності спеціальних механізмів для їх очистки. При заростанні решіток водозабірних споруд збільшуються витрати електроенергії при перекачці води з каналу у зрошувальні системи; заростання облицювальних плит і решіток вищими водяними рослинами, водоростями і молюсками збільшує "шорсткість" поверхні; заростання русла та облицювальних плит каналу, крім зменшення водопостачання, призводить до погіршення якості води. Це вимагає значних додаткових витрат для її очистки. У цілому, біоперешкоди призводять до зростання вартості електроенергії до 1,17 грн. за 1 квт, це означає, що при заростанні русла каналу водяною рослинністю збільшуються витрати на електроенергію як на головній насосній станції, так і усіх насосних станціях, що перекачують воду з магістрального каналу на зрошувальні системи, на питне водопостачання та іншим водокористувачам. Збільшення витрат на очистку водних об'єктів і води для питного водопостачання від різних компонентів біоти приводить до збільшення тарифів для населення, що викликає соціальну напруженість та проблеми з оплатою за подану питну воду. Відомі технічні і механічні способи очищення водних об'єктів від біоперешкод є малофективними, особливо при формуванні обростань різних компонентів біоти. Використання хімічних способів очищення, крім їх малоефективності, є і досить фінансово затратним і призводить до значного погіршення гідрохімічного і токсикологічного режиму водних об'єктів, якості їх води. Задачею корисної моделі є екологічно безпечна природна реабілітація водних об'єктів, відновлення ефективності водопостачання, якості води і покращення їх екологічного стану. Поставлена задача вирішується шляхом створення природно-штучного біомеліоративного комплексу, для чого проводиться комплексна обробка водойм мікроорганізмами та вселення риб-меліораторів. Передбачається альголізація водойм суспензією зеленої мікроводорості штаму Chlorella vulgaris ИФР № С-111, Chlorella vulgaris (BIN), Arthrospira platensis, Acutodesmus obliquus, Dunaliella salina, Spirulina з коефіцієнтом пропускання 1,5-8 % в кількості 17-28 л на 1 3 млн м води в глибоководній частині та 14-26 л/га в мілководній частині водойм з глибиною не більше 5 м, зариблюють рибами-меліораторами, з різним спектром живлення (фітопланктофаги, зоопланктофаги, їх гібриди, споживачі вищої водяної рослинності, бентофаги), біотестування із вселенням гіллястовусих ракоподібних та реінтродукція цінних аборигенних видів риб-біомеліораторів. Запропоновані відокремлені ознаки відповідають критерію "суттєві відокремлення", оскільки для досягнення поставленої задачі не використовуються у відомих технічних рішеннях. Необхідною передумовою розробки та впровадження корисної моделі є комплексна оцінка стану водного об'єкта: дослідження гідрологічного і гідрохімічного режиму, біологічного різноманіття водної флори і фауни, зокрема іхтіофауни, оцінка біопродукційного потенціалу водної екосистеми, як енергетичної основи кормової бази риб, встановлення основних біологічних загроз ефективному фукціонуванню, якості води і екологічному стану водного об'єкта: "цвітіння" води планктонними водоростями, вегетація фітообростань (перифітону), формування біоперешкод заростями вищих водяних рослин, інтенсивним розвитком молюсків роду Dreissena та інших видів зообростань. Характерною особливістю є те, що фітопланктон відрізняється можливістю життєдіяльності в широкому температурному діапазоні (від 2 до 40 °C), стійкістю до шокових реакцій (заморожування) та здатністю розвиватись в екстремальних умовах. В процесі фотосинтезу 3 виділяється у воду велика кількість кисню (до 14 мг/дм ). Кисень в період виділення знаходиться в атомарному стані та має підвищену здатність до окиснення. Атомарний кисень розриває довгі ланцюжки вуглеводів, що входять до складу нафтопродуктів, утворюючи при цьому вільні радикали, які утворюють продукти, що осідають на дно водойми, далі вони піддаються подальшому розкладанню під дією специфічних нафторозкладаючих бактерій. Важкі метали в таких умовах переходять у вищі ступені окиснення та утворюють з аніонами нерозчинні сполуки. При цьому відбувається зниження вмісту у воді неорганічних форм азоту та фосфору, оскільки вони є поживними речовинами для клітин мікроводоростей. Утилізація різноманітних сполук, що містять азот та фосфор, проходить настільки ефективно, що не розвиваються інші види водоростей (зокрема ціанобактерії), що позитивно впливає на якість води в природних джерелах, які використовуються як в рекреаційних цілях, так і для виробництва питної води. У результаті перелічених процесів відбувається покращення хімічних, мікробіологічних та санітарно-гігієнічних показників. 2 UA 101959 U 5 Таким чином, спосіб покращення природної якості води та ефективності роботи спеціальних об'єктів водозабезпечення шляхом створення природно-штучного біомеліоративного комплексу дозволяє проводити екологічно-безпечну реабілітацію водних об'єктів різного призначення без використання механічних і хімічних методів очищення, підвищувати ефективність водопостачання і є безпосереднім виробничим компонентом, що забезпечує оптимальне функціонування водного об'єкта та зменшення тарифів за водопостачання і соціальної напруженості. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 Спосіб покращення природної якості води та ефективності роботи спеціальних об'єктів водозабезпечення шляхом створення природно-штучного біомеліоративного комплексу, для чого проводиться комплексна обробка водойм мікроорганізмами та вселення риб-меліораторів, який відрізняється тим, що передбачається альголізація водойм суспензією зеленої мікроводорості штаму Chlorella vulgaris ИФР № С-111, Chlorella vulgaris (BIN), Arthrospira platensis, Acutodesmus obliquus, Dunaliella salina, Spirulina з коефіцієнтом пропускання 1,5-8 % в 3 кількості 17-28 л на 1 млн м води в глибоководній частині та 14-26 л/га в мілководній частині водойм з глибиною не більше 5 м, зариблюють рибами-меліораторами, з різним спектром живлення (фітопланктофаги, зоопланктофаги, їх гібриди, споживачі вищої водяної рослинності, бентофаги), біотестування із вселенням гіллястовусих ракоподібних та реінтродукція цінних аборигенних видів риб-біомеліораторів. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3