Выводы французских ученых - экобассейны

Главный принцип нескольких последних десятилетий – стремление к наименьшему загрязнению окружающей среды и «долговременному разумному развитию». В рамках этой тенденции особенно актуальным становится вопрос: могут ли водные растения использоваться для очищения и дезинфекции воды вместо химических средств, которые уничтожают и патогенные микробы, и органические отходы, образующиеся в результате деятельности человека?

Патогенные микробы, органические отходы, водоросли – все эти элементы несут угрозу различных заболеваний. Поэтому в процессе фильтрации и очистки воды в бассейне от них необходимо избавляться.

Патогенные микробы. Это словосочетание состоит из двух терминов: микроб – микроорганизм и патогенный – способный вызвать заболевание. Именно такое понятие используется в различных научных, технических и нормативных текстах. Согласно научному определению, патогенные микробы – это живые существа, не различимые невооруженным глазом: бактерии, вирусы, грибки, проникающие в воду через почву. Также они могут переноситься людьми и животными, которые купаются в водоемах.

• бактерии: стафилококки, стрептококки, лептоспироз, псевдомонады, микобактерии;
• вирусы: вирус гепатита А, вирус подошвенной бородавки;
• простейшие: некоторые виды амеб;
• грибки: микоз.

Патогенные микробы могут вызвать, например, такое опасное заболевание как лептоспироз. Носители этой инфекции – грызуны – все лето проводят вблизи от водоемов. Через их мочу в воду попадает бактерия лептоспир. Соответственно ею легко заражаются купающиеся в этом водоеме.

Наиболее сильные вспышки болезни наблюдаются в летние месяцы вблизи от мест купания (прудов, озер, рек). Симптомы лептоспироза таковы: в течение одной-двух недель после заражения поднимается температура, появляются мышечные, суставные и брюшные боли, сильные мигрени. Заболевание может также распространиться на мозговую оболочку, печень, почки, легкие.

Органические отходы также являются элементами, от которых необходимо избавляться в процессе фильтрации воды. Слюна, мокрота, слизь, слезная жидкость, секрет сальных желез, пот, чешуйки кожи, косметика, масло для загара, пыльца, насекомые – все это может стать источником питания для патогенных бактерий.

Водоросли. Если в вашем бассейне появились водоросли, знайте: за ним плохо ухаживают. Особое внимание пора уделить фильтрации воды и чистке бассейна. Речь идет не о длинных зарослях, а о микроскопических хлорофилловых растениях. Они прекрасно развиваются при температуре воды 20 С, хорошей освещенности и повышенном уровне рН (+7,6).

Сами по себе водоросли не обладают токсичными свойствами, но при этом они создают благоприятные условия для развития бактерий и грибков – идеальной основы для развития патогенных бактерий. Ну и, конечно, нельзя исключить опасность скольжения и связанных с этим несчастных случаев.

Пытаясь уменьшить загрязнение окружающей среды, ученые решили проверить гипотезу, согласно которой водные растения могут выполнять те же очистительные функции, что и химические средства обработки. Особенно это важно для водоемов, в которых купаются дети и пожилые люди – те, кто наиболее подвержен воздействию инфекций и на кого химические вещества могут оказать максимальное влияние.

Тем более, что ученые утверждают: «Носителями патогенных микробов являются не только больные, но и здоровые люди и животные. Все очень индивидуально, и даже привитый от заболеваний может быть их распространителем. Например, некоторые условно патогенные бактерии могут вызвать инфекцию у людей с ослабленной иммунной системой. Такие бактерии называют оппортунистическими».

Приведенные выше факты натолкнули ученых на мысль использовать растения для защиты воды в бассейнах. Их с давних пор используют в столь разных областях, как агроиндустрия, сельское хозяйство, градостроительство, промышленность, фитотерапия и косметология. И везде они приносят ощутимую пользу. Приведем несколько примеров.

Тростник в Камарге (Франция). Занимая огромную площадь в 15000 гектаров, он играет важную роль: на болотах, берегах прудов и рисовых полях тростник формирует естественный заслон, очищает огромные объемы воды, укрепляет песчаные почвы и позволяет размножаться многим видам птиц. Тростник также создает прекрасные условия для роста солончакового растения солерос. Во французских ресторанах оно неизменно пользуется большой популярностью как в натуральном, так и в маринованном виде.

Растения, удерживающие азот. С давних пор бобовые растения (клевер, горох, фасоль) с успехом используют в сельском хозяйстве: благодаря наличию на их корнях небольших наростов, наполненных бактериями (клубеньковая бактерия), они успешно удерживают атмосферный азот.

Фито-экстракция - сравнительно новая технология, использующая растения для извлечения, удержания и блокировки тяжелых металлов в загрязненной почве. В США эту технологию часто используют для очистки местности. Например, в промышленной зоне Нью-Джерси была успешно осуществлена фито-экстракция свинца.

На сегодняшний день в этой области действует более 200 успешных проектов. Конечно, подобная процедура очищения почвы от металлов имеет некоторые ограничения: необходимо учитывать глубину корней, скорость роста растений, их слабую биомассу. Но при правильном расчете результаты оказываются успешными.

Приведенные выше факты доказывают, что большинство растений обладает невероятными способностями, многие из которых мы открываем только сейчас. Но при этом они навязывают нам свои условия, нарушать которые категорически запрещено.

Существует основной принцип функционирования растения, и, каким бы великим ни был человеческий гений, он не сможет его изменить. Звучит этот закон очень просто: растение всегда адаптируется к естественным условиям той среды, которую выбрало для жизни:

• растения выживают в воде, где их корни находят питательные вещества;
• горные растения умеют жить на холодных и неуютных скалах, лишенных, казалось бы, всякой жизни;
•  мангровые леса в тропических регионах образуют огромную растительную массу и удерживают целые береговые откосы, на которых собирается глина и грязь;
• человеку не под силу создать то, что созидает природа. Но, к сожалению, человек может нарушить экологическое равновесие, что приводит к пагубным последствиям;
• занимаясь объединением земельных участков, в 60-е годы рабочие выкорчевали около 200000 км сельской изгороди. В результате были уничтожены не только ветрозащитная полоса и водная регуляция, но и целые экологические ниши;
• в целях развития сельского хозяйства производится вырубка мангровых лесов, защищающих прибрежные зоны от эрозии почв, обеспечивающих циркуляцию органических веществ и существование биологического разнообразия. В итоге экология данного региона оказывается под угрозой.

Прежде чем приступить к самой сути теории, разберемся в ее основных понятиях. Вот что, к примеру, пишет представитель Министерства национального образования и научных исследований (Франция): «Итак, обобщим! Прежде чем приступать к осуществлению теории, необходимо знать основы функционирования экосистемы.

Она состоит из биотопа и биоценоза, описывающих взаимодействие живых существ друг с другом и с окружающей средой. Если будет нарушен хотя бы один из элементов этой цепочки, то будет разрушено равновесие всей системы».

Биотоп – среда обитания живых существ.

Биоценоз – живые существа (животные, растения, микроорганизмы), находящиеся  в одной и той же среде (биотопе).

Эти понятия совершенно необходимы, поскольку использование водных растений воссоздает настоящую экосистему со всеми присущими для нее законами функционирования.

Приведем также определение бассейна: «Бассейн – это установка, состоящая из герметичного искусственного резервуара, расположенного в закрытом месте и/или на открытом воздухе, предназначенная для купания. Вода в нем должна быть профильтрована, обеззаражена, в нее должны постоянно добавляться дезинфицирующие средства. К бассейну относится также все оборудование, необходимое для функционирования этого резервуара» (Французская Ассоциация Стандартов).

При описании чаши, очищаемой с помощью водных растений, мы будем использовать термин «искусственное место для купания». Именно такое название было утверждено Комитетом экспертов-специалистов в опубликованном им отчете «Санитарные риски, связанные с искусственными местами для купания» (июль 2009).

Свою деятельность по оценке санитарных рисков, связанных с искусственными местами для купания, Французское агентство по санитарной безопасности окружающей среды и труда начало еще в декабре 2006 года по поручению Министерства здравоохранения и окружающей среды.

В этот рабочий комитет вошло множество квалифицированных специалистов и организаций: Национальный центр научных исследований (CNRS), Институт сельскохозяйственных исследований Франции (INRA), Департаментское управление по санитарным и социальным вопросам (DDASS), биологи, микробиологи, экологи, врачи, преподаватели университетов. Все они обсуждали одну проблему - здравоохранение в контексте вопроса «Вода и биологические факторы».

Этой комиссии и принадлежит авторство первой экспертизы, выводы которой должны были донести до высокопоставленных лиц мнения ученых о несоответствии искусственных мест для купания требованиям, которым подчиняются бассейны и оборудованные водоемы (реки, озера, морские побережья).

• «Единственным научным параметром, по которому ученые отделяют бассейн от места для купания, является критерий воды, которая должна соответствовать по своему составу продезинфицированной воде, чтобы исключить распространение бактерий и водорослей».
• «Искусственное место для купания – предназначенный для плавания резервуар с водой, в котором хранится как обработанная, так и необработанная вода без добавления дезинфицирующих средств».
• Обобщив научные выводы, эксперты считают, что для коммерческих мест купания неприемлемо название «экологический или биологический бассейн».

Искусственное место для купания состоит из нескольких обособленных частей. Их взаимодействие позволяет поддерживать воду в надлежащей чистоте:

• зона регенерации (зона очистки биотопа или зона очистки с помощью микроорганизмов);
• зона фильтрации (зона декантации);
• зона насыщения кислородом (водопад, ручей, перепад воды);
• плавательная зона.

Под регенерацией в этой теории понимается восстановление главных свойств воды, ее способность к самоочищению. Этот процесс обеспечивается как водными, так и подводными растениями. В нашей стране они распространены на территориях с влажными почвами, на берегах прудов и озер. Именно такой биотоп способствует их развитию и питанию. Сами растения, в свою очередь, специально адаптируются к условиям среды, в которую попали:

• водные растения, выступающие на поверхность воды – это растительность, произрастающая по берегам рек: рогоз, тростник обыкновенный, болотный ирис, камыш, осока, стрелолист, циперус;
• воды растения, погруженные в воду произрастают под водой и характеризуются быстрым распространением: канадская элодея, уруть, рдест;
• плавающие водные растения – самый красивый вид «очищающих» растений: белая кувшинка, водяная лилия, морской гиацинт. Служат прекрасным украшением для вашего водоема.

Именно эти растения высаживают в зоне регенерации искусственного места для купания. Чтобы они быстрее адаптировались, обычно выбирают виды растений с гидропонной корневой системой («голые корни»). Для быстрого роста такие растения нуждаются лишь в растворенных в воде органических веществах. Большую роль в этом процессе играют нитрифицирующие бактерии (нитробактерии).

Они появляются в биотопной среде по мере ее старения и превращают вещества, изначально не пригодные для питания растения, в легко усваиваемые ими. Например, азот (мочевина, нитрит) они превращают в нитрат. То же самое происходит и с фосфатами, железом, медью, марганцем, бором и другими элементами. Чем больше различных элементов входит в составе воды, тем большее количество питательных веществ получает растение, очищающее водоем.

При всей экологичности данной системы она очень хрупка, поскольку зависит от множества разнообразных факторов: природы и состава воды, осадков, температуры, уровня рН, отсутствия нежелательных химических элементов, насыщения кислородом, микроорганизмов и других представителей фауны.

По мнению разработчиков концепции, зона фильтрации должна занимать 1/3 всей системы. Это, по мнению ученых, сможет обеспечить надежное очищение воды.

Зона фильтрации состоит из гальки, щебня и окатанного гравия. Часто в нее добавляют крошку пуццолана – вулканической породы (диаметром от 5 до 20 мм), которая часто используется для обустройства цветников. Иногда в зону фильтрации добавляют и цеолит – другой вид вулканической породы.

Целью ученых, разрабатывающих этот проект, было создание условий фильтрации, идентичных натуральным, естественно существующим в природе. Источником вдохновения для них служили горные породы, которые очищают воду, проходящую через них – недаром горную воду часто называют кристально чистой.

Фильтры в бассейнах созданы по тому же принципу, но включают в себя песок с добавлением мелких зерен. Их свойства усиливают добавлением флокулянта, который образует «пучки». Благодаря им и достигается высокое качество фильтрации. Когда же фильтр в бассейне засоряется, производят его быструю гидравлическую очистку. К сожалению, зона фильтрации в искусственном месте для купания не позволяет производить такую очистку «фильтра»: слишком большой объем зоны фильтрации делает ее просто невозможной.

Одно из условий успешного существования самой концепции искусственного места для купания. Поскольку вода не подвергается никакой химической обработке, в ней присутствует определенная доля нитратов и фосфатов, предназначенных для питания водных растений. Это заставляет постоянно заботиться о насыщении воды кислородом, чтобы стимулировать биологическую активность растений и в то же время противодействовать развитию водорослей, которые как раз и питаются фосфатами.

Этот природный феномен получил название «эвтрофикация». Он заключается в нарушении экологического равновесия, причина которого лежит в излишнем обогащении воды минеральными солями (в частности нитратами и фосфатами). В результате в озерах и прудах начинается активное развитие нитевидных водорослей.

Чтобы избежать этого, воду необходимо обогащать кислородом. Ведь для очищения воды ее необходимо заселить бактериями, оказывающими благоприятное воздействие на окружающую среду. Без них быстро увеличивается рост нитевидных водорослей. Недаром владельцам бассейнов приходится периодически избавляться от водорослей при помощи сачка и электрического робота для очистки дна. Проводить эту длительную процедуру очистки приходится один-два раза в неделю, чтобы избежать травм, возникающих из-за скользких водорослей.

Что касается искусственных мест для купания, то в них эта проблема решается с помощью каскадов, ручейков, перепадов воды и водопадов, а также с помощью «трубки Вентури» или воздушного компрессора, выполняющих главную функцию – насыщения воды кислородом. Дело в том, что автономный электрический робот, применяемый для очистки бассейнов, совершенно не приспособлен для искусственных мест для купания. Размер и количество водорослей в них так велико, что вызывает быстрое засорение машины.

Поэтому, когда обнаруживается сильное развитие водорослей и возникает необходимость их разрушить, место для купания сначала обрабатывают активным кислородом и лишь затем используют аппарат очистки.

Что думают об искусственных местах для купания специалисты Французского агентства по санитарной безопасности окружающей среды и труда (Afsset)?

После долгих исследований концепции искусственных мест для купания Afsset, наконец, вынесло свой вердикт.

Было отмечено, что его главной целью является забота о здоровье граждан, поэтому он и предоставил публике доступ к отчету о своих последних исследованиях. Эта информация будет особенно интересна тем, кто в недалеком будущем собирается пользоваться подобными местами для купания.

Итак, первая «биотопная акватория» была создана в 2002 году в Савойе. Она управлялась по принципу общественного бассейна, а ее площадь составляла 3700 куб.м. С самого открытия акватории СМИ поддерживало к ней горячий интерес. Многочисленные репортажи, встречи с учеными, положительные отзывы – все это создало настоящую шумиху вокруг «первого искусственного места для купания».

Согласие на этот проект было дано Французским советом по общественной гигиене, однако он был объявлен «опытным» и имел ограничение в функционировании – 3 года. Но уже через два года, в мае 2004, Afsset, «в силу трудностей функционирования и нехватки общего управления», высказался против «внедрения других подобных систем на национальной территории».
Проблемы начались еще раньше.

Еще в 2003 году искусственное место для купания было закрыто на неделю из-за чрезмерного развития бактерий и распространения зеленых и нитевидных водорослей. В дальнейшем Afsset отмечал: «Дефекты функционирования системы (технические, экономические, санитарные) продолжались и в последующие году, а особенно стали заметны в сезон 2006 года».

Проблемы были налицо: возросшие случаи обнаружения золотистого стафилококка, сильное развитие водорослей и сине-зеленых бактерий, значительный органический и минеральный осадок на дне водоема.
Причиной этих санитарных нарушений было признано недостаточное развитие всей концепции.

Сложность состояла и в трудности адаптации этой концепции на разных территориях, отличающихся всеми характеристиками, начиная от геоморфологических и заканчивая климатическими. Был сделан общий вывод, что применение данной концепции на практике представляет собой большую сложность.

Хозяин комплекса в Савойе предпринял целый ряд мер по улучшению проекта. С 2002 по 2006 была проведена глубокая реструктуризация гидравлического управления водоемов и зоны очистки. Водоемы были полностью опорожнены и обновлены.

Но даже столь глобальные изменения не принесли желаемого результата. В 2009 году «биотопная акватория» была вновь закрыта (с 17 по 22 августа). Причиной этого стало обнаружение в воде большого количества бактерий золотистого стафилококка. С целью обновления значительной массы воды было произведено переполнение водоемов.

Это, в свою очередь, позволило также снизить температуру воды: сильная жара была одной из причин быстрого развития болезнетворных бактерий. Свои жесткие меры Afsset объясняет тем, что хотя для данных комплексов еще не существует никаких правовых норм, они несут столь большую угрозу, что общественность может только одобрить спешное закрытие этих мест для купания.

Комитет экспертов по состоянию воды в искусственных местах для купания: мнения и рекомендации.
По результатам экспертиз, взятых в искусственном месте для купания, был написан подробный отчет (180 страниц). На его основе вскоре планируется издание постановлений и циркуляров Министерств, запросивших данное исследование.

Для тех, кого выводы ученых интересуют уже сейчас, публикуем подборку отзывов специалистов из разных стран, которые занимались изучением этой проблемы.

• «В результатах анализа была сознательно преуменьшена опасность, которую представляет собой физико-химическое и микробиологическое качество воды».
• «Мы наблюдаем, что распространение водорослей постоянно повторяется. Это свидетельствует о частых нарушениях равновесия системы. На сегодняшний момент еще не высказано ни одного убедительного доказательства того, что метод биологической очистки является достаточно эффективным для фильтрации и контроля состояния воды».
• «В связи с последними исследованиями не был принят проект нормативного акта Бундесрата, связанный с очисткой воды в водоемах и бассейнах. Планировалось, что этот нормативный акт объединит в одну юридическую категорию бассейны и искусственные места для купания. Как видим, этого не произошло».
• «Оценка санитарного качества воды, взятой из «мест для купания», не основывается ни на какой правовой базе».
• «Чтобы микроводоросли и сине-зеленые бактерии нормально росли и развивались, они нуждаются в хорошей освещенности и питательных веществах, насыщенных азотом и фосфатами».
• «Микроводоросли и сине-зеленые бактерии представляют собой реальную угрозу, когда среди них начинают распространяться токсичные виды, которые постепенно вытесняют местные водоросли».
• «Научно доказано, что вместе с одним купающимся в воду попадает от 0,8 до 1 г азота и от 20 до 46 г фосфатов».
• «В условиях закрытой среды повышение температуры до 23-25 С ускоряет процесс развития патогенных микробов, микроводорослей и сине-зеленых бактерий».
• «Купание в искусственных местах строго запрещено людям, чувствительным к инфекциям (ослабленный иммунитет, беременные женщины, старики, дети), а также купальщикам с симптомами диареи, рвоты, кожных инфекций».
• «Для поддержания хорошего микробиологического качества воды необходимо постоянно пополнять водоем. Благодаря «эффекту разбавления» качество воду будет повышаться».
• «Необходимо привлечь особое внимание работников медицинской сферы к проблемам, связанным с купанием в искусственных водоемах. Они представляют собой большую санитарную опасность. О патологиях, диагностируемых у посетивших такие места для купания, следует сообщить также санитарным властям».