Биоплато представляют собой инженерные конструкции, предназначенные для очистки природных и искусственных водоёмов (прудов, озёр и водохранилищ) и водотоков (ручьёв и рек). Технология, применяемая на биоплато, относится к гидроботаническим методам очистки загрязнённых вод. Гидроботанические методы основаны на естественной способности биологической среды при благоприятных условиях производить очистку воды и утилизацию имеющихся в ней загрязнений. При этом происходит:
– удаление токсических веществ и плёнок (или их связывание);
– удаление биогенных веществ (фосфор, азот);
– интенсификация распада ряда химических соединений;
– обезвреживание ряда химических соединений.
Используемые при проектировании биоплато биотехнологические решения позволяют захватывать растворённые в воде загрязняющие вещества, поглощать их, и затем — перерабатывать или утилизировать. В сравнении с биоплато классические очистные сооружения, основанные на механических, химических и физических методах очистки, характеризуются высокой капиталоёмкостью. Это при чрезвычайной многочисленности источников загрязнений водных объектов и их сравнительной малости (локальности распределения) делает классические очистные сооружения нерентабельными. Именно по этой причине биоплато оказываются экономически эффективной альтернативой по очищению воды. Из практики проектирования и строительства биоплато можно утверждать, что удельные капвложения в биоплато в несколько раз меньше, чем в стандартные очистные сооружений. Помимо низких затрат на этапе собственно строительства биоплато также отличается малыми эксплуатационными издержками. Поэтому именно биоплато является тем экономичным решением, которое может быть использовано для рекультивации бесчисленного числа малых водных объектов.
Другой важной характеристикой биоплато является их высокая экологичность — биоплато фактически являются элементом природной среды, а не искусственным сооружением. Биоплато даже в заброшенном состоянии не накапливает вредные вещества, не отравляет окружающую среду, и не оказывается инородным телом ни в природных, ни в антропогенных ландшафтах.
В конструктивном отношении биоплато представляет собой водную чашу, которая всегда является частью какого-либо водоёма или водотока. В пределах водной чаши устраивается мелководный режим течения воды через заросли специально подобранных ботанических культур прибрежно-водной растительности. Конструкция слоёв грунтов, укладываемых в биоплато, сама форма биоплато и режим течения воды проектируются таким образом, чтобы создать оптимальный режим жизнедеятельности для двух основных элементов экосреды биоплато:
– гетеротрофов;
– автотрофов.
Гетеротрофы представлены бактериями, простейшими и беспозвоночными. Жизнедеятельность гетеротрофных организмов сопровождается поглощением содержащихся в воде органических веществ. Гетеротрофы разлагают органику до воды, углекислоты, азота и фосфора.
Автотрофы на биоплато представлены двумя группами — водорослями и макрофитами. Являясь первичными продуцентами, автотрофы потребляют разложенные гетеротрофами составляющие органических веществ (органику). С помощью фотосинтеза они создают новую безвредную органику — собственное тело. Однако по мере роста автотрофов они должны удаляться из водной среды, а в конце периода вегетации их удаление чрезвычайно просто обязательно (чтобы не происходили обратные процессы разложения).
Макрофиты, являясь частью автотрофов, делятся на:
– воздушно-водные макрофиты;
– погружённые макрофиты;
– свободноплавающие макрофиты.
Воздушно-водные макрофиты — водные растения, корни и часть побегов которых находятся в воде, а другая часть побегов возвышается над водой. Воздушно-водные макрофиты представляют наибольшую важность для интенсификации очищения воды. В качестве воздушно-водных растений наиболее часто выступают: рогоз широколистный, рогоз узколистный, тростник обыкновенный, камыш, вольфия, водяной шпинат. Отличительной характеристикой этих видов растений, помимо прочего, является обильная вегетативная и корневая масса, а также высокая интенсивность роста. Кроме того, заросли воздушно-водной растительности создают оптимальные условия для жизнедеятельности вышеописанных гетеротрофов. Воздушно-водными макрофитами должна быть занята практически вся площадь зеркала воды в биоплато (70―100 %). Благотворное влияние жизнедеятельности воздушно-водных макрофитов на очищение загрязнённого стока проявляется в:
– выпадении в осадок взвешенных наносов;
– поглощении углекислоты, азота и фосфора;
– участии в поглощении нефтепродуктов (наряду с бактериями);
– создании благоприятных условий для гетеротрофов;
– обогащении водной среды и грунта кислородом, что также улучшает условия для существования гетеротрофов.
Погружённые макрофиты — водные растения, все части тела которых находятся под водой, а корневая система фиксируется на дне или камнях. С точки зрения очищения воды к наиболее эффективным погружённым макрофитам относятся роголистник и элодея канадская.
Свободноплавающие макрофиты — водные растения, корневая система которых не требует обязательного погружения в грунты дна. При выборе видов свободноплавающих растений наибольшую эффективность очистки воды показывает эйхорния. С одной стороны, в южных тёплых водах эйхорния является водным сорняком, который способен заполнить всю площадь водоёма. Но растение не морозоустойчиво, и в регионах с наличием в течении года отрицательных температур эйхорния полностью вымерзает. Корневая система эйхорнии с большой скоростью расщепляет различные водные примеси до простейших соединений, после чего производит их поглощение. Растение потребляет из воды углеводород, азотистые соединения, фосфор.
Различные виды макрофитов имеют свои важные особенности. К примеру, тростник обыкновенный применяется в условиях повышенного содержания солей, рогоз — при загрязнении нефтепродуктами. При разработке проекта рекультивации и очистки водного объекта как правило в пределах биоплато закладывается высадка различных культур макрофитов. В дальнейшем виды, наиболее приспособленные к фактическим температурным и эколого-ботаническим условиям, начинают доминировать на площадке биоплато.
К основным недостаткам биоплато, которые ограничивают возможности их применения при проектировании рекультивации и восстановления водных объектов, относятся:
– функционирование только в тёплый период года (за исключением тёплых сточных вод с температурой не ниже 5 °C);
– необходимость использования сравнительно большой территории;
– невозможность использования в сильно загрязнённой среде (при высокой концентрации ядохимикатов и т.п.).