Нехватка чистой воды и качественное очищение водных объектов входят в топ тем, которые актуальны для жителей мировых мегаполисов. Рассказываем о самых интересных технологиях очистки, которые используются для решения этих проблем.

В Москве используют разные способы очистки водных объектов, включая микробиологические и гидроботанические методы. Речь идет о растениях и микроорганизмах, которые поглощают загрязнения.

«Это сравнительно молодые, но уже доказавшие свою эффективность технологии», — говорят в московском Департаменте природопользования и охраны окружающей среды.

В столице внедрили несколько таких технологий.

Роль естественного фильтра на некоторых водных объектах выполняет эйхорния. Это растение часто называют водным гиацинтом.

Оно поглощает и перерабатывает загрязняющие вещества в процессе своей жизнедеятельности. Вдобавок эйхорния ускоряет окислительные процессы в водной среде, и лишние углеродные соединения быстрее распадаются. А развитая корневая система позволяет быстро осаждать взвешенные в воде вещества.

Исследования показали, что водный гиацинт существенно снижает содержание нефтепродуктов, хлоридов, сульфатов и других загрязнений.

С помощью водного гиацинта проводят последний этап очистки воды на 45 прудах-отстойниках. Сюда попадает поверхностный сток с городских улиц.

Каждый сезон специалисты высаживают тысячи водных гиацинтов. Они размножаются очень быстро, но мешает климат: как только температура падает ниже 12 градусов, эйхорнию перемещают в теплицы.

В городе около 300 прудов, и чтобы поддерживать их в оптимальном состоянии, прямо в водоемах создают биоплато. Это специальные зоны для высадки водной растительности.

Для них подбирают растения, способные извлекать биогенные загрязнения из воды и препятствовать размножению водорослей. Например, разные виды ириса, тростник, камыш, кувшинки, сусак зонтичный и  рогоз узколистный.

Всего в 2023 году в Москве высадили около 70 тыс. растений в рамках реабилитации городских водоемов. Площадь новых биоплато — 3,5 тыс. кв. м.

Недавно в Москве опробовали еще одну новую биотехнологию — так называемые эффективные микроорганизмы (ЭМ). Они поглощают вещества, которые не пригодны для других форм жизни, и превращают тяжелые металлы в безопасные для окружающей среды соединения.

Микроорганизмы помещают в небольшие шарики вместе с отрубями и водой. В виде таких ЭМ-колобков их отправляют в воду.

Технологию протестировали на старинном пруде в «Аптекарском огороде». Ожидается, что ЭМ-колобки помогут восстановить природный баланс водоема и уменьшить донные отложения.

Плавсредства — по-прежнему самый популярный способ избавиться от крупных загрязнений в водоемах. На небольших баржах или катерах размещают устройства для очистки. Это могут быть сетчатые экраны, которые фильтруют мусор. Или экскаваторы, вычерпывающие придонные отложения. Есть даже катера с косилками для водорослей.

Но такие плавсредства можно использовать не везде. Например, в Монако для очистки воды на пляжах раньше запускали компактные скутеры. И даже они мешали отдыхающим, создавая риски для пловцов.

Поэтому Monaco Sanitation Company, управляющая водными объектами, переключилась на автономных роботов весом около 20 кг. Робот оснащен сеткой с ячейками до 150 микрометров. Это позволяет собирать не только плавающий у поверхности мусор, но даже нефтепродукты и микропластик.

К роботу крепится зонд для сбора водных проб. Все полученные данные поступают на веб-платформу, которая формирует карту загрязнений.

Помимо Монако, плавучих роботов уже внедрили в других европейских странах и городах, включая Сен-Тропе. Чаще всего их используют в небольших портах, яхтенных маринах, узких каналах или закрытых акваториях.

Индийский ученый Прашант Шарма придумал бактериальный экошарик, который очищает воду и улучшает ее биохимический состав. Он работал над изобретением почти полтора десятка лет.

Каждый шарик весит около 40 г. Внутри — смесь из 14 видов грибов и бактерий с известковым порошком. Бактерии поглощают углерод и азот и очищают водную поверхность. Они также приводят кислотность (pH) к оптимальным значениям.

Впервые технологию испытали на муниципальных прудах и стоках города Амбикапур. «Мы начали работу с городского пруда Шамонти. Качество воды было удручающим», — вспоминает ученый.

Через три-четыре месяца после начала эксперимента показатель кислотности уменьшился с 9,46 до 6,89 (оптимальное значение pH — 7). Пришли в норму и показатели TDS (total dissolved solids — содержание растворенных твердых веществ).

После успешных испытаний в Амбикапуре практику распространили на три индийских штата.

Посреди перуанской пустыни, недалеко от Лимы, есть зеленый оазис — озеро Эль-Каскахо. Но оно так сильно пострадало из-за незаконных свалок и многочисленных ферм, что чиновники отказались восстанавливать экосистему. Озеро густо заросло водорослями и источало гнилостный запах, а площадь водоема сократилась со 150 до 40 га.

Перуанско-японский ученый Марино Морикава, который провел детство в этих местах, попытался исправить ситуацию собственными силами. Он придумал систему нанопузырьков — в 10 тыс. раз меньше по размеру, чем пузырьки в обычной газировке. Они опускаются на дно водоема и затем в течение 5–8 часов поднимаются на поверхность. Все это время нанопузырьки работают как магнит и благодаря ионам притягивают вирусы, бактерии и другие вредные микроорганизмы.

Теряя способность двигаться, микроорганизмы погибают. А когда достигают поверхности, то просто испаряются из-за солнечной радиации и ультрафиолета. В дополнение к наносистеме ученый использовал керамические фильтры, которые сам изготовил в гончарной мастерской.

Всего за четыре месяца озеро удалось обеззаразить, сюда вернулись больше 90 видов птиц и десять видов рыб. После Эль-Каскахо ученый приступил к более амбициозным проектам. Наиболее известный из них — восстановление озера Титикака, самого высокогорного в мире судоходного водоема.

Разработка Морикавы помогла сократить количество загрязняющих веществ в озере на 46–77% за 15 дней. После этого ученый занялся восстановлением экосистем после разливов нефти.

Общая протяженность водных каналов в Амстердаме — больше 100 км. Они выполняют роль транспортных артерий, мелиорационной системы и служат одной из главных городских достопримечательностей. Их даже включили в список Всемирного наследия ЮНЕСКО.

Но, как и в большинстве мировых столиц, водные объекты здесь сильно страдают от загрязнения. К концу 2010-х компания Waternet, которая управляет водными путями Амстердама, ежегодно вылавливала 42 тонны пластика.

Для очистки воды в городских каналах внедрили систему Great Bubble Barrier («Великий пузырьковый барьер»), разработанную одноименным голландским стартапом. Устройство представляет собой перфорированную трубку. Ее размещают на дне водного канала по диагонали. Через трубку под давлением постоянно пропускают сжатый воздух. В итоге в толще воды образуется экран из пузырьков.

Сталкиваясь с пузырьковым барьером, мусор поднимается на поверхность и направляется в специальную корзину, которую опорожняют три раза в неделю. По словам разработчиков, система собирает 86% мусора, проплывающего по каналу.

Потенциально пузырьки могут задерживать частицы размером от 1 мм, включая микропластик. Но в Амстердаме система сбора улавливает только загрязнения от 10 мм, например сигаретные окурки, пенопласт, обертки от сладостей, куски пластика или одноразовую посуду. Хотя попадается и намного более крупный мусор: в корзине находили телевизоры, уличные знаки, мотоциклетные шлемы и рождественские елки.

Пузырьковый барьер — это еще и образовательный инструмент. Он выносит на поверхность отходы, которые бы иначе остались незамеченными в толще воды и в конце концов исчезли в Северном море. Но благодаря пузырькам они хорошо видны прохожим.

Вслед за Амстердамом аналогичные системы начали устанавливать и в других голландских городах. В 2023 году барьер обещают установить в португальском Порту. Там пузырьки помогут задержать пластиковые отходы, попадающие из рек в Атлантический океан.