Куда бы вы ни пошли, рядом с крупными строительными объектами построены резервуары для сбора ливневых вод, предназначенные для контроля потока дождевой воды и стока. По словам Лорен Э. Макфиллипс, доцента кафедры гражданского и экологического строительства в Пенсильванском университете, эти бассейны могут помочь в контроле стока азота в реки и озера.
Выступая сегодня (12 августа) на ежегодном собрании Экологического общества Америки в Луисвилле, штат Кентукки, она объяснила, что она и ее коллеги из Корнельского университета изучали резервуары для сбора ливневых стоков в районе Итаки, штат Нью-Йорк.
«Часть цели бассейнов для сбора ливневых стоков состоит в том, чтобы управлять потоком», - сказал МакФиллипс. «Мы все чаще пытаемся добиться от них большего качества воды».
Контролирование дождевого стока и улавливание отложений всегда было целью этих вездесущих бассейнов, но новые методы могут сделать их подходящими и для удаления нитратов из воды. Водоемы, которые исследовали исследователи, находятся в городских и пригородных районах, а нитраты образуются в результате атмосферных отложений на дорогах, сжигания автомобилей и удобрений для газонов.
«Эти бассейны всегда рассматривались как черные ящики, если смотреть на воду и процентную эффективность», - сказал МакФиллипс. «Однако разные конструкции этих бассейнов работают по-разному, и теперь мы рассматриваем производительность и конкретные механизмы удаления азота».
Азот является целью, потому что, хотя наша атмосфера на 78% состоит из газообразного азота, другие формы элемента, такие как нитраты, вызывают чрезмерный рост водорослей в водоемах. Эта эвтрофикация удаляет кислород из воды и создает подводные пустыни, где не могут жить рыбы и другие водные существа.
В общем, бассейны для ливневых стоков бывают либо влажными, либо сухими. Вода проходит через сухие бассейны за несколько дней, в то время как во влажных бассейнах вода стоит гораздо дольше. С нитратами в бассейне может случиться множество вещей. Может переходить в грунтовые воды, а затем в реки, ручьи и озера; его может поглощать растительность; или он может быть преобразован в другие соединения микробами, живущими в водоемах.
В то время как при разложении растительности в бассейне нитраты возвращаются в бассейн и грунтовые воды, некоторые микробные сообщества могут полностью превращать нитраты в газообразный азот, удаляя его. Исследователи взяли пробы бассейнов и проверили микробную ДНК на наличие гена, который может обеспечивать преобразование нитратов в газообразный азот. Этот ген вырабатывает фермент, который может превращать нитраты в газообразный азот.
"Обычно бассейны спроектированы так, чтобы они были сухими, но по мере накопления наносов из стоков и растительности, которая растет в бассейнах, они могут стать влажными", - сказал Макфиллипс.
Они обнаружили, что способность производить газообразный азот выше во влажных бассейнах, чем в сухих. Однако они также обнаружили, что при частичной конверсии образуются оксиды азота, а при потреблении органических веществ образуется метан, оба парниковых газа. Влажные бассейны показали более высокие уровни гена, который обеспечивает полное преобразование нитратов в газообразный азот.
По словам МакФиллипса, проектирование резервуаров для хранения воды с самого начала может снизить производство закиси азота, потому что чем дольше бассейны содержат воду, тем более полным будет преобразование нитратов в газообразный азот.
Что касается метана, МакФиллипс предполагает, что проектирование бассейнов таким образом, чтобы водоудерживающий слой находился под землей, а не на поверхности бассейна, может предотвратить выброс метана в атмосферу. Находящийся в почве кислород будет разлагать метан.
МакФиллипс в настоящее время изучает резервуары для сбора ливневых стоков в кампусе Университетского парка штата Пенсильвания для дальнейшего исследования.
Над этим проектом также работали М. Тодд Уолтер, профессор биологической и экологической инженерии Корнельского университета; и Натали Морс, недавно получившая докторскую степень в Корнельском университете.
Национальный научный фонд поддержал эту работу.