Канавы в верховьях, азот в низовьях

Учёный по качеству воды Лаура Кристиансон работает над решением проблемы «мёртвой зоны» — области с опасно низким уровнем кислорода — в Мексиканском заливе. Человеческая деятельность в бассейне реки Миссисипи, связанной с заливом, приводит к серьёзным проблемам с качеством воды ниже по течению. Во многих штатах Среднего Запада фермеры используют дренажные системы (tile drainage), чтобы осушать поля. Вода с этих полей через подземные трубы попадает в бассейн Миссисипи, унося с собой большие количества азота — естественного питательного вещества и компонента удобрений.

Кристиансон исследует способы сократить количество азота, попадающего в реки, с помощью траншей, заполненных древесной щепой — биореакторов. Их задача — перехватить воду на пути с поля в водотоки. Угрозу нейтрализуют бактерии, которые колонизируют щепу, используя её как пищу, что даёт им энергию для преобразования азота в безвредный газ. «Мы усиливаем естественный процесс», — говорит Кристиансон. Штаты в верхней части бассейна Миссисипи, такие как Миннесота, Айова и Иллинойс, являются горячими точками по содержанию азота в дренажных водах.

Агентство по охране окружающей среды США (EPA) поставило задачу двенадцати штатам, граничащим с Миссисипи, сократить количество питательных веществ, попадающих в реку и далее в Мексиканский залив. Там азот вызывает цветение водорослей, которые при разложении поглощают весь растворённый кислород, создавая «мёртвую зону» площадью более 5000 квадратных миль. Интерес к биореакторам как решению для качества воды растёт, их также начинают использовать для снижения уровня патогенов в муниципальных и аквакультурных сточных водах.

Типичный биореактор — это траншея длиной 100 футов и шириной 20 футов, глубиной 3,5 фута, заполненная древесной щепой и покрытая слоем почвы. Дренажные трубы с полей перенаправляются через эту траншею перед сбросом в ручей. Однако есть и сложности: бактерии менее эффективны в холодные весенние месяцы, а щепу необходимо обновлять примерно каждые десять лет. Кроме того, несмотря на некоторые гранты, убедить фермеров инвестировать в биореакторы, приносящие общественную пользу, непросто. Тем не менее, применение биореакторов продолжает расширяться, а их эффективность — повышаться.

Подробнее об исследованиях и внедрении биореакторов читайте в Journal of Environmental Quality.