Machines vivantes

Les machines vivantes sont une forme du traitement des eaux résiduaires biologique conçu pour imiter les fonctions de nettoyage des marécages . Elles sont des systèmes intensifs de la bioremédiation qui peuvent également produire les sous-produits salutaires tels que les plantes ornementales de gaz du méthane , comestibles et, et des poissons . Des usines aquatiques et de du marécage , les bactéries , les algues , les protozoaires , le plancton , les escargots , les palourdes , les poissons et d'autres organizations sont employés dans le système pour fournir des fonctions trophiques spécifiques de nettoyage ou . Dans les climats tempérés , le système des réservoirs, des pipes et les filtres est logé dans une serre chaude pour soulever la température, et ainsi le taux d'activité biologique. Le développement initial des machines vivantes est généralement crédité au John Todd , et évolué hors du concept de Bioshelter développé au nouvel institut d'alchimie de maintenant-ancien. La machine vivante de est une limite trademarked tenue par le groupe vivant de conceptions, LLC de Taos, Mexique . Les machines vivantes font partie de la discipline naissante de la technologie écologique , et beaucoup de systèmes semblables sont établis dans le l'Europe sans être « les machines vivantes doublées. »

Théorie de conception

La balance des machines vivantes s'étend de l'expérience d'arrière-cour aux travaux publics sûrs . Quelques machines vivantes traitent l'eau usagée domestique dans petit, les villages écologique-conscients , tel que la Communauté de Findhorn de dans le Ecosse , et certains traitent l'eau usagée municipale mélangée pour des secteurs semi-urbains, tels que le Burlington du sud, le Vermontn .

Chaque système est conçu pour manipuler un certain volume de l'eau par jour, mais le système est également travaillé pour les qualités des eaux à traiter spécifiques. Par exemple, si les eaux à traiter contiennent des niveaux élevés des métaux lourds , la machine vivante doit être conçue pour inclure le biota approprié pour accumuler les métaux. Pendant la saison de « nettoyage », il peut y avoir des niveaux élevés de l'agent de blanchiment dans l'eau. Cette concentration soudaine d'une toxine est un exemple d'un gradient raide de .
les gradients raides de

sont les changements énergiques des conditions dans tout le système qui contestent l'écosystème pour devenir résilient et stable. Une machine vivante bien projetée exige la petite gestion, ainsi les directeurs peuvent intentionnellement créer les changements biochimiques brusques environnementaux ou du pour favoriser l'autorégulation d'écosystème. Ceci imite la puissance de la nature et forme l'écosystème pour s'adapter aux variations affluantes.
Les concepteurs de

cherchent à augmenter la superficie de contact extérieure que le biota ont avec les eaux d'égout pour favoriser des taux élevés de réaction. Quand les organizations ont l'accès facile aux eaux d'égout, elles peuvent les traiter plus complètement.

la machine vivante est cellulaire, par opposition à monolithique, dans la conception. Si affluant des changements de volume ou de maquillage, de nouvelles cellules peuvent être ajoutés ou omis sans arrêter ou toucher à l'écosystème.
les usines et les algues photosynthétiques du de

sont importantes pour l'eau de oxygénation du , fournissant un milieu pour le Biofilms , séquestrant les métaux lourds et beaucoup d'autres services. La diversité d'espèces de est un but de conception qui favorise la complexité et l'élasticité dans un écosystème . La redondance fonctionnelle (la présence des espèces multiples qui fournissent la même fonction) est un exemple important du besoin de biodiversité. Les escargots et les poissons filtrent le cambouis et agissent en tant que diagnostics ; quand une charge toxique entre, les escargots se lèveront au-dessus du niveau d'eau sur le mur du réservoir.

le micro-écosystème de la machine vivante peut être intégré avec le macro-écosystème juste comme les écosystèmes se fanent dans un un autre naturellement. Ce rapport est généralement établi avec un marécage construit ou normal extérieur dans lequel l'effluent coule. Quelques machines vivantes sont partiellement ou complètement ouvertes d'extérieur, et ceci favorise l'interaction avec l'environnement environnant.

Le les points ci-dessus sont une synthèse inachevée d'un papier par Todd et Josephson.

Comparaison avec le traitement conventionnel

Björn Guterstam critiques le traitement des eaux résiduaires conventionnel pour cinq insuffisances différentes qui adresse de machines vivante. Cette évaluation explique la base de ses cinq points de controverse :

d'abord, le traitement conventionnel se concentre étroitement sur traiter l'eau et produit un cambouis souvent toxique comme sous-produit de ce processus de nettoyage. Les machines vivantes peuvent considérablement réduire ce cambouis par conversion dans la biomasse.
de

du traitement d'utilisations produits chimiques nocifs conventionnels ambiant (à savoir chlore ) aux solides du précipité aussi bien que le phosphore et le chlore hors de l'eau à arranger dans le cambouis. Le traitement écologique emploie des processus biologiques au lieu des entrées chimiques.
Les procédés classiques de

ne séquestrent pas en juste proportion des métaux lourds, et le cambouis peut également contenir les composés organiques synthétiques il est extrêmement difficile décomposer que. Quelques critiques affirment que la disposition de ce cambouis n'est pas de façon responsable surveillée dans le Etats-Unis , ainsi l'excès de boue est parfois écarté sur la forêt publique ou même les superficies agricoles, vidé dans les remblais ou l'océan, et parfois incinéré. Ceci pollue non seulement l'environnement avec des concentrations anormalement élevées des toxines mais gaspille également une ressource valable. Les machines vivantes peuvent séquestrer des métaux lourds par prise d'usine et les usines peuvent être incinérées et les métaux être isolées en cendre pour le stockage sûr. Ces machines life-giving convertissent le cambouis en tissus organiques tels que les poissons, les fleurs et les plantes médicinales qui ont des utilisations humaines.

le microsystème contenu par

A peut être très réussi en réutilisant les aliments, la matière organique, et l'eau. Selon la toxicité et le maquillage des eaux à traiter, les machines vivantes peuvent traiter l'eau aux normes tertiaires de traitement et même atteindre des normes potables pour les la plupart ou toute la métrique. Cette excellente réutilisation organique est possible si le Biosolids ne sont pas fortement souillés avec les polluants persistants (tels qu'aluminium , qui retarde la croissance biotique). Les eaux à traiter municipales mélangées domestique/industriel sont plus polluées, ainsi une machine vivante peut toujours ne pas pouvoir traiter chaque contaminant aux niveaux qui ne souligneraient pas l'écosystème qui reçoit l'effluent. Dans ce cas-ci, plus de traitement est nécessaire, qui peut être réalisé par drainage dans les marécages construits par qui fournissent un type différent d'écosystème qui fournit une ligne fraîche des joueurs écologiques et des services qui peuvent plus loin traiter pollutants.

Les machines vivantes de

ont utilisé des palourdes pour filtrer les matériaux colloïdaux et les solides en suspension par amende. Le traitement conventionnel rencontre des ennuis de technologie quand il essaye de manipuler ces particules microscopiques.
Le traitement conventionnel de

est capital et grand consommateur d'énergie, tandis que le traitement normal est conception intensive (et également gestion intensive si elle n'est pas bien projetée). L'à énérgie de combustion fossile incorporé dans l'infrastructure industrielle lourde utilisée dans le traitement traditionnel de boue activée est beaucoup plus grand que dans la construction d'une machine vivante avec une grande serre chaude, la fabrication des réservoirs en plastique, les aérateurs mécaniques, les pompes et des valves entre l'autre équipement.

Guterstam affirme que les équipements traditionnels exigent un plus grand investissement de capitaux et exigent plus de travail et de coûts énergetiques que leurs contre-parties écologiques. Il est difficile de faire une généralisation au sujet des comparaisons économiques parce que jusqu'ici des machines vivantes ont été seulement construites en tant que la recherche relativement petite et expériences éducatives. La prochaine étape dans le développement de ces systèmes serait un écosystème à grande échelle qui a plus de diversité et de plus hautes populations pour traiter un plus grand volume d'eaux d'égout. Jusqu'à ce qu'il y ait une équivalence de balance, la comparaison économique entre les deux systèmes est quelque peu maladroite et spéculative. Cependant, il est sûr de dire que les machines vivantes sont écologiquement supérieures.

Le traitement des eaux résiduaires conventionnel est fortement inclus dans notre trousse à outils industrielle. Une révolution mondiale dans le traitement des eaux résiduaires exigerait d'une industrie et d'une profession entières de faire un décalage disciplinaire important à partir d'un foyer sur le industriel machinant à la technologie écologique du , à la biologie appliquée et à l'écologie . Des machines vivantes ont pour être faites encore sur une échelle comparable aux installations de traitement conventionnelles, et cette « biologie de balance » pourrait apporter des avantages ou des inconvénients dans l'efficacité.

Composants établis

Dans des climats chauds, les machines vivantes peuvent être dehors, car la température soutiendra l'activité biologique suffisante tout au long de l'hiver. Dans des climats tempérés, une serre chaude est employée pour maintenir des températures de l'eau chaudes de sorte que les usines ne déstéarinisent pas. Dans des climats froids le chauffage supplémentaire peut également être nécessaire.

Les machines vivantes utilisent les écrans, le Biofilters , la tuyauterie, les grands réservoirs en plastique, les lits tubulaires, les roches, les ventilateurs, les pompes et d'autres dispositifs mécaniques. Chaque système est conçu en fonction le volume et le maquillage des eaux d'égout. Certains sont les serres chaudes autonomes, alors que d'autres sont construits dans de plus grands bâtiments.

Le John Todd et James Shaw ont un brevet sur un dispositif appelé un " ; " à lit fluidisé écologique ; ce qui est essentiellement un réservoir rénovation-rempli avec un réservoir intérieur concentrique qui contient des plantes de marécage. Les pompes recyclent rapidement l'eau pour maximiser le taux de filtrage de ce dispositif.

Processus biologiques

La première étape du processus est un bassin de décantation anaérobie du . Ce réservoir anaérobie du fermé sert de traitement préparatoire pour permettre à des solides de tomber hors de la suspension et du précipité au fond du réacteur pour réduire la turbidité de l'eau. Une série de bactéries anaérobies sont présentes dans ce réservoir ; ils produisent des acides et fermentent le méthane. Cette étape peut être inutile si les eaux à traiter ont les niveaux bas des solides.

après, les eaux d'égout traverse un Biofilter des matériaux humiques d'écorce et . Ceci donne aux eaux à traiter sa première filtration et réduit les odeurs répandues en conditions anaérobies.

que le mélange entre alors dans une série de réservoirs aérobies. Le premier réservoir est une obscurité, le réacteur aérobie du de fermé-dessus qui sert d'étape transitoire. Le prochain réservoir est un réacteur à couvercle serti et aérobie qui contient les algues photosynthétiques qui fixent l'oxygène de nouveau dans autrefois le anoxique, l'eau trouble de du . Ceci fournit l'oxygène et l'aliment biologique (algues mortes) pour le métabolisme biologique et la respiration . Le microbien des communautés prolifèrent , et par la suite doivent consommer toutes les algues photosynthétiques du de sorte que les algues n'obstruent pas dehors les macrophytes dans des étapes postérieures.

beaucoup de types de bactéries immobilisent les minerais de polluant, mais certaines espèces des bactéries sont cruciales à la conversion nutritive du . Spécifiquement, le Nitrosomonas de et le travail du Nitrobacter de dans les étapes au nitrifient l'ammoniaque de , le transformant en nitrate , qui sont disponibles pour l'usine et la prise microbienne du . Le carbonate de calcium de du besoin de ces bactéries au catalysent cette réaction, ainsi les directeurs doivent maintenir les niveaux suffisants de calcium dans l'eau. Les bactéries de dénitrification telles que le pseudomonas fluorescens de convertissent les nitrates en azote gazeux , qui est volatilisé par dans ces réservoirs aérobies ouverts. La dénitrification est l'évier le plus souhaitable pour l'azote dans des machines vivantes. Les protozoaires se sont avérés capables de la coliforme et de la suppression du microbe pathogène . La panne microbienne est le traitement biologique primaire le des deux le processus conventionnel de la boue activée aussi bien que ces réacteurs aquatiques de cambouis d'écosystème.
De plus hautes usines de

sont le développé Hydroponically dans les réservoirs aérobies et fournissent des services multiples. L'usine la plus commune utilisée est la jacinthe d'eau (crassipies d'Eicchornia de ), qui a les racines aquatiques filamenteuses avec un secteur spécifique élevé. Ces racines feather-like fournissent un habitat stable pour les microbes , et avec le temps un bactérien Biofilm s'accumule autour des racines. La jacinthe d'eau, le jonc et d'autres macrophytes séquestrent des métaux lourds. Les corps de ces usines peuvent être moissonnés et brûlés, et les métaux lourds peuvent être chimiquement isolés pour les prendre hors de l'environnement. Brassica juncea de s'élevant dans les jets de rebut s'est avéré pour contenir 60% de son poids sec en fil.
le plancton effectue des fonctions multiples dans le système avec l'efficacité variable. Alimentation de zooplancton sur les particules extrêmement petites (<25µm). Aux étapes juvéniles elles alimentent sur des particules plus petit que 1 µm. Le traitement des déchets conventionnel ne peut pas traiter ces solides en suspension fins. Bien que le zooplancton consomment ces particules fines, il est difficile pour que les systèmes de traitement conventionnels traitent que, le placement du plancton dans le système est plus valable comme lien trophique. Le plancton peut manger les microbes , qui sont abondants dans le système, et le plancton est un aliment idéal pour les poissons et les mollusques de alimentation de filtre de . Cette chaîne alimentaire transfère la biomasse à des niveaux trophiques plus élevés et augmente la diversité et la complexité de l'écosystème. John Todd pense cela « puisque le zooplancton peut échanger le volume d'une eau superficielle normale plusieurs fois par jour où il est difficile d'exagérer leur importance dans la technologie écologique . »

selon Björn Guterstam, des encore des ingénieurs écologiques bien-édités et les plus expérimentés, ce rôle théorique n'a pas été comme réussi dans la pratique. Il concède que des populations du phytoplancton ont été limitées par le toxique et l'eau légèrement désoxydée au fond des réservoirs, aussi bien que des limitations légères. Le phytoplancton sont les producteurs primaires , qui de fournissent la nourriture pour de plus grandes espèces du zooplancton , ainsi les baisses de population du zooplancton avec ses contre-parties photosynthétiques du . Puisque ces principes ont été mis en application seulement sur une petite échelle, ces systèmes ont un pouvoir tampon abaissé dû aux issues de la balance et de la séparation du macroecosystem, quoique la diversité génétique et fonctionnelle soit encouragée.
l'aquiculture peut avoir lieu dans plus les réservoirs dilués en aval après que l'eutrophisation - entraînant des contaminants ont été améliorés. La glissière des escargots le long des murs de réservoir et frôlent sur l'habillage de boue et de cambouis, nettoyant le réservoir. Cette autorégulation améliore la pénétration légère, qui stimule les formes photosynthétiques d'algues, de bactéries et de plancton. Les conducteurs de filtre tamisent par de grands volumes de l'eau chaque jour et consomment les bactéries et le plancton qui sont assez petits pour passer à travers. Les mollusques tel que des moules et des escargots, aussi bien que quelques poissons, sont des conducteurs de filtre. Détritus - les poissons de alimentation consomment de plus grandes particules de suspendu Biosolids . Des poissons herbivores sont exclus des réservoirs où les macrophytes effectuent des fonctions utiles (telles que Biofilm accueillant), mais quand des usines sont par la suite moissonnées du système, ce tissu végétal peut être alimenté à un réservoir des poissons herbivores pour la production d'aquiculture.
La palourde d'eau douce simple de l'Anodonta de du

A peut filtrer pas moins de 40 litres/jour de l'eau, de matériaux colloïdaux du absorbant et d'autres solides en suspension à un taux de déplacement de 99. Beaucoup de palourdes d'eau douce sont en danger de l'extinction , en partie parce que certains ont les ouïes qui exécutent mal dans les environnements pollués. Puisque certaines de ces palourdes peuvent séquestrer des colloïdes des jets ou des lacs, ceci fournit un service d'écosystème en ralentissant l'érosion des colloïdes de sol. Les palourdes facilitent-elles la conservation nutritive de leurs streambeds à la maison ? Les humains peuvent frapper vers le haut d'un rapport symbiotique avec les genres Unlo de palourde et de l'Anodonta de en fournissant un habitat propre (quand l'eau atteint le réservoir de palourde qu'elle est plus propre que certains de leurs habitats sauvages). En échange d'une bonne maison, les palourdes ont pu aider des humains en filtrant des colloïdes et des solides en suspension hors de notre eau usagée. Il doit être déterminé encore si les palourdes cassent vers le haut ces colloïdes du tout ou s'il est faisable de réutiliser le compost de palourde de nouveau dans le champ (qui augmente l'avantage agricole de capacité-un d'échange cationique). La technologie écologique soutient des relations symbiotiques entre différentes espèces pour servir les besoins des humains aussi bien que favoriser la santé de l'écosystème.

Futurs horizons

Dans des 2000 rapports à l'USEPA sur Burlington du sud, le Vermontn, machine vivante, les arches international d'océan de a décrit cinq zones clé qui pourraient former le futur de ce champ. Les premiers « secteurs possibles de percée » est la classification continue des espèces par les rôles biochimiques, biologiques et écologiques qu'ils jouent et comment ces rôles effectuent d'autres espèces sous le contexte du traitement des eaux résiduaires. La percée serait d'étudier la fonction des organizations dans les espoirs de pouvoir en mesure contrôler à plus aisément et avec succès la fonction globale d'écosystème. Browne et autres (en cours d'impression) ont examiné structurer des systèmes aquatiques pour le traitement de l'eau.

La gestion trophique est employée pour influencer les systèmes entiers par la prédation sélective basée sur diagnostiquer un déséquilibre et analyser le Web des classifications, des rôles et des rapports d'écosystème. Cette technique de gestion exploite les interconnexions étroites du Web de nourriture, cascade trophique, pour envoyer une ondulation vers le bas par la communauté vivante. Cette technique d'intendance est affirmée sur un arrangement avancé des conditions l'écosystème et en modelant les rapports dynamiques en bas de la cascade trophique. La cascade trophique dans les lacs a été recherchée par Carpenter et Hall.

Des machines vivantes se sont composées en grande partie en serres chaudes fermées qui peuvent seulement réagir d'une façon minimum avec l'écosystème environnant, et où des populations ont été fortement parvenues pour stimuler l'équilibre. Si une machine vivante étaient sujettes à l'écologie des invasions, les nouvelles espèces seraient libres pour coloniser le système, et la sélection naturelle dicterait le succès de toutes les espèces. Ce serait écosystème vrai individu-conçoivent et autogestionnaire partnered avec l'intendance humaine.

Les changements photosynthétiques, spécifiquement la commande de l'exposition à la lumière est une autre pratique de gestion de gestion puissante capable de ralentir ou d'accélérer la production primaire. C'est semblable à l'idée de la gestion trophique, sauf qu'il manoeuvre l'autre extrémité du Web de nourriture.

En conclusion, il y a potentiel économique pour la génération de méthane, marché cultive comme les fleurs , les poissons , les tomates , la laitue et d'autres nourritures tolérantes des états hydroponiques du , les plantes utiles ou les médicaments. Combiné avec le revenu du traitement des eaux résiduaires ces services ont pu transformer les machines vivantes en éviers de pollution et générateurs économiques. Il est bien documenté qu'un petit, bien projeté système dans un bon endroit puisse être économiquement viable. Si une machine vivante peut subsister dans le Alaska , il semble raisonnable que le traitement des eaux résiduaires écologiquement machiné de du peut être travaillé pour fonctionner facilement dans les pays en voie de développement chaud.

L'hygiène publique et l'accès équitable à l'eau dans les pays très pauvres sont des problèmes graves. Les machines vivantes pourraient être une approche bas-capitale à traiter et à réutiliser l'eau, mais les biologistes habiles peuvent être une ressource limitée aussi bien. Une machine vivante de brique-piscine a été construite par Americans dans Auroville, Inde.

Liste de machines vivantes

liste ynamic
Université , Ohio d'Oberlin de
Burlington du sud, Vermontn
Centre d'éducation d'Islandwood, WA : http://www.php
voir le groupe de conceptions de vie, http://www.com/eng-project-master-list/
BedZED , Sutton, Londres, Angleterre (pas opération actuellement)
Findhorn, Ecosse
Vriller le sanctuaire de marais, Naples, la Floride (http://corkscrew.org/Information/LivingMachine.html)
Institut de Formation Supérieure de Clatsop - emplacement de MERTS, Astoria, Orégon http://www.com/livingmachine
Université de l'Etat d'Ohio, Columbus, OH - traitement des eaux résiduaires de laiterie
Parc de port (Budapest, Hongrie)

Voir également


Bioremédiation
Jardin de pluie de
Digestion anaérobie
Marécages construits par
Biomimicry

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