FIZYKA I CHEMIA GLEB
Literatura przedmiotu:
Kowalik P. Ochrona środowiska glebowego, PWN,
Warszawa 2001
Klasy degradacji gleb, normy
Oczyszczalnia glebowo-roślinna
FIZYKA I CHEMIA GLEB
Literatura przedmiotu:
Kowalik P. Ochrona środowiska glebowego, PWN,
Warszawa 2001
Klasy degradacji gleb, normy
Oczyszczalnia glebowo-roślinna
Normy i klasy degradacji gleb
Tło, lub zerowy stopień zanieczyszczenia:
(pomierzone wg naturalnych zawartości
metali ciężkich):
Cd
0,3 – 1,0 mg/kg
Cu
10 – 25 mg/kg
Cr
20 – 50 mg/kg
Ni
10 – 50 mg/kg
Pb
20 – 60 mg/kg
Zn
50 – 100 mg/kg
wg Kabaty-Pendias
Pierwiastek
Gleby Polski
Średnia
zawartość w
glebach Polski
Średnia
Światowa
Cd
0,2-0,31
0,22
0,5
Pb
<0,20
13,8
25-40
Zn
<0,40
33,2
27-235
Cu
6-53
6,7
1-140
Ni
<10
6,5
<100
Zawartość metali ciężkich wg Greinerta
Stopnie zanieczyszczenia (IUNG Puławy)
0 – zawartość naturalna (Cd 0,3-1mg/kg; Pb
20-60mg/kg; Zn 50-100mg/kg) – gleby
nadające się pod wszystkie uprawy
ogrodnicze i rolnicze, a zwłaszcza pod
uprawy roślin przeznaczonych dla dzieci
I – zawartość podwyższona (Cd 1-3mg/kg;
Pb 70-150mg/kg; Zn 100-250mg/kg) –
gleby przeznaczone do pełnego
wykorzystania rolniczego
II – zanieczyszczenie małe (Cd 2-5mg/kg;
Pb 100-500mg/kg; Zn 200-500mg/kg) – na
glebach tych należy wykluczyć uprawę
warzyw, dozwolona uprawa roślin
zbożowych, okopowych i pastewnych
III – zanieczyszczenie średnie (Cd 3-
10mg/kg; Pb 500-2000mg/kg; Zn 700-
2000mg/kg) – dopuszczalna uprawa roślin
zbożowych, pod warunkiem okresowych
kontroli, zalecane uprawy roślin
przemysłowych i traw nasiennych
Stopnie zanieczyszczenia (IUNG Puławy)
IV – zanieczyszczenie duże (Cd 5-20mg/kg;
Pb 2500-7000mg/kg; Zn 1500-5000mg/kg)
– gleby te powinny być wyłączone z
produkcji, przeznaczane pod zadrzewienie
lub zadarnienie, ew. rośliny przemysłowe
– len, konopie, wiklina, materiał siewny
zbóż i traw i ziemniaki dla przemysłu
spirytusowego i rzepaku na lej techniczny
V – zanieczyszczenie bardzo duże, gleby
powinny być wyłączone z produkcji
rolniczej i użytkowania pastwiskowego
Stopnie zanieczyszczenia (IUNG Puławy)
V – zanieczyszczenie bardzo duże, gleby
powinny być wyłączone z produkcji
rolniczej i użytkowania pastwiskowego;
W Polsce najsilniej zanieczyszczona może
zawierać: Cd>20 mg/kg; Cr 1000 mg/kg;
Ni 1000 mg/kg; Pb 7000 mg/kg; Zn >5000
mg/kg
Stopnie zanieczyszczenia (IUNG Puławy)
Jakość środowiska w Polsce
Skład chemiczny opadów i depozycja
zanieczyszczeń do gleby (w latach 1985-
1998) dwukrotnie zmniejszyła się ilość
wszystkich zanieczyszczeń
np.. Siarki siarczanowej od 0,5 t/km2 na
północy kraju do 2 t/km2 na Śnieżce
Azotu azotanowego od 0,3 t/km2 do 1 t/km2
na Śnieżce
Oczyszczalnie glebowo-roślinne
Zaliczane są do rozwiązań naturalnych i
półnaturalnych
Zaliczyć tutaj możemy:
-
Filtry gruntowe bez roślinności
-
Drenaże rozsączające
-
Pola intensywne nawadniane ściekami
(pola irygowane)
-
Ściekowe stawy rybne
-
Stawy stabilizacyjne
-
Stawy napowietrzane
Oczyszczalnie roślinne
-
Oczyszczalnie hydrobotaniczne
-
Oczyszczalnie bagienne
-
Korzeniowe
-
Gruntowo-roślinne
-
Glebowo-korzeniowe
-
Złoża makrofitowe
-
Złoża trzcinowe
Tak wygląda korzeniowa
oczyszczalnia ścieków w
Gronowie Elbląskim, 9 lat po
oddaniu do eksplpoatacji.
Inwestor UG Gronowo Elbl.
(fot.M.Gajda)
- oczyszczalnie z roślinnością bagienną,
- oczyszczalnie z roślinnością wodną zakorzenioną,
- oczyszczalnie z roślinnością wodną pływającą,
- oczyszczalnie wierzbowe.
Oczyszczalnie roślinne
Klasy oczyszczalni roślinnych:
-
Obiekty rolniczego wykorzystania ścieków
-
Właściwe oczyszczalnie hydrobotaniczne
(hydrofitowe)
-
Stawy ściekowe, glonowe, lub z roślinnością
pływającą
Oczyszczalnie hydrofitowe (złoża gruntowe
z roślinnością) można podzielić
-
Systemy z powierzchniowym przepływem
wody – poziom wody utrzymywany jest
ponad powierzchnią gruntu, a rośliny
zakorzenione w dnie lub na brzegach
-
Systemy z podpowierzchniowym
przepływem wody – poziom wody
utrzymuje się poniżej powierzchni gruntu,
a przepływ odbywa się przez grunt lub
złoże żwirowe z zakorzenioną roślinnością
Najbardziej rozpowszechnione –
filtry
gruntowo-roślinne z podpowierzchniowym
przepływem poziomym
Złoże jest izolowane od dołu i z boków
ekranem (glina, folia),
Złoże takie ma specjalne wymagania
związane z: uziarnieniem,
współczynnikiem filtracji, porowatościa,
wysokością i długością warstwy filtracyjnej
W Polsce szczególne zainteresowanie towarzyszy oczyszczalnią z
wykorzystaniem trzciny (Phragmites australis syn. Phragmites komunalis).
W zależności od zastosowanego wypełnienia złoża oczyszczalnie trzcinowe
można podzielić na:
z wypełnieniem żwirowym (metoda Brixa),
z wypełnieniem gruntem rodzimym z dodatkami (metoda Kickutha).
Glebowo-korzeniowa oczyszczalnia ścieków (systemem prof. Kickutha) określana popularnie jako „oczyszczalnia
trzcinowa”. Jest to oczyszczalnia III stopniowa. Podczyszczanie wstępne ścieków zachodzi w 3-komorowym,
betonowym osadniku gnilnym. Drugi stopień oczyszczania to filtr glebowo-korzeniowy umieszczony w
wyfoliowanym wykopie. Wypełnienie złoża systemem prof. Kickutha to głównie: grunt rodzimy, torf, słoma, kora,
bentonit i opiłki żelaza. Złoże obsadzone jest trzciną. Odbiornikiem ścieków jest usytuowany obok staw, który
jednocześnie stanowi III stopień oczyszczania.
Trzcina posadzona w tej oczyszczalni ma na celu:
transportowanie tlenu poprzez źdźbła do kłączy i
korzeni, a następnie do strefy gruntu wokół
korzenia,
rozluźnienie struktury gruntu poprzez
przerastanie korzeniami, a tym samym
zwiększenie współczynnika filtracji,
biokatalityczne działanie korzeni pozwalające na
optymalny przyrost mikroorganizmów w strefie
gruntowo-wodnej,
pobieranie przez roślinę substancji
pokarmowych i wbudowywanie ich w swoje
komórki.
Cechy oczyszczalni trzcinowej:
W oczyszczalniach trzcinowych osiągane są wysokie efekty
oczyszczania zarówno w zakresie zawiesiny, jak i BZT oraz
związków biogennych. Efektywność oczyszczalni w okresie zimowym
obniża się o ok. 10-20%.
Dla prawidłowej pracy oczyszczalnie trzcinowe wymagają
skutecznych urządzeń do mechanicznego oczyszczania ścieków.
Niezbędny okres dla wpracowania się oczyszczalni trzcinowych
ścieków i ustabilizowania się odpływu wynosi 2-3 lat.
Stwierdzono, że w oczyszczalniach trzcinowych zachodzi
wysokoefektywne usuwanie ze ścieków metali ciężkich, które
kumulują się w złożu gruntowym.
W otoczeniu oczyszczalni trzcinowych nie występują nieprzyjemne
odory, chyba że z nieprawidłowo eksploatowanych urządzeń
mechanicznych.
Stwierdzono w praktyce znaczne różnice pomiędzy ilością ścieków
dopływających, a odpływających wynikającej z różnicy pomiędzy
parowaniem a ilością opadów. W małych oczyszczalniach może
dojść w okresach letnich do braków wypływu.
W fazie eksploatacji oczyszczalnia powinna być pod stałym dozorem
technologicznym.
Oczyszczalnia hydrobotaniczna ze złożem o przepływie poziomym z nasadzeniem
wierzby
. Obiegowa nazwa tej oczyszczalni funkcjonuje jako „oczyszczalnia wierzbowa”.
Wstępne podczyszczanie ścieków odbywa się w dwukomorowym osadniku gnilnym. Filtr
gruntowo - roślinny o pojemności 180 m3 stanowiący II stopień oczyszczania wykonany
jest jako niecka. Dno i skarpy tej niecki wykłada się folią z tworzywa sztucznego
Wypełnienie stanowi rodzimy grunt przepuszczalny. Filtr obsadza się wierzbą Salix
viminalis. Odbiornikiem oczyszczonych ścieków jest staw usytuowany w obrębie
gospodarstwa lub inny zbiornik wodny znajdujący się w okolicy, który jednocześnie
spełnia rolę III stopnia oczyszczania.
Przy projektowaniu oczyszczalni biologicznych można również wykorzystać naturalne
spadki terenu. Na nich buduje się tzn.
oczyszczalnie kaskadowe
. W tym rozwiązaniu
ścieki po 3-komorowym osadniku gnilnym spływają do dwóch filtrów – poletek, gruntowo-
roślinnych usytuowanych względem siebie w sposób kaskadowy. Wypełnienie obu
poletek stanowi pospółka. Górne obsadzono trzciną, natomiast dolne oczeretem. Stąd
ścieki kierowane są do niewielkiego stawu (300 m2) w celu ostatecznego doczyszczenia.
Posiada cztery stopnie oczyszczania.
Oczyszczalnie biologiczne z wykorzystaniem rzęsy
wodnej
Lemna Minor jest gatunkiem, który unika bardzo
czystych wód o niskiej koncentracji biofilnej,
natomiast lubi wody bardzo żyzne. Jest rośliną dobrą
do hodowli, gdyż w optymalnych warunkach bardzo
szybko namnaża się pobierając składniki pokarmowe
z wody jak również z powietrza. Z drugiej strony jest
to gatunek wymagający, ‘pracuje’ tylko przy
odpowiedniej temperaturze i nasłonecznieniu.
warunków klimatycznych, pracują tylko w sezonie
letnim przez kilka miesięcy. Nie można ich
wykorzystywać przez cały rok.
Ich zaletą jest to, że rzęsa występuje od bardzo
kwaśnych do bardzo zasadowych środowisk (zakres
pH 3,5 – 10,4) oraz maja bardzo duży zakres
tolerancji na pierwiastki (m.in. wapń, magnez, sód,
potas, fosfor, wodorowęglany, chlor, siarkę).
Oczyszczanie rzęsowe wymaga
, aby ścieki przeszły przez osadnik wstępny, a następnie wpuszczane są do
napowietrzanego stawu o głębokości 3 m. Rzęsa powinna pokryć całą powierzchnię wody, aby zapobiec
namnażaniu się fitoplanktonu poniżej lustra wody. Poza tym, trzeba co jakiś czas wybierać cześć rzęsy, aby
powstający kożuch z przyrastającej rzęsy nie zrobił się za gruby i aby dolna jego część, do której nie dociera
światło słońca, nie obumierała wydzielając do wody dodatkowy ładunek związków organicznych.
Oczyszczalnie biologiczne wykorzystujące rzęsę wodną są mało efektywne w klimacie jaki panuje w Polsce,
ponieważ mamy za krótki okres wegetacji. Co więcej, podatna jest na wiele czynników, które w klimacie
umiarkowanym są bardzo zmienne.
Błędy przy projektowaniu i wykonawstwie
oczyszczalni gruntowo-trzcinowych
Źle dobrane parametry złoża filtracyjnego
(zastosowanie materiału o małej
przepuszczalności hydraulicznej, min.
wymagane to >250 m d-1)
Kolejny błąd to
warstwowanie złoża
Zbyt krótkie złoże
, w którym mogą nie
zachodzić prawidłowo procesy
amonifikacji, nitryfikacji, denitryfikacji (min.
15-20m)
Błędy przy projektowaniu i wykonawstwie
oczyszczalni gruntowo-trzcinowych
Zbyt płytkie złoże
– dla naszych warunków
klimatycznych powinno wynosić min.
120cm, aby zapewnić w zimie przepływ
ścieków na głębokości min. 60cm
(zapewni to właściwą temperaturę nie
spadającą poniżej 8-10stC)
a w okresie wiosny i lata ścieki powinny
popłynąć jak najpłycej terenu
Błędy przy projektowaniu i wykonawstwie
oczyszczalni gruntowo-trzcinowych
Niewłaściwe prowadzenie wzrostu i rozwoju
trzciny porastającej złoże (najkożystniej
sadzić w dużych donicach błotno-
roślinnych)
Złoże powinno mieć wysoką przewodność
hydrauliczną, dużą porowatość i znaczą
głębokość aby stworzyć warunki do
rozwoju błony biologicznej na powierzchni
ziarn gruntu, i korzeni trzciny, błona ta jest
aktywna przez cały rok
Zestawienie niektórych zmiennych opisujących
pracę oczyszczalni gruntowo-trzcinowych
A – powierzchnia czynna oczyszczalni (m2)
Vb – objętość czynna (m3) (objętość złoża
filtracyjnego- część wypełniona ściekami)
Vn – objętość czynna netto (m3) (objętość
porów złoża biorących udział w przepływie
ścieków
F – powierzchnia przekroju przepływu
(przekrój poprzeczny) (m2)
Q – dobowy dopływ ścieków , uśredniony
(m3d-1)
C – stężenie zanieczyszczeń w ściekach, można
wyrażać w BZT5 (g m-3), albo Nog lub Pog (g
m-3)
Lo – ładunek zanieczyszczeń w dopływających
ściekach (g d-1)
Le - ładunek zanieczyszczeń w odpływających
ściekach (g d-1)
η
– sprawność oczyszczalni (efekt oczyszczania)
η = 100 (1
–
Le/Lo) %
Zestawienie niektórych zmiennych opisujących
pracę oczyszczalni gruntowo-trzcinowych
zagadnienia
1.
Przyczyny degradacji i dewastacji gleb
2.
Skutki intensyfikacji produkcji rolniczej
3.
Minimum rolno środowiskowe
4.
Rekultywacja gruntów, pojęcie i fazy rekultywacji
5.
Kierunki rekultywacji, dobór kierunku
6.
Prace w ramach procesów rekultywacyjnych
7.
Normy i klasy degradacji gleb
8.
Oczyszczalnie roślinne, rodzaje, omówić
przykładową
9.
Błędy przy projektowaniu i wykonawstwie
oczyszczalni glebowych
