OCZYSZCZALNIE
HYDROFITOWE
Wady i zalety
Zasady projektowania, budowy i
eksploatacji
Rola roślin, rozmnażanie i pielęgnacja
Wykład 5
OCZYSZCZALNIE
HYDROFITOWE
Wady i zalety
Zasady projektowania, budowy i
eksploatacji
Rola roślin, rozmnażanie i pielęgnacja
Wykład 5
Roślinność i jej rola,
wprowadzanie roślin
Najczęściej stosowane
gatunki
Trzcina pospolita (Phragmites
australis) – rozbudowany system
kłączy i korzeni
Wierzba wiciowa (Salix viminalis) –
szybki przyrost biomasy
Manna mielec (Glyceria maxima)
Pałka szerokolistna (Typha latifolia)
Rola roślin
Wpływ na rzeczywistą porowatość
gruntu (gleby)
Dostarczanie tlenu do strefy przepływu
ścieków (puste kanały przewietrzające
lub miękisz powietrzny – aerenchyma)
Pobór zanieczyszczeń
Stanowienie podłoża dla organizmów
Możliwość zwiększenia izolacji
termicznej dla strefy przepływu
Zawartość N, P i K w
roślinach
Pierwiastek
Występowanie
N (g/m
2
) P (g/m
2
)
K
(g/m
2
)
Zawartość w
roślinach
18,4
3,4
18,9
Dopływ ze
ściekami na złoże
VF (średnio na
rok)
1760
528
b.d.
Źródło: Obarska-Pempkowiak (2002)
Podział gruntów ze względu
na właściwości filtracyjne
Stopień
przepuszczalności
Rodzaj gruntu Współczynnik
filtracji k (m/d)
b. mocno
przepuszczalne
rumosz, żwir
z kamieniami
150 - 250
mocno
przepuszczalne
żwir, piasek
gruby
25 - 150
średnio
przepuszczalne
piasek średni,
żwir gliniasty
10 - 25
mało
przepuszczalne
piasek drobny
1 - 10
Zasady
projektowania,
budowy i
eksploatacji
Ważne przy
projektowaniu:
Stopień mechaniczny – konieczny
osadnik wstępny (o wysokiej
skuteczności dla zawiesiny)
Wielostopniowość części biologicznej
Wprowadzanie roślin
Eksploatacja (bezobsługowość?) i
pielęgnacja roślin
Wpływ parowania na stężenia ścieków
oczyszczonych
Oczyszczalnie z przepływem
poziomym - podpowierzchniowym
Oczyszczalnie z przepływem
pionowym
Rozmnażanie i pielęgnacja
roślin.
Kolmatacja. Możliwości
dekolmatacji.
Oczyszczalnie typu „Lemna”
Wykład 5
Rozmnażanie i pielęgnacja
roślin
Kolmatacja. Możliwości
dekolmatacji.
Czynniki kolmatacji:
akumulacja materii, głównie
zawiesiny pochodzącej ze
ścieków,
wytrącanie i odkładanie
pewnych substancji np.
węglanu wapnia lub
konkrecji żelazistych,
wzrost mikroorganizmów
wewnątrz porów gruntu,
Czynniki kolmatacji –
c.d.
odkładanie produktów
metabolizmu mikroorganizmów
oraz występowanie substancji
wytwarzanych przez bakterie w
postaci śluzu lub otoczek,
zbudowanych często pod
względem chemicznym z
polimerów, np. wielocukrów.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
1
4
7
10
13
16
19
22
25
28
Głębokość gruntu (cm)
Su
ch
a
m
as
a
or
ga
ni
cz
na
(m
g
/g
g
ru
nt
u)
kolumna 3
kolumna 5
kolumna 9
kolumna 4
Potęg. (kolumna 5)
Potęg. (kolumna 3)
Potęg. (kolumna 9)
Potęg. (kolumna 4)
Pionowy rozkład materii organicznej
zakumulowanej w gruncie
Vertical distribution of dry
organic matter
0
2
4
6
8
10
12
14
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
Depth of the filter (cm)
D
ry
o
rg
an
ic
m
at
te
r
(m
g/
g
of
s
an
d)
Szczątki roztoczy
znalezione w
warstwie
kolmatacyjnej
Włókno roślinne
pokryte błoną
biologiczną
– cząstki licznie
występujące
w warstwie
kolmatacyjnej
Ziarno gruntu
pokryte błoną
biologiczną
Cząstka włóknista
i ziarno gruntu
o średnicy około
0,05 mm
Przedstawiciel
nicieni
zasiedlających
warstwę
kolmatacyjną
Orzęsek -
przedstawiciel
pierwotniaków,
zasiedlających
warstwę
kolmatacyjną
dopóki występują
warunki tlenowe
Bakterie
zasiedlające
warstwę
kolmatacyjną
– dominujące
formy
pałeczkowate i
laseczkowate
Rodzaj organizmu
lub cząstki
Liczba
przypadają
ca na 1 g
gruntu
Wymiary
Procent
zajmowan
ej
objętości
porów
Bakterie
1,2 x 10
8
±8
x 10
5
0,2-2 µ
3
poniżej
0,1 %
Pierwotniaki
2418
n.o.
poniżej 1
%
Wrotki
n.w.
-
-
Nicienie
32
n.o.
n.o.
Skąposzczety
n.w.
-
-
Roztocza - szczątki
159
n.o.
n.o.
Włókna
3022
0,55 mm
(śred.
długość)
n.o.
Inne organizmy
3499
n.o.
n.o.
Zestawienie składników warstwy
kolmatacyjnej
Vertical distribution of effective
porosity on the basis of
mathematical model
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
Depth of the filter (cm)
E
fe
ct
iv
e
po
ro
si
ty
a
fte
r
t=
50
0
da
ys
(
-)
Vertical distribution of filtration
coefficient after 500 days
0
10
20
30
40
50
60
70
1
3
5
7
9
11
1
3
1
5
1
7
1
9
21
2
3
2
5
2
7
2
9
Depth of the filter (cm)
F
ilt
ra
tin
c
o
e
f
ci
e
n
t (
cm
/d
)
Możliwości
dekolmatacji
Biopreparaty:
Enzymix (2 g w 100 cm
3
wody),
Enzybac (1 g w 100 cm
3
wody).
Mieszanka enzymów:
Celluclast,
Fungamyl,
Ultrazym,
Neutrase,
Pectinex.
1 cm
3
każdego enzymu (razem 5 cm
3
)
przez pierwsze 5 tygodni i 2 cm
3
(razem 10 cm
3
) przez następne trzy
tygodnie, dwa razy w tygodniu
Rodzaje i wielkości pojedynczej dawki
antybiotyków:
Gentamycyna - 40 mg,
Biotaksym - 500 mg,
Biseptol - 240 mg,
Erytromycyna - 40 mg,
Metronidazol - 40 mg,
Taromentin - 40 mg.
Dwa razy dziennie od 2 do
8.10.2001.
7% roztwór nadtlenku wodoru (480
cm
3
) dawkowano dwukrotnie - na
kolumny: 6 i 10 (na każdą z kolumn)
Zmiany natężenia odpływu z kolumn na
skutek wzrostu temperatury (słupki
błędów oznaczają odchylenie
standardowe średniej)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
8
.0
1
1
5
.0
1
2
3
.0
1
5
.0
2
1
2
.0
2
1
9
.0
2
6
.0
3
1
5
.0
3
5
.0
4
9
.0
4
1
2
.0
4
1
9
.0
4
2
6
.0
4
1
1
.0
5
2
1
.0
5
2
7
.0
5
Data kolejnych pomiarów
Ś
re
d
n
ie
n
a
tę
że
n
ie
o
d
p
ły
w
u
(c
m
3
/m
in
)
Kolumny bez stagnujących ścieków - niezakolmatowane (cm3/min)
Kolumny ze stagnującymi ściekami (cm3/min)
Temperatura (oC)
Współczynnik korelacji =
0,84
Wartość krytyczna = 0,51
(n = 15, α = 0,05)
Liczebność bakterii w odpływie z
kolumn podczas dawkowania
antybiotyków
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
pr
kontr
kol 2
kol 2
kol 2
kol 6
kol 6
kol 6 kol 10 kol 10
Dla każdej z kolumn kolejno: inkubacja tlenowa po 48 h, inkubacja tlenowa
po 120 h, inkubacja beztlenowa
O
gó
ln
a
lic
zb
a
ko
m
ór
ek
(
C
FU
/c
m
3
)
seria 1 - 2.10.01
seria 2 - 3.10.01
seria 3 - 4.10.01
seria 4 - 8.10.01
Zmiany średnich natężeń odpływu z
kolumn ze stagnującymi ściekami w
czasie dawkowania biopreparatów i
mieszanki enzymów
0
0,5
1
1,5
2
2,5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Czas trwania eksperymentu (d)
N
at
ęż
en
ie
o
dp
ły
w
u
(c
m
3
/m
in
)
Średnia dla kolumn 8, 9, 12
Kolumny kontrolne 1 i 11
Zmiany średnich natężeń odpływu z
kolumn bez stagnujących ścieków w
czasie dawkowania biopreparatów i
mieszanki enzymów
0
2
4
6
8
10
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17
Czas trwania eksperymentu (d)
N
at
ęż
en
ie
o
dp
ły
w
u
(c
m
3
/m
in
)
Średnia dla kolumn 4 i 5
Kolumna kontrolna - nr 2
Kilka najważniejszych,
możliwych przyczyn braku
efektu działania biopreparatów i
enzymów:
niska podatność na biodegradację
zakumulowanej zawiesiny,
zwłaszcza w warunkach
beztlenowych, o czym świadczy
wysoki stosunek ChZT/BZT
5
= 8,5;
krótki czas kontaktu dawkowanych
substancji z zakumulowaną materią
(w przypadku kolumn bez stagnacji
ścieków – kilkadziesiąt minut);
Możliwe przyczyny braku efektu
działania biopreparatów i enzymów –
c.d.:
zbyt złożona budowa chemiczna
śluzu bakteryjnego i jego
odporność na działanie wielu
czynników - także enzymów -
zarówno czystych (mieszanka
enzymów), jak i wytwarzanych
przez bakterie znajdujące się w
biopreparatach; enzymy są
substancjami specyficznymi i
działają na ściśle określone,
jednorodne substancje;
różnorodność substancji nagromadzonych
w warstwie kolmatacyjnej, ich złożona
budowa chemiczna i mała podatność na
biodegradację sprawiają, że dobór
odpowiednich szczepów bakterii czy
wyizolowanych enzymów jest bardzo
trudny.
Możliwe przyczyny braku efektu
działania biopreparatów i enzymów –
c.d.:
Średnie natężenie odpływu z
kolumn podczas eksperymentu z
użyciem nadtlenku wodoru
0
5
10
15
20
25
30
35
1
8
.1
0
1
9
.1
0
2
2
.1
0
2
3
.1
0
2
5
.1
0
2
9
.1
0
3
0
.1
0
3
1
.1
0
1
.1
1
2
.1
1
4
.1
1
5
.1
1
Data kolejnych pomiarów
Ś
re
d
n
ie
n
a
tę
że
n
ie
o
d
p
ły
w
u
(
cm
3
/m
in
)
Średnie natężenie odpływu z kolumn 6 i 10 - poddanych działaniu nadtlenku wodoru
Średnie natężenie odpływu z pozostałych kolumn
różnica średnich wiązanych
= 8,48
wartość krytyczna = 2,78
(n =6, α = 0,05)
temperatura ma istotny wpływ na przebieg
procesu kolmatacji i jego szybkość, wpływ
ten jest związany głównie z aktywnością i
składem mikroorganizmów,
wzrost temperatury ścieków powyżej 25ºC
powoduje wzrost przewodności
hydraulicznej filtrów bez ścieków
stagnujących na powierzchni, jest to
spowodowane przewagą rozkładu nad
produkcją polimerów
zewnątrzkomórkowych,
Wnioski:
akumulacja materii organicznej w gruncie
występowała głównie w jego powierzchniowej
warstwie: 0-2,5 cm, gdzie stwierdzono ponad
40% materii organicznej zakumulowanej w
filtrze,
większość materii zakumulowanej w porach
gruntu stanowiła materia organiczna o małej
podatności na rozkład biologiczny,
jednymi z najistotniejszych składników warstwy
kolmatacyjnej, ze względu na zmniejszenie
objętości wolnych porów były śluzy bakteryjne
oraz cząstki włókniste,
Wnioski – c.d.:
użycie wybranych biopreparatów i enzymów
nie spowodowało udrożnienia filtra ani też
zwiększenia przewodności hydraulicznej,
przyczyną tego mogła być mała podatność na
biodegradację zakumulowanej zawiesiny oraz
zróżnicowanie i bardzo złożona chemiczna
budowa materii kolmatującej,
Zastosowanie dużych dawek kilku
antybiotyków spowodowało zmniejszenie
liczebności bakterii w odpływie, ale nie dało
jednoznacznego efektu zwiększenia
przewodności hydraulicznej.
Wnioski – c.d.:
utlenianie materii kolmatacyjnej na skutek
przemywania 7% roztworem nadtlenku wodoru
spowodowało znaczny, ale krótkotrwały wzrost
przewodności hydraulicznej oraz okresowy
spadek efektywności oczyszczania,
dla zabezpieczenia filtrów piaskowych i
drenaży rozsączających przed kolmatacją
należy stosować skuteczne oczyszczanie
wstępne, eliminujące większość zawiesiny
(zwłaszcza włóknistej); osadnik gnilny powinien
również skutecznie zatrzymywać tłuszcze
Wnioski – c.d.: