Najczęściej na oczyszczalniach hydrobotanicznych stosuje się następujące rośliny, takiej jak:

W oczyszczalniach z makrofitami wynurzonymi:

trzcina pospolita (Phragmites australis)

pałka szerokolistna (Typha latifolia)

manna (Glyceria maxima)

manna mielec (Glyceria aquatica)

kosaciec żółty (Irys pseudocarus)

turzyca (Carex)

mozga (Phalaris arudinacea)

oczert (Scirpus validus)

oczeret jeziorny (Schoenoplectus lacustris)

wierzba wiciowa, wiklina (Salix viminalis)

wierzby krzewiaste (Salix cinerea, Salix peuntandra)

tatarak zwyczajny (Acorus calmus)

sit (Juncus sp.)

jeżogłówka (Spargarium ramosum)

W oczyszczalniach z makrofitami pływającymi (pleustonowymi):

hiacynt wodny (Eichhoria crassipes)

rzęsa (Lemnaceaee) w tym rzęsa wodna (Lemna minor)

paproć wodna (Salvinia molesta)

oraz Spirodella polyrhiza

W oczyszczalniach z makrofitami zanurzonymi (elodeidami):

rogatek (Ceratophylum demensum)

moczarki (Elodea canadensis i Elodea densa)

rdestnica (Potamogeton pectinatus)

wywłócznik (Myriophylum spycatum)

Ogólnie oczyszczalnie dzielimy na:

Systemy z powierzchniowym przepływem ścieków (PP)

Przepływ w oczyszczalniach tego typu odbywa się nad powierzchnią gruntu. Głębokość obiektów waha się od kilku centymetrów do ok. 3m. Systemy te składają się przeważnie ze zbiorników lub kanałów. Często stosuje się w nich przegrody hydrauliczne lub są one tworzone w postaci kanałów serpentynowych. Zabiegi te mają zapobiec pojawianiu się przebić charakteryzujących się tym iż ścieki nie płyną równomiernie w całym poprzecznym przekroju zbiornika lecz wąską strugą szybko przedostają się do odpływu, co za tym idzie czas retencji ścieków jest bardzo krótki i niewystarczający do odpowiedniego oczyszczenia.

PP z wynurzonymi makrolitami

Stosuje się tu rośliny (makrolity), których pędy wyrastają ponad powierzchnię wody, a są one zakorzenione w podłożu. W skład takiej oczyszczalni wchodzą płytkie zbiorniki zawierające glebę lub inny materiał w celu umożliwienia zakorzenienia się makrolitom. Najczęściej głębokość wynosi od kilku centymetrów do metra.

PP z pływającymi makrolitami

System ten składa się głównie z jednego lub powiększonej ilości stawów, o głębokości ok. 3m, w których stosuje się hydrofity pływające. Czas przebywania ścieków w tym zbiorniku jest długi i wynosi kilkadziesiąt dni.

Wykorzystanie roślin ma na celu:

transportowanie tlenu poprzez źdźbła do kłączy, a następnie do strefu gruntu wokół korzenia. Powstaje wówczas strefa tlenowa. W strefie tej zostają uwolnione związki węgla oraz zachodzi proces nitryfikacji azotu amonowego. Odbywa się to w wyniku oddziaływania bakterii tlenowych. Natomiast w strefie beztlenowej zachodzą procesy defosfatacji i denitryfikacji. Mozaikowe ułożenie stref tlenowej i beztlenowej zwanej efektem rezosferycznym przyczynia się do wzrostu ilości mikroorganizmów w glebie (od 10-10 mld/gram gleby)

rozluźnienie struktury gruntu poprzez poprzerastanie 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

Wymierne efekty stosowania oczyszczalni są następujące:

Osiągane są wysokie efekty oczyszczania w zakresie zawiesiny, BZT oraz związków biogennych. Obserwuje się jednak zmniejszenie efektywności oczyszczalni w okresie zimowym o ok. 10-20%

W oczyszczalniach trzcinowych zachodzi wysokoefektywne usuwanie ze ścieków metali ciężkich, kumulujących się w złożu gruntowym.

Makrofity wynurzone (np. trzcina) poprawiają hydraulikę podłoża, utrzymując jego przepuszczalność

Zmniejszenie się ilości ścieków na skutek zużywania wody w procesie transpiracji. Przeprowadzone badania wykazały, że 1 m² liści trzciny może odparować 2,23kg wody dziennie. Wartość ta zmienia się w zależności od wieku liścia, wilgotności powietrza lądowego lub wodnego stanowiska rośliny.

Duże możliwości buforowe podłoża, zatem nie ma wrażliwości na nadmiar i niedobór ścieków- nierównomierny dopływ ścieków

Brak wytwarzania wtórnych osadów ściekowych przez systemy hydrofitowe

W otoczeniu oczyszczalni brak jest nieprzyjemnych odorów

Prostota i konkurencyjna cena projektu inwestycji, eksploatacji. Nie wymagają stałej wykwalifikowanej obsługi

Naturalny wygląd i ekologiczność. Łatwo wkomponować je w krajobraz. Na jednej z takich oczyszczalni w Niemczech utworzono rezerwat ptaków.

Charakterystyka Lemna minor:

Bylina składająca się kilkumilimetrowych, płaskich, okrągłych członów z których wystają długie korzonki

Rozmnaża się wegetatywnie w temperaturze 5-30 C, optymalna temp. 20-25 C (podwaja swoją masę w ciągu 2-4) dni

Zimuje w postaci pączków opadłych na dno lub wmarznięta w lód

Występuje w wodach żyznych przy odczynie pH 3,5-10,4

Duży zakres na pierwiastki: wapń, magnez, sód, potas, chlor i siarkę, metale ciężkie

Zalety oczyszczalni typu Lemna:

Niski koszt budowy i eksploatacji. Jest energooszczędna.

Oczyszczalnia nie stwarza zagrożenia zapachowego, bakteriologicznego, hałasem. Może być z łatwością wkomponowana w teren tworząc element krajobrazu.

Z uwagi na wymagany duży obszar mogą być tworzone na nieużytkach rolnych.

Ilości osadów, które powstają w procesie oczyszczania są niewielkie. Przyrost osadu na dnie stawu wynosi poniżej 3cm rocznie. Umożliwia to eksploatację stawu bez oczyszczania przez około 15-20 lat, a nawet 20 do 30.

Dno stawu zanieczyszczone folią uniemożliwia zanieczyszczenie wód podziemnych

Z uwagi na długi czas oczyszczania na odpływie ścieków nie stwierdza się obecności bakterii coli, grupy Salmonella i Shigella

Bakterie żelazowe:

W sieci wodociągowej mogą występować bakterie żelazowe, które przyczyniają się do powstania osadów w przewodach wodociągowych.

Zaobserwowano ich bujny wzrost w wodzie zawierającej żelazo w granicach 0,02-10 mgFe/l.Obecność bakterii żelazowych niekorzystnie wpływa na jakość wody powodując zmianę barwy, smaku (lekko cierpki), a także specyficzny zapach wody.

4FeCO₃+ O₂ + 6H₂O→ 4Fe(OH)₃ + 4CO₂

Bakterie manganowe:

Dużą rolę w tworzeniu się osadów w sieci wodociągowej odgrywają bakterie manganowe. Mogą być przyczyną powstawania niekorzystnych cech organoleptycznych wody, które dotyczą metalicznego posmaku, wzrostu barwy i mętności.

Najpospolitszym rodzajem wśród bakterii manganowych jest Metallogenium persona tum. Przybierane kształty przez Metallogenium to: zooglealne, pałeczkowate, siateczkowate lub bezkształtne. Najbardziej sprzyjającymi warunkami do rozwoju to: temperatura 28 C i pH 6,8-7,2.

Mn²⁺ +0,5O₂ +H₂O→ MnO₂ + 2H⁺

3Mn²⁺ +0,5O₂ +3H₂O→ Mn₃O₄ + 6H⁺

Galionella ferruginea- bakteria nitkowata rozgałęziona. Komórki mają kształt nerkowaty, wydzielający do swej wklęsłej strony koloidalny wodorotlenek żelazowy. Podstawy łodyżek przyczepiają się albo do podłoża, albo jako masy nitkowate pływają w wodzie w postaci „watowatych” kłaczków. Ten gatunek bakterii nie gromadzi związków manganu.

Leptotrix ochracea- bakterie nitkowate, nierozgałęzione. Cylindryczne komórki, w których gromadzi się wodorotlenek żelaza po pewnym czasie przybierają barwę żółtą, a następnie rdzawo-brązową. W miarę gubienia otoczki tkwiąca wewnątrz nitka bakteryjna wymyka się z niej i tworzy na nowo otoczkę.

Leptotrix echinata- są to bakterie manganowe, szczeciniaste, mają pęk nitek wychodzących ze wspólnej nasady i tworzą duże, wolno żyjące kolonie. W grubszej u nasady, a zwężającej się na wierzchołku otoczce tkwią nitkowate komórki. Bakterie te gromadzą tlenek manganowy. Żelaza nie magazynują.

Crenothrix polyspora- są to nitkowate bakterie żelazowo-manganowe, wielozarodnikowe. Bakterie te są nierozgałęzione, wyższe u podstawy i rozdęte na końcach, gdzie wytwarzają liczne zarodniki. Ten gatunek bakterii prowadzi osiadły tryb życia, przyczepiając się do stałych obiektów.

Bakterie siarkowe:

Najpopularniejszymi przedstawicielami bakterii siarkowych są: Beggiatoa, Tipoloca i Thiotrix, które odgrywają znaczącą rolę w zarastaniu i tworzeniu osadów w przewodach wodociągowych.

Bakterie te w warunkach beztlenowych powodują korozję rur wodociągowych oraz obniżają właściwości organoleptyczne wody do picia z powodu nadawania im nieprzyjemnego zapachu siarkowodoru.2H₂S + O₂ = 2H₂O + S₂ + energiaS₂ + 3O₂ + 2H₂O = 2H₂SO₄ + energia

Bakterie redukujące siarczany (RBS)

Grupa beztlenowych mikroorganizmów charakteryzująca się dysymilacyjnym metabolizmem redukcji siarczanów do siarkowodoru. Produktem redukcji są siarczki: jako HS przy pH 8 lub H₂S przy pH 6.

Większość szczepów BRS korzysta z siarczanów jako akceptora elektronów w procesach utleniania związków organicznych. Reakcje utleniania materii organicznej, z wykorzystaniem siarczanów jako końcowego akceptora elektronów można przedstawić następująco:

2(CH₂O) + SO₄^2- → 2HCO₃^- + H₂S

Mogą tolerować szeroki zakres czynników środowiskowych. Różne gatunki mają zróżnicowane wymagania wzrostowe: temperatury od -5 do 80 C oraz odczynu pH od 4 do 10.

Gatunek Desulvibrio desulfuricans jest spotykany powszechnie i cechuje się dużą aktywnością biochemiczną. Komórki jego mają kształt wygiętej przecinkowato, albo spiralnie pałeczki. Występuje on pojedynczo, parami lub w krótkich łańcuszkach. W większości są ruchliwe. Ścisłe beztlenowce, mezofile. Optymalny zakres odczynu pH 6,6-7,5. Ma on również zdolność utleniania wodoru cząsteczkowego:

CaSO₄ + 4H₂→ CaS +4H₂O

Bakterie z tego rodzaju są czynnikiem korozji rur wodociągowych.

Organizmy roślinne (fitoplankton)

W sieci wodociągowej może znaleźć się również fitoplankton w skład którego wchodzą sinice i glony w zakresie wielkości od 0,2μm do 1mm, a kolonijne do 1cm. Do sinic masowo rozwijających się i mogących przedostawać się do sieci wodociągowej przez złoża filtracyjne należą nitkowate formy sinic z rodzaju Oscillatoria, Planktothrix, Lyngbya, Phormidium. Since te o grubości nitek 1-5 μm otoczone galaretowymi pochewkami i obdarzone możliwością poruszania się ruchem skrętno- posuwistym łatwo przechodzą przez złoża piaskowe.

Ponadto zielenice z rzędu Chlorococcales, jak i złotowiciowce z rodzaju Chrysococcus oraz drobne kryptofity są spotykane w wodzie wodociągowej.

Organizmy zwierzęce

Od końca XIX w. dyskusyjny jest problem pogarszania zapachu wody spowodowanego przez zwierzęta wodne, które rozwijają się w dużych ilościach wytwarzają metabolity wpływające na pogorszenie jakości wody.

Należą tutaj: pierwotniaki, gąbki, skorupiaki, stawonogi (larwy owadów), małże i mszywioły.

Pierwotniaki (Protozoa)

W wodach zanieczyszczonych fekaliami spotykane są Etamoeba histylityca, Gardia lamblia i Cryptosporidium parvum. Wytwarzające formy przetrwalnikowe (cysty i oocyty). Charakteryzują się bardzo dużą odpornością nawet na działanie chloru. U człowieka wywołują chorobę gardiozę i kryptosporidiozę tj. schorzenia przewodu pokarmowego w którym zagnieżdzą się postać wegetatywna tego pierwotniaka uwalniając trofozoidy.

Pierwotniaki rozprzestrzeniające się drogą wodną
Nazwa organizmu
Entamoeba histolityca
Gardia lamblia
Cryptosporidium parvum

Gąbki (Spongia)

Występują w licznych skupiskach, nadają wodzie nieprzyjemny, ostry zapach, który może być bardzo intensywny w przypadku gdy gąbki porastają ściany rurociągów dosyłających wodę surową do stacji uzdatniania. Pochodzi on od dość dużej zawartości jodu znajdujące się w substancji zlepiającej krzemionkowe złogi szkieletowe gąbek. Zastosowanie chloru powoduje ich obumarcie jednakże pozostają nadal przytwierdzone do podłoża. Obumarłe komórki gąbek rozkładając się jeszcze intensywniej pogarszają cechy organoleptyczne doprowadzanej wody

Stawonogi (Arthropoda): Larwy owadów (Insecte), Skorupiaki (Crustacea)

W rurociągach często stwierdza się obecność zwierząt tkankowych do których należą larwy owadów. Mogą przedostawać się do systemów wodociągowych z wodą czerpaną z ujęć powierzchniowych i chociaż częściowo usunięte w procesie uzdatniania w pewnej części przedostają się i rozwijają w złożach filtracyjnych.

Ponadto:

przecieki wód powierzchniowych do instalacji wodociągowych

awarie rurociągów przesyłowych

nieskuteczna dezynfekcja wody

są przyczyną występowania tych organizmów w wodzie wodociągowej.

W systemach wodociągowych stwierdzano obecność skorupiaka Asellus aquaticus (ośliczki) należących do skorupiaków słodkowodnych. Mogą przemieszczać się wraz z przepływem wody w rurociągu lub pełzając po ich ściankach jak również posiadają zdolność przytwierdzania się do szorstkich powierzchni. Są odporne na panujące w wodociągach warunki jak wysokie ciśnienie, niska temperatura, niska zawartość tlenu i obecność chloru. W systemach wodociągowych odżywiają się związkami organicznymi i bakteriami obecnymi w wodzie. Nie zaobserwowano przenoszenia chorób prz A. aquaticus.

Mięczaki (Mullusca)

Gatunek racicznicy (Dreiisena polymorpha) występujący w wodach płynących i stojących czystych, jest znany z masowego obrastania urządzeń podwodnych. Jest mięczakiem o charakterystycznych kanciastych muszlach, tworzy kolonie, które mogą niekiedy całkowicie zatkać rury. Obumierające zwierzęta zanieczyszczają wodę, a puszyste muszle utrudniają przepływ wody. W przypadku gwałtownego obumarcia rozległych koloni racicznicy rozwiniętych w urządzeniach wodociągowych pojawia się nieprzyjemny gnilny zapach co powoduje obniżenie cech organoleptycznych wody.

Zwalczanie polega na mechanicznym oczyszczaniu przewodów z osiadłych kolonii, oraz wyławianiu larw w czerwcu i lipcu. Zastosowanie nowej metody- ultradźwięków- powoduje ich eliminację.

Mszywioły (Bryzoa)

Mszywioły stanowię gromadę wodnych bezkręgowców tworzących osiadłe lub pełzające kolonie (bulwowate narośla dochodzące do 1g wagi), okryte galaretowatą lub chitynową osłoną. Ciało osobnika składa się z części głowowej z otworem gębowym i aparatem czułkowym oraz workowatej części tylnej połączonej z pniem kolonii. Tworzą mszyste i bulwowate powłoki bądź narośla na roślinach i przedmiotach podwodnych.

Gatunki z rodzaju Pneumatella żyjące w koloniach są wyjątkowo uciążliwe z powodu wydzielania przez nie ostrego nieprzyjemnego zapachu, szczgółnie w rurociągach dosyłowych, na stacjach uzdatniania wody lub w sieci wodociągowej. Po zniszczeniu ich metodami chemicznymi wydzielany przez nie zapach jest szczególnie przykry.

Wirusy chorobotwórcze występujące w wodzie

Polio 1,2,3- Porażenie dziecięce (choroba Heinego-Medina)

Coxsackie A – Angina opryszczkowa, zapalenie opon mózgowych choroby układu oddechowego

Coxsackie B - Zapalenie opon mózgowych, zapalenie mięśnia sercowego, zapalenie opłucnej, zapalenie spojówek ocznych

ECHO- Zapalenie opon mózgowych, choroby układu oddechowego, przeziębienia

Adenovirus- Choroby układu oddechowego, zapalenie oczu, ostre krwotoczne zapalenie pęcherza moczowego u dzieci, zapalenie spojówek ocznych i rogówki

Hepatitis Ai E- Zakaźne zapalenie wątroby

Rotavirus- Zapalenie żołądkowo- jelitowe, biegunka u dzieci i niemowląt

Norwalk- Ostra choroba żołądkowo- jelitowa, sezonowe epidemie