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.

Oczyszczalnie tego typu

uzależnione są od

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