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.: