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
Zawartość metali ciężkich wg Greinerta
Åšrednia Åšrednia
zawartość w Światowa
Pierwiastek Gleby Polski
glebach Polski
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
Stopnie zanieczyszczenia (IUNG Puławy)
0  zawartość naturalna (Cd 0,3-1mg/kg; Pb
20-60mg/kg; Zn 50-100mg/kg)  gleby
nadajÄ…ce siÄ™ 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
Stopnie zanieczyszczenia (IUNG Puławy)
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
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)
-
Åšciekowe stawy rybne
-
Stawy stabilizacyjne
-
Stawy napowietrzane
Oczyszczalnie roślinne
-
Oczyszczalnie hydrobotaniczne
-
Oczyszczalnie bagienne
-
Korzeniowe
-
Gruntowo-roślinne
-
Glebowo-korzeniowe
-
Złoża makrofitowe
-
Złoża trzcinowe
- oczyszczalnie z roślinnością bagienną,
- oczyszczalnie z roślinnością wodną zakorzenioną,
- oczyszczalnie z roślinnością wodną pływającą,
- oczyszczalnie wierzbowe.
Tak wyglÄ…da korzeniowa
oczyszczalnia ścieków w
Gronowie ElblÄ…skim, 9 lat po
oddaniu do eksplpoatacji.
Inwestor UG Gronowo Elbl.
(fot.M.Gajda)
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
zwiÄ…zane 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 z
dz
bła do kłączy i
korzeni, a następnie do strefy gruntu wokół
korzenia,

rozluz
nienie 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 osiÄ…gane sÄ… 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 siÄ™ tzn. oczyszczalnie kaskadowe. W tym rozwiÄ…zaniu
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 wymagajÄ…cy,  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 sÄ… bardzo zmienne.
Błędy przy projektowaniu i wykonawstwie
oczyszczalni gruntowo-trzcinowych
y
le 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
pracÄ™ 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)
Zestawienie niektórych zmiennych opisujących
pracÄ™ oczyszczalni gruntowo-trzcinowych
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)
·
 sprawność oczyszczalni (efekt oczyszczania)
· = 100 (1  Le/Lo) %
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