Układy oczyszczania ścieków naśladujące naturalne procesy samooczyszczania się wód skutecznie przyczyniają się do efektywnego oczyszczania ścieków i ochrony czystości wód powierzchniowych.
Wysokie tempo rozwoju wiejskich systemów zaopatrzenia w wodę, związane z sukcesywnym zwiększaniem się na wsi liczby zabudowań i coraz wyższym standardem wyposażenia w urządzenia sanitarne, powoduje stały wzrost ilości odprowadzanych ścieków z wiejskich jednostek osadniczych. Stwarza to konieczność modernizacji już istniejących lub budowy nowych systemów kanalizacji i oczyszczania ścieków na terenach wiejskich [1, 2, 6, 10]. Potrzeba usuwania zanieczyszczeń ze ścieków wynika z konieczności racjonalnego gospodarowania zasobami wodnymi, właściwej ochrony wód przed nadmiernym zanieczyszczeniem oraz utrzymania ich odpowiedniego stanu sanitarnego [1, 6, 8].
Głównym zadaniem procesu oczyszczania ścieków jest doprowadzenie ich do takiego stanu, aby stężenie i rodzaj zanieczyszczeń mieściły się nie tylko w dopuszczalnych granicach, ale także aby w końcowej fazie usuwania zanieczyszczeń wykorzystać w maksymalny sposób naturalny proces samooczyszczania. Jest to uzasadnione względami ekonomicznymi oraz właściwym, oszczędnym gospodarowaniem wodą. Aby warunek ten mógł być spełniony, a proces samooczyszczania stanowił faktycznie końcowy etap oczyszczania ścieków, muszą być spełnione określone warunki. Najważniejszym warunkiem jest sprawne działanie ekosystemu, tzn. funkcje metaboliczne biocenozy i obieg materii w łańcuchu troficznym muszą się odbywać bez zakłóceń [3, 4, 5, 7]. Najczęstszą przyczyną niespełnienia tego warunku jest nadmierne obciążenie odbiornika ściekami lub jego degradacja przez wprowadzanie ze ściekami substancji wysokotoksycznych. Przykładem mogą tu być metale ciężkie, substancje promieniotwórcze lub substancje ropopochodne. Ten stan powoduje częściowe lub całkowite zniszczenie ekosystemu i biologicznego procesu samooczyszczania. Nadmiar zanieczyszczeń wprowadzany do odbiornika spowodowany jest w głównej mierze niewystarczającą liczbą dobrze pracujących oczyszczalni ścieków [6, 7, 9, 11].
Współczesne metody oczyszczania ścieków charakteryzują wieloetapowe procesy, które można podzielić na proces: mechaniczny, biologiczny, chemiczny oraz na procesy łączne [1, 5, 7, 8, 11, 13].
Wymienione wyżej metody podlegają różnym modyfikacjom, do których należy m.in. metoda hydrobotaniczna oczyszczania ścieków. Hydrobotanicze oczyszczanie ścieków opiera się na wykorzystaniu w procesie oczyszczania procesów sorpcji biologicznej za pomocą odpowiednio dobranych roślin [3, 4, 11, 13]. Przykładem metody hydrobotanicznego oczyszczania ścieków jest oczyszczalnia roślinno-wodna.
Fot. 1. Hiacynt wodny, Wikipedia
Materiał i metody
Badania przeprowadzono w zaprojektowanej i skonstruo-wanej laboratoryjnej oczyszczalni roślinno-wodnej, która wykorzystuje energię słoneczną i całościowe procesy biologiczne charakterystyczne dla środowiska roślin usadowionych stacjonarnie w układzie hydroponicznym. Procesy te opierają się w głównej mierze na biologicznej redukcji organicznych składników ścieków poprzez pobieranie ich przez system
korzeniowy roślin.
korzeniowy roślin.
W zaprojektowanej laboratoryjnej oczyszczalni roślinno-wodnej ścieki przechodzą przez zespół zbiorników – reaktorów biologicznych, w których w procesie oczyszczania ścieków uczestniczy system korzeniowy roślin, kształtująca się w bioreaktorze mikroflora bakteryjna oraz fito- i zooplankton. Przepływ ścieków pomiędzy poszczególnymi zbiornikami odbywa się zgodnie z zasadami hydrodynamiki. Przepływ ścieków pomiędzy poszczególnymi zbiornikami regulowano za pomocą regulatora przepływu, zainstalowanego na wypływie z każdego zbiornika.
Badania przeprowadzono z udziałem ośmiu roślin wodnych, tj. trzciny wodnej (Phragmites australis), pałki szerokolistnej (Typha latifolia), hiacynta wodnego (Eichhornia crassipes), pistii rozetkowej (Pistia stratiotes), osoki aloesowatej (Stratiotes aloides), rzęsy drobnej (Lemna minor), moczarki kanadyjskiej (Elode canadensis) i rogatka sztywnego (Ceratophyllum demersum).
W badaniach wykorzystano ścieki surowe i oczyszczone. Ściek syntetyczny sporządzono wg [14] i zgodnie z PN-87/C-04616.10 odpowiadają swoim składem wymaganiom stawianym przeciętnym ściekom bytowo-gospodarczym (komunalnym).
Wykonano oznaczenia: BZT5 – zgodnie z PN-84/C-04579.04 metodą manometryczną, ChZT – zgodnie z PN-85/C-04578.03 metodą dwuchromianową, azotu ogólnego – zgodnie z PN-84/C-04576.01, fosforu ogólnego – zgodnie z PN–84/C-04573.01, ogólnej liczby bakterii i grzybów w ściekach surowych i oczyszczonych metodą płytkową – zgodnie z PN–75/C-04615.03.
|
Roślina
|
pH
|
Redukcja %
|
|||
|
N
|
P
|
BZT5
|
ChZT
|
||
|
trzcina wodna
|
8,3
|
92,7
|
92,4
|
96,7
|
89,1
|
|
pałka szerokolistna
|
8,2
|
89,4
|
90,4
|
95,9
|
87,2
|
|
hiacynt wodny
|
8,5
|
74,0
|
91,6
|
88,7
|
86,4
|
|
pistia rozetkowa
|
8,4
|
82,0
|
90,9
|
94,1
|
87,9
|
|
osoka aloesowata
|
8,5
|
78,9
|
83,8
|
86,8
|
78,1
|
|
rzęsa drobna
|
8,4
|
70,1
|
90,5
|
95,3
|
85,4
|
|
moczarka kanadyjska
|
8,3
|
80,6
|
89,3
|
89,0
|
84,6
|
|
rogatek sztywny
|
8,6
|
81,7
|
82,5
|
90,3
|
82,3
|
Tab. 1. Obniżenie wskaźników fizykochemicznych podczas oczyszczania ścieków komunalnych metodą roślinno-wodną
Wyniki badań
W tabelach 1 i 2 przedstawiono wyniki badań obniżenia wskaźników fizykochemicznych i mikrobiologicznych w ściekach oczyszczanych z wykorzystaniem ośmiu roślin wodnych.
Badania wykazały, że spadek stężenia substancji organicznej wyrażonej w BZT5 i ChZT wynosił od 86,8 do 96,7% dla BZT5 i od 78,1 do 89,1% dla ChZT, usuwanie azotu ogólnego wynosiło od 70,1 do 92,7%, a fosforu od 82,5 do 92,4%.
Efektywność obniżenia wskaźników mikrobiologicznych wynosiła dla ogólnej liczby bakterii od 39,7 do 70,3%, dla ogólnej liczby grzybów – od 6,1 do 34,0%.
|
Roślina
|
pH
|
Redukcja w %
|
|
|
Ogólna liczba bakterii
|
Ogólna liczba grzybów
|
||
|
trzcina wodna
|
8,3
|
67,4
|
22,1
|
|
pałka szerokolistna
|
8,2
|
67,1
|
34,0
|
|
hiacynt wodny
|
8,5
|
70,3
|
6,1
|
|
pistia rozetkowa
|
8,4
|
56,8
|
16,4
|
|
osoka aloesowata
|
8,5
|
45,2
|
15,2
|
|
rzęsa drobna
|
8,4
|
64,1
|
22,0
|
|
moczarka kanadyjska
|
8,3
|
47,8
|
6,7
|
|
rogatek sztywny
|
8,6
|
39,7
|
21,7
|
Tab. 2. Obniżenie wskaźników mikrobiologicznych podczas oczyszczania ścieków komunalnych metodą roślinno-wodną
Badania przeprowadzone w skali laboratoryjnej wykazały, że oczyszczalnia roślinno-wodna stanowi skuteczny układ oczyszczania ścieków bytowo-gospodarczych. Podczas tych badań rośliny wodne z trzech grup ekologicznych: roślin pływających – hiacynt wodny, pistia rozetkowa, osoka aloesowata, rzęsa drobna; roślin zanurzonych (elodeidów) – moczarka kanadyjska i rogatek sztywny; oraz roślin wynurzonych – trzcina wodna, pałka szerokolistna, wykazywały dużą skuteczność w obniżaniu wskaźników fizykochemicznych i mikrobiologicznych oczyszczanych ścieków.
Przedstawione poziomy redukcji wskaźników fizykochemicznych i mikrobiologicznych potwierdzają fakt, że układy oczyszczania ścieków naśladujące naturalne procesy samooczyszczania się wód skutecznie przyczyniają się do efektywnego oczyszczania ścieków.
Oczyszczalnię roślinno-wodną można uznać za jeden z wariantów spośród systemów oczyszczania ścieków pochodzących z niedużych źródeł, typu dom jednorodzinny, zespół domów rodzinnych. Oczyszczone ścieki wypływające z oczyszczalni roślinno-wodnej mogą zasilać staw przydomowy, osiedlowy, mogą również stanowić efekt ozdobny w mikrokrajobrazie. Ścieki oczyszczone można również wykorzystać do hodowli roślin wodnych, zraszania trawników przydomowych, osiedlowych, kortów trawiastych itp.
dr Piotr Daniszewski
Wydział Nauk Przyrodniczych
Uniwersytet Szczeciński
Literatura
1. A.M. Anielak, Chemiczne i fizykochemiczne oczyszczanie ścieków, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000.
2. K. Bartoszewski, E. Kempa, R. Szpadt, Systemy oczyszczania ścieków, Politechnika Wrocławska, Wrocław 1981.
3. H. Brix, Treatment wetlands: am overview – Oczyszczalnie hydrobotaniczne, Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna, Gdańsk 1–3.09.1995 r., s. 167–176.
4. A.M. Chmielewska, Hydrobotaniczne oczyszczalnie ścieków, „Inżynieria Środowiska”, t. 7, 2002, s. 87–97.
5. B. Cywiński, S. Gdula, E. Kempa, J.H. Kurbiel, H. Płoszański, Oczyszczanie ścieków miejskich, Wydawnictwo Arkady, Warszawa 1972.
6. B. Głowiak, E. Kempa, T. Winnicki, Podstawy ochrony środowiska, Państwowe Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1999.
7. N.F. Grey, Biology of wasterwater treatment, Oxford University Press, 1989, pp. 89.
8. L. Hartmann, Biologiczne oczyszczanie ścieków, Wydawnictwo Instalator Polski, Warszawa 1996.
9. A.L. Kowal, M. Świderka-Nróz, Oczyszczanie ścieków, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1996.
10. K. Miksch, Biotechnologia środowiska, część I, Fundacja Ekologiczna „Silesia”, Katowice 1995.
11. J. Mosiej, Wykorzystanie systemów hydrobotanicznych do oczyszczania małych ilości ścieków, „Ekologia i Technika” nr 6/1994.
12. Polskie Normy: PN-75/C-04615.03, PN-84/C-04579.04, PN-84/C-04576.01, PN-84/C-04573.01, PN-85/C-04578.03, PN-87/C-04616.10.
13. R. Urawska, Oczyszczanie ścieków w warunkach naturalnych, „Murator” nr 4/1996, s. 91–94.
14. B. Weinberger, Thesis, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Mass, 1950.
