Filtry bagienne

Systemy naturalnego uzdatniania wody stosowano od lat 70. XX w. do oczyszczania ścieków bytowych i przemysłowych, wód opadowych, kąpielowych czy sanacji rzek, jezior oraz uzdatniania wody pitnej. Powstał szereg oczyszczalni, w tym niektóre o powierzchni kilkudziesięciu hektarów. Szczególnymi zaletami naturalnych systemów oczyszczania jest wysoka stabilność zachodzących w nich procesów, odporność na przeciążenia oraz niedobory wody. Warto wspomnieć również o dodatkowych zaletach, do których zaliczyć należy zdolność systemów oczyszczania do redukcji biogenów, prostotę obsługi oraz wysokie walory krajobrazowe. Zalety te predestynują naturalne technologie oczyszczania do tego by stosować je również w środowisku miejskim.

W instytucie Maxa Plancka w Krefeld w latach 60 tych XX w. przeprowadzono badania nad zdolnościami roślin bagiennych pod kątem usuwania zanieczyszczeń. Efektem prowadzonych prac przez prof. Kathe Seidel było powstanie oczyszczalni hydrobotanicznych z zastosowaniem oczeretu oraz trzciny. Kolejne prace nad udoskonaleniem systemu oczyszczalni hydrobotanicznych prowadził prof. Reinhold Kickuth ? gleboznawca z uniwersytetu w Kassel. W wyniku prowadzonych badań odkrył, że bardzo istotną funkcję w oczyszczaniu spełnia odpowiednio spreparowana gleba, a szczególnie jej zdolność do pochłaniania i trwałego zatrzymywania biogenów, poprzez niektóre zawarte w glebie minerały. Dowiódł, iż na uzyskany efekt oczyszczania ma znaczny wpływ nie tylko powierzchnia tzw. błon bakteryjnych ale i tzw.?efekt ryzosfery?- zjawiska, które polega na stworzeniu bogatej biocenozy bakteryjnej a powodowane jest stymulującymi właściwościami korzeni roślin. Dzięki tkankom powietrznym roślin, dostarczany jest dodatkowo tlen stymulujacy procesy przebiegające w złożu. Dalszym etapem rozwoju stały się filtry mineralno ? roślinne o wysokich zdolnościach sorpcyjnych oraz stabilnej hydraulice. Odpowiednio dobierając składniki można komponować złoża filtracyjne zależnie od potrzeb oraz składu filtrowanego medium.

 

 

Materiały filtracyjne

Procesy zachodzące na materiałach filtracyjnych

Filtry bagienne ? budowa

 

Przykłady filtrów

Działanie

w procesie oczyszczania zachodzą zarówno procesy mechaniczne, takie jak: sedymentacja, filtracja, procesy biologiczne oraz rozkład złożonych związków za pomocą bakterii, jak i procesy chemiczne (wiązanie związków biogennych i toksycznych poprzez absorbcję ).

Filtry bagienne posiadają zazwyczaj znacznie większą retencję w porównaniu do systemów konwencjonalnych, co przekłada się na dłuższy okres przetrzymywania oczyszczanego medium na złożu filtracyjnym. Plusem tego stanu rzeczy jest wysoka wydajność procesow rozkladu zachodzacych w filtrze. Rola roślin sprowadza się nie tylko do utrzymania odpowiedniej przepustowości hydraulicznej złoża oraz wywołania tzw. efektu ryzosfery. Rośliny są w stanie magazynować szereg substancji toksycznych oraz biogennych zawartych w oczyszczanym medium. W oczyszczaniu wody opadowej lub pochodzącej ze zbiorników wodnych, w tym np. kąpielowych, roślinność może mieć znaczący wplyw na cały proces oczyszczania. Jednak w wypadku filtrowania ścieków bytowych, poprzez rośliny, zatrzymane może być zaledwie ok. 15 do 20% substancji biogennych. Filtry pracować mogą jako przepływowe lub w cyklu zamkniętym Obliczanie efektywności usuwania kontaminacji w cyklu zamknietym oblicza się wtedy ze wzoru:

 

Schematy systemów filtracyjnych

Typy filtrów

Istnieje wiele kategorii podziału filtrów, jednak najważniejszy z nich to podział na filtry hydrobotaniczne oraz glebowe. Filtry hydrobotaniczne składają się ze zbiorników, w których umieszczono rośliny wodne: rośliny wynurzone (szuwarowe), takie jak: trzcina, irys bagienny, sit, a także roślin podwodnych, do których zaliczają się osoka, moczarka, wywłócznik, lub pływających, czyli rzęsa, zabiściek, a w krajach tropikalnych - sałata wodna oraz narcyz wodny, rośliny o wynurzonych liściach, takie jak: grążel, lilia wodna bądź rdestnica.

Stosuje się również takie filtry, w których jednocześnie wykorzystuje się wiele gatunków roślin. Zaletą w takim wypadku staje się większa odporność roślinności na wahania składu, poziomu oraz ilość przepływającej wody.Dodatkowym atutem jest naturalny wygląd takich akwenów, które przypominają stawy. Jednak do najbardziej wydajnych systemów oczyszczania zaliczają się filtry ze złożem filtracyjnym, gdyż obok zdolności filtracyjnych samych roślin, dochodzi w nich do efektywnej filtracji na złożu, pokrytym błoną bakteryjną oraz reakcji chemicznych z komponentami złoża. Ze względu na kierunek przepływu, wyróżniamy filtry o przepływie poziomym,pionowym, w kierunku góra-dół oraz dół-góra (filtr inwersyjny), a także filtry o przepływie mieszanym. Mogą być budowane jako złoża wynurzone lub podtopione. Te ostatnie z kolei mogą być tworzone z dodatkową strefą hydrobotaniczną na swojej powierzchni. Stosowane w nich rośliny to przede wszystkim trzcina, która posiada system korzeniowy sięgający 1 m głębokości, a także sit, wierzby czy turzyce. Jako materiały filtracyjne stosuje się pisaki, żwiry, odpowiednio spreparowane gleby ilaste, a także materiały filtracyjne o porowatych powierzchniach, takie jak: lawy, tufy wulkaniczne, keramzyt, żużel i dodatki o właściwościach sorpcyjnych (związki żelaza, margle wapienne, dolomity). W profesjonalnie budowanych zbiornikach dobiera się media filtracyjne do właściwości filtrowanego medium z uwzględnieniem pożądanego efektu końcowego oraz przewidywanego okresu pracy złoża. Niektóre media filtracyjne przechwytują np. biogeny pobierane następnie jedynie przez rośliny.

Rośliny repozycyjne

Rośliny te mają szczególne właściwości, dzięki którym mozliwe jest usuwanie zanieczyszczeń ze środowiska, przeciwdziałanie rozwojowi procesów geomorfologicznym etc. Hodowane są zwykle na specjalnych paletach, które posiadają wgłębienia w kształcie klina, pozbawione części nadziemnych mogą być transportowane przez kilka dni bez wody. Tylko takie rośliny można stosować na matach wegetacyjnych. Maty wegetacyjne typu Repotex, produkowane są w różnych wariantach jako maty pływające bądź akumulujące wodę. Pływające stosowane są jako wyspy także na zielonych dachach, gdzie unoszą się wraz ze zmieniającym się poziomem wody.

 

Roślina repozycyjna ?Repotex? hodowana systemem ?Logotainer

 

Rośliny re pozycyjne na matach pływających

Zastosowania filtrów

 

Renaturyzacja

Do podstawowych nowoczesnych strategii zagospodarowywania cieków wodnych na terenach miejskich zaliczane są renaturyzacja (czyli powrót do stanu zbliżonego do naturalnego) oraz rewitalizacja (czyli poprawa, w zakresie praktycznie możliwym do zrealizowania). Renaturyzacja polega na odtworzeniu pierwotnej dynamiki cieku wodnego poprzez usunięcie umocnień brzegowych, nadanie mu naturalnego kształtu oraz odtworzenie polderów zalewowych. W środowisku miejskim prowadzenie działań renaturyzacyjnych ma na celu zapewnienie bezpieczeństwa przeciwpowodziowego poprzez zwiększenie zdolności retencyjnych. Obok odtwarzania terenów zalewowych, przez zwiększanie przekrojów oraz wydłużanie okresu spływu, dąży się do poprawy jakości wody. Istotna jest tutaj ochrona środowiska poprzez odtwarzanie czynnych biologicznie korytarzy jak i walory krajobrazowo-estetyczne oraz rekreacyjne. Warto wspomnieć że rośliny bagienne, takie jak: trzcina, odznaczają się wysokim przyrostem biomasy i mogą być wykorzystywane w celach energetycznych. Filtry hydrofitowe mogą lokalizowane być bespośrednio na ciekach, tworzonych odnogach oraz przy wypływach instalacji kanalizacji deszczowych z osiedli czy dróg. Mogą retencjonowac wody na swojej powierzchni (fitry retencyjne) bądz stanowić rodzaj zapory zarówno oczyszczającej jak i wyrównującej przepływy wody.

 

 

Obiekty retencyjno ? filtracyjne

Przykład zastosowania filtra mineralnego (filtr Neptun-Polyplan) do uzdatniania wód kąpielowych