FIZYKA I CHEMIA GLEB. Klasy degradacji gleb, normy Oczyszczalnia glebowo-roślinna

Transkrypt

1 FIZYKA I CHEMIA GLEB Literatura przedmiotu: Kowalik P. Ochrona środowiska glebowego, PWN, Warszawa 2001 Klasy degradacji gleb, normy Oczyszczalnia glebowo-roślinna

2 Normy i klasy degradacji gleb Tło, lub zerowy stopień zanieczyszczenia: (pomierzone wg naturalnych zawartości metali ciężkich): Cd 0,3 1,0 mg/kg Cu mg/kg Cr mg/kg Ni mg/kg Pb mg/kg Zn mg/kg wg Kabaty-Pendias

3 Zawartość metali ciężkich wg Greinerta Pierwiastek Gleby Polski Średnia zawartość w glebach Polski Cd 0,2-0,31 0,22 0,5 Średnia Światowa Pb <0,20 13, Zn <0,40 33, Cu , Ni <10 6,5 <100

4 Stopnie zanieczyszczenia (IUNG Puławy) 0 zawartość naturalna (Cd 0,3-1mg/kg; Pb 20-60mg/kg; Zn mg/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 mg/kg; Zn mg/kg) gleby przeznaczone do pełnego wykorzystania rolniczego

5 Stopnie zanieczyszczenia (IUNG Puławy) II zanieczyszczenie małe (Cd 2-5mg/kg; Pb mg/kg; Zn mg/kg) na glebach tych należy wykluczyć uprawę warzyw, dozwolona uprawa roślin zbożowych, okopowych i pastewnych III zanieczyszczenie średnie (Cd 3-10mg/kg; Pb mg/kg; Zn mg/kg) dopuszczalna uprawa roślin zbożowych, pod warunkiem okresowych kontroli, zalecane uprawy roślin przemysłowych i traw nasiennych

6 Stopnie zanieczyszczenia (IUNG Puławy) IV zanieczyszczenie duże (Cd 5-20mg/kg; Pb mg/kg; Zn mg/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

7 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

8 Jakość środowiska w Polsce Skład chemiczny opadów i depozycja zanieczyszczeń do gleby (w latach ) 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

9 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

10 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 wygląda korzeniowa oczyszczalnia ścieków w Gronowie Elbląskim, 9 lat po oddaniu do eksplpoatacji. Inwestor UG Gronowo Elbl. (fot.m.gajda)

11 Oczyszczalnie roślinne Klasy oczyszczalni roślinnych: - Obiekty rolniczego wykorzystania ścieków - Właściwe oczyszczalnie hydrobotaniczne (hydrofitowe) - Stawy ściekowe, glonowe, lub z roślinnością pływającą

12 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

13 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

14 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.

15 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.

16 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 %. 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.

17 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.

18 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, gruntoworoślinnych 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.

19 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).

20 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.

21 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 m)

22 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

23 Błędy przy projektowaniu i wykonawstwie oczyszczalni gruntowo-trzcinowych Niewłaściwe prowadzenie wzrostu i rozwoju trzciny porastającej złoże (najkożystniej sadzić w dużych donicach błotnoroślinnych) 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

24 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)

25 Zestawienie niektórych zmiennych opisujących pracę 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) η sprawność oczyszczalni (efekt oczyszczania) η = 100 (1 Le/Lo) %

26 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

27