OCZYSZCZALNIA HYDROFITOWA W GDAŃSKIM ZOO Joanna Danuta Ryńska: Wydział Budownictwa Wodnego i Inżynierii Środowiska Politechnika Gdańska opiekun naukowy dr hab. inż. Hanna Obarska Pempkowiak, prof. PG 1. STRESZCZENIE W referacie przedstawiam pracującą od 1992 roku oczyszczalnię hydrofitową obsługującą odcinek Potoku Rynaszewskiego (Rynarzewskiego, Renuszowskiego) przepływającego przez Miejski Ogród Zoologiczny w Gdańsku Oliwie. Potok ten jest dopływem Potoku Jelitkowskiego (Oliwskiego), więc jego jakość ma pewien wpływ na stan wód w Zatoce Gdańskiej. Głównym aspektem, którym się zajmuję, jest ekologiczny charakter tego rozwiązania, co oznacza, że Ogród Zoologiczny i oczyszczalnia tworzą funkcjonalną całość spełniającą szereg warunków inżynierii ekologicznej, zilustrowanych w referacie. Uzasadniono konieczność oczyszczania Potoku Rynaszewskiego. Przedstawiono zastosowane rozwiązanie w świetle wspomnianych aspektów inżynierii ekologicznej. ZOO zaś pokazane jest jako zlewnia, której charakterystyka pozwala na pełne i optymalne wykorzystanie zalet systemów hydrofitowych (buforowych stref wiklinowych oraz poletek trzcinowych). 2. WSTĘP Celem moim jest zaprezentowanie oczyszczalni hydrofitowej pracującej na fragmencie Potoku Rynarzewskiego znajdującego się terenie Miejskiego Ogrodu Zoologicznego w Gdańsku (a więc zlewni bardzo specyficznej) jako rozwiązania inżynierii ekologicznej. Ponieważ pojęcie to jest bardzo szerokie, uwzględniam wybrane elementy jego definicji. Mówią one, że rozwiązanie inżynierii ekologicznej to: a) technologia poprawiająca stan środowiska wynikły z oddziaływania człowieka, możliwie nie tylko w skali lokalnej, ale jednocześnie: b) technologia nie zmieniająca w sposób znaczący warunków naturalnych, w tym warunków klimatycznych i wodnych, glebowych i krajobrazowych rozwiązanie staje się elementem danego systemu; c) technologia nie pogarszająca stanu środowiska naturalnego w żadnym aspekcie ani na żadnym etapie (projekt, wykonanie, rozruch, funkcjonowanie, naprawa i konserwacja, zamknięcie) nie wpływa negatywnie na żaden składnik środowiska;
d) technologia optymalna dla danej potrzeby zasada najlepszej dostępnej technologii, uzasadniona środowiskowo i ekonomicznie. Zamiarem moim jest wykazać, że pracująca oczyszczalnia jest obiektem inżynierii ekologicznej w powyższym rozumieniu. Dla tego celu omówię kolejno warunki naturalne, problemy ściekowe ZOO jako zlewni specyficznej oraz przedstawię niektóre aspekty istniejącego rozwiązania jako rozwiązania inżynierii ekologicznej. 2. CHARAKTERYSTYKA POTOKU RYNASZEWSKIEGO Potok Rynaszewski (zwany też Rynarzewskim lub Renuszowskim) jest głównym dopływem Potoku Jelitkowskiego (Oliwskiego). Ponieważ Potok Jelitkowski uchodzi do Zatoki Gdańskiej, jakość wód Potoku Rynaszewskiego ma wpływ na jakość wód przybrzeżnych. Długość Potoku to ok. 3600 m, przy przepływie ok.0,07 m 3 /s. Ujście do Potoku Jelitkowskiego znajduje się między ul. Kościerską a Instytutem Budownictwa Wodnego PAN. Około 1400 m cieku znajduje się na terenie Miejskiego Ogrodu Zoologicznego w Gdańsku Oliwie, zajmującego 1,36 km 2. Gęstość sieci cieków wynosi więc ok. 1 km cieku/1 km 2 zlewni. Oznacza to, że na każdy metr potoku przypada ok. 0,1 ha zlewni, co daje powierzchnię średniego wybiegu dla zwierząt. Obciążenie potoku, szczególnie ładunkiem azotu organicznego jest więc znaczne wynosi ono 2000 RLM. Stwarza to warunki do rozwoju zanieczyszczeń bakteriologicznych. Możliwość powstawania właśnie tego rodzaju zanieczyszczeń i wiążące się z tym zagrożenie bakteriologiczne dla kąpieliska w dzielnicy Jelitkowo sprawia, że podniesiono konieczność oczyszczania wód na terenie Ogrodu. 3. SPECYFIKA ZOO JAKO ZLEWNI ŚCIEKÓW W ZOO można wyróżnić dwa rodzaje źródeł zanieczyszczeń: a) zanieczyszczenia powierzchniowe, wynikłe ze spływu z wybiegów zwierząt (np. zebry, bydło stepowe, kozy, dziki, jelenie); b) zanieczyszczenia punktowe, pochodzące z odpływów ze stawów zwierząt wodnych lub mających do swej dyspozycji stawy (foki, hipopotamy, słonie, ptactwo wodne). Wg. analizy przeprowadzonej w 1991 r., parametrem decydującym o obniżeniu klasy wód jest azot ogólny. Związane jest to z dużym udziałem azotu organicznego (ok. 80% azotu ogólnego), co powodowane jest procesami życiowymi zwierząt. Specyficzne są też stosunkowo niewysokie (tj. nie powodujące obniżenia klasy czystości) stężenia ChZT (oznaczane metodą manganową) i BZT 5. Niewielka ilość tych zanieczyszczeń wynika z bardzo nieznacznego udziału środków chemicznych
(mycie klatek i wybiegów), charakterystycznych dla gospodarstw domowych (gdzie BZT i ChZT są stosunkowo wysokie). Zestawienie parametrów przedstawia tabela 1. Tabela 1. Zestawienie parametrów na odpływie z ZOO w 1991 r. (Obarska Pempkowiak, Mierzejewski, 1995) wskaźnik stężenie klasa ładunek [g/m 3 ] czystości kg/d zwiększenie wobec dopływu [%] N og 10.1 II 58.1 (58.1-0,10)/58.1= 99,8 N org 8.0 48.3 99,7 BZT 5 3.5 I 21.2 ~100 ChZT Mn 10.0 I 60.5 99,9 3- PO 4 0.6 II 3.6 99,4 Przeprowadzona analiza pokazuje też, że skażenie mikrobiologiczne ma ograniczony zasięg. Poza tym zwierzęta są pod kontrolą weterynaryjną, wiadomo więc z góry o ewentualnym zagrożeniu. 4. OPIS ROZWIĄZANIA Do oczyszczania ścieków na terenie ZOO zastosowano tzw. oczyszczalnię hydrofitową. Jest to odmiana oczyszczalni biologicznej, której główną zasadą jest naśladowanie (symulacja) warunków hydraulicznych i siedliskowych naturalnych systemów bagiennych (podmokłych). Najważniejszym procesem jest rozkład zanieczyszczeń organicznych i przemiana związków azotu i fosforu przez mikroorganizmy żyjące w systemie korzeniowym roślin wodolubnych zwanych hydrofitami. Oprócz tego wykorzystuje się procesy retencji (zatrzymywania) wód przez tereny bagniste i zmniejszania odpływu ze względu na wykorzystanie przez rośliny spływającej wody. Systemy hydrofitowe, szczególnie oparte na drzewach terenów podmokłych (np. wierzba Salix viminalis) wykazują znaczną skuteczność w usuwaniu azotu ze względu na intensywny pobór pierwiastków biogennych do budowy biomasy. W ZOO w Oliwie zastosowano system oparty na wierzbie karłowatej (krzaczastej) wiklinie (Salix viminalis). Wierzbą obsadzono tzw. strefy buforowe otaczające stawy, przez które przepływa potok (staw zamieszkały przez ptactwo wodne oraz stawy zwierząt afrykańskich i południowoamerykańskich hipopotamów karłowatych, tapirów i kapibar) oraz wybieg jeleni (największy pod względem powierzchni). Całkowity obszar zajmowany przez strefy buforowe razem jest ich pięć (przy wpływie potoku na teren ZOO, przy dwóch stawach zamieszkałych przez ptactwo oraz przy wybiegu jeleni i hipopotamów) to 6650 m 2. Wierzby zostały posadzone na groblach o szerokości 0.4 m i wysokości ok. 0.4 m, wypełnionych porowatym materiałem filtracyjnym (mieszaniną piasku i żwiru). Skarpy grobelek nachylone są w kierunku potoku i ukształtowane w bruzdy i przeciwstoki. Wytyczono je za pomocą płotków faszynowych.
Nasadzenia takie pozwalają nie tylko na zwiększenie skuteczności oczyszczania ścieków, ale także na zwiększenie retencji wód opadowych przy spływie po stokach. Struktura nasadzeń pokazana jest na rys.1. Rys.1. Nasadzenia wierzby (schemat) Nasadzenia wierzby uzupełnione są przez poletka trzcinowe (Phragmites communis) oraz filtry piaskowe (glebowe), zabezpieczające głównie stawy czyli punktowe źródła zanieczyszczeń. Oprócz tego na terenie ZOO funkcjonuje zbiornik retencyjno sedymentacyjny, w pewnym oddaleniu od głównych szlaków spacerowych. W zbiorniku wytworzyła się naturalna biocenoza roślin wodnych, wpływająca dodatnio na procesy rozkładu i sedymentacji. 5.OCZYSZCZALNIA JAKO PRZYKŁAD ROZWIĄZANIA INŻYNIERII EKOLOGICZNEJ 5.1. Poprawa stanu środowiska W latach 1993 1994 prowadzono badania czystości wód Potoku Rynaszewskiego, porównując dopływy i odpływy. Badania te wykazały, że w obiektach hydrofitowych ZOO zatrzymanych zostało w skali doby 37 kg azotu organicznego oraz 2,69 kg fosforanów. Daje to skuteczność 3- oczyszczania odpowiednio 76,19% N org i 74,72% PO 4. Pozwala to na zakwalifikowanie wód potoku do pierwszej klasy czystości. Na Potoku Rynaszewskim, tuż przy ujściu do Potoku Jelitkowskiego znajduje się punkt pomiarowy B14. Pomiary wskaźników dokonane w tym punkcie dowodzą, że w latach 1999 i 2000 wody Potoku Rynarzewskiego nie opuszczały II klasy czystości., z przewagą klasy I (ponad 80% pomiarów) pod względem wskaźnikow fizykochemicznych. Wskaźniki bakteriologiczne, oznaczane jako log ilości bakterii coli typu kałowego wyniósł 2.84 porównawczo dla kąpielisk wartość ta wynosi 3. Wskaźniki te nie przekraczają klasy III, a dla ponad 60% pomiarów klasy II.
Ogólnie Potok Rynaszewski uznawany jest obok Potoku Jelitkowskiego i rzeki Raduni za najczystszy ciek pod względem wskaźników fizykochemicznych; zaś wraz z ciekami: Radunia, MartwaWisła, Rozwójka, Potok Jelitkowski, Czarna Łacha, Motława należy do cieków, których stan bakteriologiczny przy ujściu nie budzi zastrzeżeń. 5.2. Utrzymanie warunków naturalnych Zalety zastosowanego rozwiązania pod względem wierności warunkom naturalnym dostrzega się przede wszystkim w zakresie krajobrazu i warunków wodnych.. Ponieważ Ogród Zoologiczny, a szczególnie dolina Potoku znajduje się na terenach podmokłych, powstałe systemy oczyszczania wkomponowują się w krajobraz wykorzystano gatunek naturalnie występujący na terenie ZOO (wierzba Salix viminalis).. Obsadzenie doliny potoku krzewami zwiększającymi zdolności retencyjne zmniejszyło oddziaływanie odpływów z wybiegów i stawów zwierząt na hydrologię potoku. Na terenie doliny mogą bytować gatunki fauny bagiennej może to mieć pozytywne znaczenie np. dla wciąż rozwijającego się bocianiego azylu (zasoby pokarmowe). Roślinność pozwala także na rozbudowę terenów przeznaczonych dla zwierząt bez znacznego obciążania potoku nawet po przepłynięciu przez wybiegi zwierząt funkcjonujące za strefami buforowymi (np. niedawno powstały wybieg antylop kob singsing, usytuowany tuż powyżej punktu poboru wody do badań odpływu z ZOO) jakość wody nie ulega pogorszeniu. Ponieważ oczyszczalnia hydrofitowa nie wymaga stawiania budowli ani użycia ciężkiego sprzętu przy budowie, nie nastąpiła zmiana warunków glebowych ani zasadnicze zmiany w zagospodarowaniu przestrzennym Ogrodu. 5.3. Brak oddziaływania negatywnego Jak podawano wcześniej, żadna fazy pracy oczyszczalni hydrofitowej nie pogarsza stanu żadnego z komponentów środowiska. Oczyszczalnia nie obciąża środowiska, ponieważ nie jest potrzebny pobór czy odprowadzanie wód technologicznych. Nie ma emisji hałasu (zachowany stan tzw. środowiska akustycznego oraz walory przyrodnicze i turystyczne ZOO). Nie są problemem uciążliwe odory nie następuje pogorszenie jakości powietrza, ponieważ procesy rozkładu mikrobiologicznego odbywają się pod ziemią. Nie ma problemu odpadowego ponieważ procesy rozkładu odbywają się w środowisku glebowym, nie powstają osady ściekowe. Nie ma negatywnego oddziaływania na faunę i florę, choć ze względu na charakter obiektu (z punktu widzenia ekologii ZOO jest siedliskiem dużej ilości gatunków obcych) trudno tu mówić o wpływie na środowisko naturalne. Ewentualne pojawy komarów, które bywają zmorą obiektów hydrofitowych, są po pierwsze ograniczone ze względu na retencję wody przez rośliny, po drugie zaś są zjawiskiem naturalnym dla omawianego obszaru (tereny podmokłe). Należy też powiedzieć,
że ewentualna konserwacja lub wręcz zamykanie oczyszczalni (np. w razie kolmatacji wypełnienia) przebiegać będzie ponownie bez użycia ciężkiego sprzętu czy konieczności rekultywacji terenu. Wybrane wypełnienie mogło by zostać dostarczone na wysypiska lub ewentualnie być wykorzystane (np. do wzmacniania innych terenów). 5.4. Optymalny charakter rozwiązania Oczyszczalnie hydrofitowe są, w sensie ogólnym, cenione jako systemy oczyszczające ścieki z niewielkich punktowych źródeł zanieczyszczeń na terenach gdzie skanalizowanie jest trudne lub nieopłacalne czy nie zalecane oraz jako strefy buforowe, usuwające zanieczyszczenia ze spływów obszarowych. Istotne jest przy tym, że nie są one podatne na nierównomierny dopływ ścieków. Ceni się też prostotę obsługi oraz stosunkowo niewielki koszt wykonania w roku 1992 całkowity koszt projektu i wykonania wyniósł 210 000 PLN. Z drugiej strony za wadę oczyszczalni uważa się znaczną terenochłonność. Oczyszczalnie pracują skutecznie, gdy powierzchnia jednostkowa wynosi od 4 do 8 m 2 / RM (zależnie od rodzaju oczyszczalni). W przypadku ZOO zestawienie tych zalet i wad pozwala na uznanie oczyszczalni hydrofitowej za obiekt optymalny dla Ogrodu Zoologicznego. Oczyszczalnia będzie się sprawdzać przy współwystępowaniu ścieków ze źródeł punktowych i powierzchniowych, będzie też pracować z porównywalną skutecznością we wszystkich okresach roku ( w zimie oczyszczalnia ma ok. 20% mniejszą skuteczność). Prostota obsługi pozwala na wykonywanie prac pielęgnacyjnych przez przeszkolonego pracownika ZOO, a kontrole fachowców mogą być odpowiedzią na ewentualne zmiany na stanowisku B14, które jest objęte monitoringiem wojewódzkim. Dzięki temu, że nie wykonywano znacznych prac ziemnych, w tym podłączenia do kanalizacji i nie inwestowano w urządzenia, koszt mógł być racjonalnie rozdzielony między ZOO, gminę i inwestora strategicznego (Saur Neptun). Należy też dodać, że zasadnicza wada oczyszczalni hydrofitowej terenochłonność nie stanowiła problemu, ponieważ niejako z założenia oczyszczalnia musiała zajmować znaczny teren, by skutecznie obsłużyć wszystkie źródła zanieczyszczeń. Ze względu na duże zasoby przestrzenne Ogrodu wygospodarowanie tych terenów nie było zagadnieniem problemowym. 6. WNIOSKI W referacie podjęto próbę przedstawienia oczyszczalni hydrofitowej w gdańskim ZOO jako rozwiązania z zakresu inżynierii ekologicznej. Rozważając jej aspekty przedstawione we wstępie można stwierdzić, że oczyszczalnia w ZOO spełnia je w zadawalającym zakresie.
Oczyszczalnia dobrze spełnia swoje zadanie poprawę jakości wód Potoku Rynaszewskiego, a tym samym Zatoki Gdańskiej przez ponad dziesięcioletni okres jej funkcjonowania przy jednoczesnej rozbudowie ZOO Potok uznawany jest za jeden z najczystszych cieków w Gdańsku. Oczyszczalnia dzięki brakowi szczególnej infrastruktury technicznej nie zmienia warunków naturalnych (szczególnie walorów krajobrazowych), i nie wpływa na przyrodę całego obiektu. Może nawet je lekko poprawiać, regulując stosunki wodne i stanowiąc siedlisko dla zwierząt ekosystemu bagiennego. Oczyszczalnia dzięki wykorzystaniu komponentów naturalnych i braku odpadów lub zanieczyszczeń (osady pościekowe, gazy) nie oddziaływała i nie oddziałuje negatywnie na żaden z komponentów środowiska naturalnego (woda, gleba, powietrze, akustyka) ani na przyrodę Ogrodu. Oczyszczalnia jest rozwiązaniem optymalnym specyfika ZOO pozwala na pełne wykorzystanie zalet oczyszczalni i minimalizuje znaczenie jej wad. Podsumowując powyższe rozważania, można stwierdzić, że oczyszczalnia hydrofitowa Miejskiego Ogrodu Zoologicznego w Gdańsk ma charakter obiektu inżynierii ekologicznej. 7. LITERATURA 1. Biedrzycki,M., Hoffmann, I., Landowska, A., (2000), Remediation of Rynaszewski Stream passing through a Zoological Garden in Gdańsk, [w:] http://www.hyd.uu.se/sw, 2000 2. Helman, M. (1998), Zastosowanie systemów hydrofitowych do porządkowania gospodarki wodno-ściekowej w gminie, [w:] Hydrobotaniczne metody oczyszczania ścieków, materiały z seminarium "Hydrobotaniczne oczyszczalnie ścieków" Andrychów, 1998 3. http://www.zoo.gd.pl (strona internetowa Miejskiego Ogrodu Zoologicznego w Gdańsku); 4. Kowalik, P., (1996), Efekty oczyszczania ścieków w oczyszczalniach hydrobotanicznych, Wiadomosci Melioracyjne i Łąkarskie, 1/1996, str. 15 21;; 5. Kowalik, P., Obarska Pempkowiak, H.(1994), Zasady pracy małych hydrobotanicznych oczyszczalni ścieków; Materiały Informacyjne 28, IMUZ Falenty 1994; 6. Obarska Pempkowiak, H. (2002), Oczyszczalnie hydrofitowe; Wyd. Politechniki Gańskiej. Gdańsk, 2002; 7. Obarska Pempkowiak, H.., Mierzejewski, M. (1995), Oczyszczanie wód potoku na terenie ZOO za pomocą filtrów wegetacyjnych i buforowych stref wiklinowych, [w:] Oczyszczalnie Hydrobotaniczne Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna - Gdańsk, 1-3.09.1995); 8. Ocena stanu środowiska w Gminie Gdańsk za rok 2000; Gdańsk, lipiec 2001; 9. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 4 września 2000 r. w sprawie warunków, jakim powinna odpowiadać woda do picia i na potrzeby gospodarcze, woda w kąpieliskach, oraz
zasad sprawowania kontroli jakości wody przez organy inspekcji sanitarnej. (Dz. U. z dnia 4 października 2000 r.) 10. Studium uwarunkowań i kierunków zagospodarowania przestrzennego miasta Gdańska projekt roboczy Gdańsk, lipiec 2001.