Oczyszczalnia gruntowo-roślinna: Zasada działania i korzyści
- Szczegóły
Oczyszczalnie roślinne (hydrofitowe) to systemy wykorzystujące procesy biologiczne zachodzące przy współudziale mikroorganizmów cudzożywnych (heterotroficznych), egzystujących w złożach filtrów roślinnych, które stanowią główny element oczyszczalni. Roślinne oczyszczalnie wykorzystują naturalne procesy przyrodnicze, które zachodzą w glebie dzięki obecnym w niej mikroorganizmom, naśladując ekosystem mokradeł.
Zasada działania oczyszczalni gruntowo-roślinnej
Na początku systemu oczyszczającego umieszczany jest zwykle osadnik wstępny służący podczyszczaniu ścieków (tu poprzez wolną fermentację niwelowana jest znaczna część zanieczyszczeń). Wstępnie odsączone ścieki kierowane są do właściwej oczyszczalni, gdzie utrzymywany jest poziom wody umożliwiający wegetację złóż roślin filtrujących częściowo zanurzonych (tzw. hydrofitów). Są nimi najczęściej odmiany roślin trzcinowatych.
Specyfika roślin hydrofitowych sprzyja zwiększonym możliwościom oczyszczania w lecie, a nieco mniejszym w pozostałych okresach. Złoża roślinne muszą mieć swoje wypełnienie gruntowe, a jest nim zwykle mieszanina piasku i żwiru o różnym uziarnieniu. Dopływ podczyszczonych ścieków może być regulowany przy pomocy pompy np. kilka razy dziennie. Specyficzne warunki panujące w filtrze sprzyjają rozwojowi hydrofitów, przez co intensyfikują one utlenianie i redukcję zanieczyszczeń.
Procesy zachodzące w oczyszczalni
Poszczególne warstwy złożone z piasku, żwiru i urodzajnego gruntu wraz z roślinami są oddzielone od macierzystego gruntu specjalną folią. Oczyszczalnie roślinne z łatwością usuwają związki azotu - i to do poziomu nawet niższego od wymaganego (nawet do II klasy czystości wód). Azot po swoistych przekształceniach zostaje ostatecznie usuwany z wody do atmosfery.
Co ciekawe, badania niemieckich naukowców wykazały, że roślinne oczyszczalnie mogą skutecznie usuwać mikroorganizmy patogenne takie jak: bakterie coli, campylobacter, clostridium, salmonella czy yersinia.
Przeczytaj także: Przydomowe oczyszczalnie ścieków Zawiercie
Zalety i wady oczyszczalni gruntowo-roślinnych
Oczyszczalnie roślinne wymagają bardzo niewielkich nakładów na utrzymanie i eksploatację. Ich techniczne wyposażenie jest skromne, mogą być utrzymywane nawet bez zasilania prądem. W takich oczyszczalniach nie powstaje nadmierny biologiczny osad ściekowy, jak ma to miejsce w konwencjonalnych oczyszczalniach. Oczyszczalnie roślinne są ekonomiczne i przyjazne dla środowiska. Najlepiej sprawdzą się tam, gdzie położenie kanalizacji i podłączenie do konwencjonalnej oczyszczalni byłoby kosztowne.
Tworzenie roślinnych oczyszczalni ścieków, wskazane jest szczególnie na terenach wiejskich. Również małe ośrodki wczasowe czy sezonowe rezydencje mogą w sposób ekologiczny i tani oczyszczać ścieki.
Za wadę tych oczyszczalni niektórzy uważają to, że należy pod nie przeznaczyć dość dużą powierzchnię terenu. Średnio wynosi ona od 5 do 7 m²/mieszkańca w zależności od metody oczyszczania). Z drugiej jednak strony trzcina tworzy malownicze skupisko roślin, mile widziane niemal w każdym ogrodzie. Innym ograniczeniem jest to, że zakładaną efektywność redukcji zanieczyszczeń oczyszczalnia osiąga dopiero po 2-3 latach.
Rodzaje oczyszczalni gruntowo-roślinnych
Istnieje jeszcze trzeci rodzaj oczyszczalni, tzw. oczyszczalnie hydrobotaniczne, czyli roślinne. Hydrofitowa (czyli roślinna) oczyszczalnia ścieków to gruntowo-korzeniowa metoda usuwania zanieczyszczeń ze ścieków bytowych, w której główną role odgrywają rośliny. Ten typ oczyszczalni do Polski na szerszą skalę trafił na początku lat dziewięćdziesiątych ubiegłego stulecia.
3. Filtr gruntowo-roślinny - oczyszczalnia hydrobotanicznaChociaż jest kilka typów oczyszczalni roślinno-gruntowych, zasada ich działania pozostaje zbliżona. Wyróżniamy wśród nich oczyszczalnie z podpowierzchniowym przepływem ścieków (tu mamy dwa rodzaje filtrów: wertykalny i horyzontalny), z powierzchniowym przepływem ścieków oraz z przepływem kombinowanym. Z kolei w zależności od zastosowanej roślinności, oczyszczalnie hydrobotaniczne możemy podzielić na rozwiązania z roślinnością: bagienną, wodną zakorzenioną, wodną pływającą i wreszcie wierzbowe.
Przeczytaj także: Oczyszczalnia oksydacyjna: zasady działania
Do najbardziej znanych i efektywnych rozwiązań oczyszczania hydrobotanicznego należą oparte na podobnych założeniach systemy Seidl’a i Kickuth’a, czyli trzyetapowe technologie trzcinowe, wykorzystujące mikroorganizmy tlenowe i beztlenowe. Dzięki precyzyjnemu i ściśle określonemu doborowi składowych filtra mineralno-organicznego uzyskują one wyjątkową sprawność i skuteczność. Jako wypełnienie stosuje się grunt rodzimy z dodatkami takimi jak bentonit, słoma, kora, torf, opiłki żelaza; jako nasadzenia roślinne - trzcinę. Inna metoda budowy oczyszczalni trzcinowych wykorzystuje jako wypełnienie żwir. Oczyszczone na filtrze glebowo-korzeniowym ścieki trafiają do odbiornika (stawu), gdzie ma miejsce ich dalsze oczyszczanie (III stopień). Na podobnej zasadzie działa tzw. oczyszczalnia wierzbowa.
Oczyszczalnie hydrofitowe zbudowane są z osadnika gnilnego i filtra gruntowo-roślinnego. Przy pomocy specjalnego drenażu rozsączającego ścieki są równomiernie aplikowane do gruntu, który osadzony jest roślinnością. Jak widać, oczyszczalnia przydomowa i jej schemat budowy mogą się różnić między sobą w zależności od wybranej technologii.
Filtr glebowo-korzeniowy
Zasada działania oczyszczalni jest prosta - wstępnie podczyszczone w osadniku gnilnym ścieki kierowane są na szczelnie odizolowane od podłoża poletka filtracyjne. To filtr glebowo-korzeniowy, na którym następuje mechaniczna i biologiczna filtracja przy pomocy błony biologicznej. W efekcie zachodzących procesów tlenowych i beztlenowych dochodzi do rozkładu białek i redukcji azotanów do azotu cząstkowego. Z kolei w strefie beztlenowej zachodzi proces defosfatacji i denitryfikacji - fosforany wytrącają się do nierozpuszczalnych związków; następuje też neutralizacja związków siarki ze ścieków. Następnie doczyszczone ścieki są kierowane do gruntu lub do odbiornika (np. stawu, jeziora, rzeki) - na ogół za pomocą systemu drenażu lub studni chłonnej. Ich bardzo wysoka czystość sprzyja ponownemu ich wykorzystaniu do nawadniania ogrodu itp.
Filtr glebowo-korzeniowy zbudowany jest z kilku warstw. Dno musi być zabezpieczone przed przenikaniem ścieków do wód gruntowych i do gruntu - może to być podłoże naturalne, jeśli jest niemal nieprzepuszczalne (np. jest to glina). Generalnie jednak dno wykopu wykłada się grubą folią z tworzywa sztucznego. Na nim znajduje się warstwa płukanego żwiru o granulacji 2-16 mm, która ma grubość ok. 20 cm. Następnie mamy ok. półmetrową warstwę żwiru o gr. do 2 mm, a na końcu warstwę z mieszaniny keramzytu, słomy i kory. Ostatnia to roślinność. Filtr można obsadzić dowolnym gatunkiem bagiennym - pałką wodną, sitowiem, oczeretem, wierzbą, trzciną itp. Dobór odpowiednich roślin jest bardzo ważny, gdyż ich zadaniem jest spulchnianie i napowietrzanie substratu. Wielkość poletka zależy od tego, czy wybrany został filtr horyzontalny, czy wertykalny (bardziej efektywny). W pierwszym przypadku powierzchnia nie powinna być mniejsza niż 5 m2 na jednego mieszkańca, w drugim minimalny obszar na jednego mieszkańca to 3,5 m2. Przepływ ścieków i złoże powinny znajdować się na głębokości poniżej strefy przemarzania.
Podstawową rośliną wykorzystywaną w tych oczyszczalniach jest trzcina pospolita. Oprócz niej sadzi się wierzbę krzewiastą (wiklinę), pałkę wodną lub sitowie. Dodatkową zaletą jest to, że system korzeniowy trzciny pobiera wodę z oczyszczanych ścieków, a jej system oddechowy ją odparowuje. Dzięki temu latem odpływ oczyszczonych ścieków do gruntu może się równać prawie zeru.
Przeczytaj także: Jak ustawić napowietrzanie?
Filtry są najczęściej zbudowane ze specjalnie dobranych składników mineralnych i organicznych. W metodzie "żwirowej" Brixa wykorzystuje się piasek i żwir o różnej granulacji. W metodzie "glebowej", czyli Kikutha, do wykonania filtra wykorzystuje się grunt o dużej zawartości cząstek ilastych, wymieszany z materiałem organicznym: kompostem, słomą, korą itd. Konkretny materiał dobiera firma projektująca oczyszczalnię. Na filtrze powstaje lokalny ekosystem, w którym udział w oczyszczaniu ścieków biorą zarówno mikroorganizmy, jak i rośliny. Ich rozrastający się system korzeniowy stanowi środowisko bogate w bakterie tlenowe i beztlenowe. Zawarte w ściekach substancje organiczne są przez mikroorganizmy rozkładane na substancje proste, jak woda, dwutlenek węgla lub azot gazowy. Rośliny dostarczają tlen do rozkładu związków organicznych, a pobierają związki biogenne.
Zasada działania oczyszczalni jest podobna do pracy filtra piaskowego. Z jednej strony drenażem rozsączającym wpuszczamy ścieki do złoża, z drugiej strony je zbieramy. Ścieki są równomiernie, za pomocą perforowanych rur, rozprowadzane wzdłuż złoża na całej jego szerokości. Grubość warstwy filtracyjnej wynosi 60-70 cm. Teren, po którym mają płynąć ścieki, oraz obydwa dreny - rozprowadzający i zbierający - obsypuje się warstwą tłucznia lub grubego żwiru. Wykop pod oczyszczalnię należy uszczelnić folią na całej powierzchni, łącznie z bokami, chyba że budujemy ją na gruncie nieprzepuszczalnym. Folię układa się do wysokości napełnienia filtra. Powinna być ułożona na wyrównanym podłożu piaszczystym. Oczyszczalnię można zbudować, jeżeli poziom wody gruntowej znajduje się co najmniej 1 m poniżej dna oczyszczalni. Odległość oczyszczalni od budynków mieszkalnych powinna być nie mniejsza niż 25 m.
Filtry gruntowo-roślinne są złożonymi ekosystemami, rozwijającymi się z upływem lat. Po sezonie zimowym trzcina szybko odradza się i przebija się przez własne obumarłe liście, które w porze zimowej stanowiły dodatkową izolację złoża. Dzięki temu złoże zimą pracuje efektywniej, niż by pracowało, gdyby nie miało takiej naturalnej izolacji. W glebie rozwijają się te rodzaje bakterii i grzybów, które są potrzebne do rozkładu ścieków. Dzięki temu oczyszczane ścieki mogą mieć zmienny skład. Zimą nitryfikacja (utlenianie amoniaku do azotanów) zachodzi o 20-25% wolniej. Dlatego, projektując oczyszczalnię, trzeba ją powiększyć o rezerwę na zimę. Ważny jest odpowiedni współczynnik filtracji złoża. Oczyszczalnię najlepiej jest zbudować w miejscu nasłonecznionym i osłoniętym przed wiatrem.
Do obsługi złoża należy kontrola poziomu ścieków i ewentualne jego obniżanie zimą, w celu zapobiegania przemarzaniu ścieków na powierzchni. Oczyszczone ścieki mogą być odprowadzane albo do gruntu, za pomocą drenażu rozsączającego, albo do wód powierzchniowych. Eksploatacja jest bardzo prosta. Trzciny się nie kosi. Po kilku latach ze słomy trzcinowej na powierzchni poletek tworzy się kilkudziesięciocentymetrowa warstwa ocieplająca, doskonale wspomagająca oczyszczanie ścieków. Osady powstające w takiej oczyszczalni mogą być odwadniane i unieszkodliwiane również przy użyciu trzciny. Posadzenie roślin bagiennych powoduje trzykrotne zwiększenie ilości odparowywanej wody z powierzchni gruntu, co można wykorzystać do odwadniania osadów. Ponadto utrzymuje się drożność warstwy drenażowej, znajdującej się pod osadem. Tak jak w przypadku ścieków, osady ulegają rozkładowi na czynniki pierwsze, dzięki strefom tlenowym i beztlenowym, co powoduje częściowe uwolnienie wody zawartej w strukturze ścieków.
Alternatywne rozwiązania oczyszczania ścieków
Biologiczne oczyszczalnie są dostępne w trzech wersjach - z osadem czynnym, ze złożem biologicznym lub przy zastosowaniu obu technologii na raz. Oczyszczalnie biologiczne zajmują mało miejsca i można je zainstalować właściwie wszędzie, bez względu na poziom wód gruntowych lub rodzaj gruntu. Oczyszczalnie drenażowe bazują na drenażu rozsączającym albo filtrze piaskowym lub żwirowym. Cieszą się dużą popularnością, ze względu na niską awaryjność i łatwą obsługę. Tego typu oczyszczalnie są najtańsze i najprostsze w montażu, ale wymagają przepuszczalnego gruntu, niskiego poziomu wód gruntowych i wykorzystania stosunkowo dużej powierzchni działki, która nie może być zabudowana, intensywnie użytkowana ani obsadzana roślinami o głębokim systemie korzeniowym. W przypadku wysokiego poziomu wód gruntowych lub nieprzepuszczalnego gruntu trzeba zbudować tzw.
Niezależnie od rodzaju przydomowych oczyszczalni, ścieki zawsze oczyszczane są w dwóch etapach - beztlenowym i tlenowym. Budowa przydomowej oczyszczalni ścieków jest droższa niż instalacja szamba, ale początkowy koszt szybko się zwraca dzięki znacznemu obniżeniu kosztów eksploatacyjnych. Przydomowe oczyszczalnie ścieków, w przeciwieństwie do szamba, nie wymagają częstego wywożenia nieczystości. Obsługa przydomowej oczyszczalni ścieków jest mało angażująca, gdyż poza sporadycznym wywożeniem osadów zebranych w zbiorniku gnilnym, musisz jedynie uzupełniać złoże biologiczne. Nie bez znaczenia są też kwestie ekologiczne. Jak wiadomo, szambo nie oczyszcza ścieków, a ich wywóz generuje ślad węglowy. Ponadto wszelkie nieszczelności powodują wydostanie się zanieczyszczeń, które negatywnie wpływają na środowisko naturalne. Pozostaje pytanie, czy przydomowa oczyszczalnia ścieków jest rozwiązaniem ekonomicznie uzasadnionym?
Ceny przydomowych oczyszczalni ścieków znacznie się różnią, w zależności od ich rodzaju. Najtańsze są drenażowe oczyszczalnie, za które wraz z montażem trzeba zapłacić około 7 tysięcy złotych. W przydomową oczyszczalnię ścieków ze złożem biologicznym trzeba zainwestować około 10 tysięcy złotych, przy czym największy wpływ na ostateczną cenę ma pojemność instalowanych zbiorników. Choć koszt inwestycji jest większy niż w przypadku budowy szamba, to na takie ekologiczne rozwiązanie możesz uzyskać dofinansowanie ze środków gminnych lub unijnych.
Pierwszymi oczyszczalniami przydomowymi, jakie zaczęto montować przy budynkach jednorodzinnych, były oczyszczalnie drenażowe (tzw. "drenażówki"), składające się z osadnika gnilnego i drenażu rozsączającego. Obecnie oczyszczalnie drenażowe powoli odchodzą do przeszłości i są zastępowane przez oczyszczalnie biologiczne - znacznie efektywniejsze i bardziej przyjazne środowisku.
Poniżej przedstawiamy schematy budowy przykładowej oczyszczalni dla każdej z tych technologii. Na początku znajduje osadnik gnilny, do którego trafiają ścieki bytowe z budynku. Za osadnikiem znajduje się drenaż rozsączający, który odbiera wstępnie podczyszczone ścieki. Powierzchnia drenażu zależy od dobowej ilości ścieków trafiających do oczyszczalni, co w dużej mierze wynika z liczby użytkowników oczyszczalni. Alternatywą dla drenażu może być studnia chłonna, choć wymaga ona bardzo dobrze przepuszczalnego podłoża (zalecana frakcja kamienista).
Właściwie do końca ubiegłego stulecia oczyszczalnie biologiczne nie były zbyt często stosowane w budynkach jednorodzinnych. W tamtym czasie ta technologia nie była jeszcze wystarczająco dopracowana, a koszty produkcji były zbyt wysokie - przez to nie każdego było na nią stać i uciekano w prostsze i tańsze oczyszczalnie drenażowe. Jednakże w ostatnich latach wymogi dotyczące jakości oczyszczonych ścieków spowodowały zdecydowany rozwój i udoskonalenie technologii biologicznych oczyszczalni przydomowych.
Powyższy schemat dotyczy przykładowej oczyszczalni biologicznej Bio Easy Flow. Na początku mamy zbiornik z układem napowietrzania, w którym zachodzą procesy tlenowego oczyszczania ścieków. Następnie oczyszczone ścieki trafiają do odbiornika, którym może być np.
Z omawianych trzech technologii oczyszczania ścieków z gospodarstw domowych, oczyszczalnie hydrobotaniczne są zdecydowanie najrzadziej spotykane.
Przy pomocy specjalnego drenażu rozsączającego ścieki są równomiernie aplikowane do gruntu, który osadzony jest roślinnością. Jak widać, oczyszczalnia przydomowa i jej schemat budowy mogą się różnić między sobą w zależności od wybranej technologii. Pewne elementy są jednak niezmienne, np. system oczyszczania ścieków i system odbioru oczyszczonych ścieków. Dzięki coraz bardziej udoskonalonej technologii oczyszczania, zwiększają się możliwości zagospodarowania ścieków po oczyszczeniu. O ile w przypadku oczyszczalni drenażowych te możliwości są silnie ograniczone (głównie ze względu na niską efektywność oczyszczania i bardziej złożony montaż), o tyle w przypadku oczyszczalni biologicznych pojawiają się nowe możliwości związane np. z nawadnianiem ogrodu.
Powyżej znajdują się schematy przydomowych oczyszczalni ścieków dla domu jednorodzinnego. Zupełnie inaczej to wygląda w przypadku komunalnych oczyszczalni ścieków czy też oczyszczania ścieków przemysłowych.
Zaletą oczyszczalni wykorzystującej filtr gruntowo-korzeniowy jest wysoka skuteczność - ścieki osiągają trzeci stopień oczyszczenia (niemal całkowicie, bo w 95%, jest z nich eliminowany fosfor, a w 90% - azot). Ponadto roślinność umożliwia efektownie i malowniczo zagospodarować teren, zaś oczyszczone ścieki nadają się do ponownego użycia np. do podlewania ogrodu. Niestety, z drugiej strony ten typ oczyszczalni jest drogi na etapie inwestycji i wymaga wyższych nakładów podczas eksploatacji. Niezbędna jest też duża powierzchnia działki.
Oczyszczalnie roślinno-stawowe wymagają bardzo niewielkich nakładów na utrzymanie i eksploatację. Ich techniczne wyposażenie jest skromne - w przypadku zapewnienia grawitacyjnego napływu ścieków na filtr roślinny (np. na pochyłych działkach), mogą być utrzymywane nawet bez zasilania prądem. Oczyszczalnie roślinno-stawowe są ekonomiczne i przyjazne dla środowiska. Najlepiej sprawdzą się tam, gdzie położenie kanalizacji i podłączenie do konwencjonalnej oczyszczalni byłoby kosztowne. Kluczową role odgrywa tutaj powierzchnia działki, ta powinna być wystarczająca na wykonanie wszystkich elementów oczyszczalni, łącznie ze stawem denitryfikacyjnym. Ten ostatni może mieć zróżnicowany kształt i powierzchnię - w praktyce porośnięte są bujną roślinnością i wyposażone w atrakcje wodne np. fontanny, natryski itd.
tags: #oczyszczalnia #gruntowo #roslinna #zasada #działania
