Odwadnianie i mineralizacja osadów z wykorzystaniem makrofitów

Odwadnianie i mineralizacja osadów z wykorzystaniem makrofitów

Pierwszorzędne znaczenie dla życia roślin lądowych ma gospodarka wodna. Najkorzystniejsze warunki do życia rośliny znajdują w środowisku zasobnym w składniki pokarmowe, ciepłym i wilgotnym. Rośliny preferujące takie warunki zwane są higrofitami. Posiadają odpowiednie przystosowania do życia na gruntach podmokłych. Istotną cechą higrofitów jest to, że pochłaniają i odparowują poprzez swoje części nadziemne znaczne ilości wody. Budowa części podziemnych (kłączy, korzeni) pozwala na prowadzenie właściwej dla roślin gospodarki wodno-powietrznej dzięki czemu bardzo dobrze znoszą one warunki ciągłej wilgotności. Zaobserwowane w warunkach naturalnych zachowania roślin wykorzystane zostały do odwadniania komunalnych osadów ściekowych.

Technologia odwadnia roślinnego osadów ściekowych z jednoczesną ich mineralizacją w naturalnych warunkach jest procesem biologicznym, wywodzącym się z technologii odwadniania osadów na poletkach filtracyjnych i lagunach. Wykorzystywane do stymulacji procesu rośliny wyższe, jak: pałka wodna (Typha Latifolia), trzcina pospolita (Phragmites australis), Wierzba (Salix viminalis) umożliwiają szybką ewapotranspiracje wody i wytworzenie warunków tlenowych wewnątrz gromadzonej masy osadowej. Korzenie roślin rozwijające się w osadowym podłożu, pobierają z niego wodę i składniki pokarmowe, tworzą jednocześnie warunki do intensywnego życia mikroorganizmów tlenowych i zwierząt glebowych. Rośliny rozrastając się prowadzą do naturalnej sukcesji i tworzenia zwartej masy roślinnej, która z końcem sezonu wegetacyjnego częściowo obumiera pomnażając warstwę próchniczą. Substancje biogenne oraz mikroelementy (również metale ciężkie) zostają wbudowywane w tkanki roślinne. Z upływem czasu materia roślinna i składniki mineralne zawarte w osadach ulegają przemianie w próchnicę glebową.

Osadowym podłożem może być płynny, mazisty lub ziemisty komunalny osad ściekowy, przeznaczony do agrotechnicznego przetwarzania na kompost (roślinny, osadowy, osadowo-roślinny) lub tylko do roślinnego odwadniania.

Ideę poletka trzcinowego do odwadniania i mineralizacji osadów przedstawiono na poniższym rysunku

Osadowa substancja organiczna pomnaża zasób próchnicy, która nadaje powstającemu produktowi coraz większą urodzajność. Długotrwałe stosowanie bardzo dużych dawek osadów może wykształcić osadowo-roślinne złoże, przypominające mursz.

Uprawiane rośliny powinny spełniać następujące warunki:

Technologia odwadniania osadów z pomocą roślin wyższych zakłada wykorzystanie nieczynnych poletek irygacyjnych do oczyszczania ścieków lub poletek osadowych i przebudowaniu ich na poletka roślinne. Poletka te eksploatowane powinny być naprzemiennie przez okres kilku lat, po którym to odwodniona masa osadowo-roślinna, przypominająca torf przekazana zostanie do dalszego wykorzystania na cele nieprzemysłowe. Doświadczenia firm zachodnich wskazują, że wieloletnie leżakowanie osadów połączone z działaniem roślin (korzenie i kłącza penetrujące masę) prowadzą do humifikacji i mineralizacji składowanego osadu. Potwierdzają również, że uzyskany produkt jest czysty higienicznie.

W kraju rozwiązanie tego typu nie znalazło szerszego zastosowania do odwadniania osadów. Rośliny wyższe wykorzystywane są za to w oczyszczalniach hydrobiologicznych. Projektowane systemy oczyszczania ścieków mają zdolność wykorzystywania naturalnych właściwości gruntu i roślin do zatrzymywania i utylizacji wielu zanieczyszczeń występujących w ściekach bytowych. Najczęściej do tego celu wykorzystywane są trzcina i wierzby Salix viminalis i Salix amigdalina.

Projektując system roślinnego odwadniania osadów należy przewidzieć wielkość kwater zalewowych i ich odpowiednią ilość.

Istotne będzie rozplanowanie naprzemiennego stosowania osadów na każdej z kwater. W przypadku wykorzystywania osadów płynnych ważne jest zachowanie odpowiedniej jednorazowej dawki osadów, której wysokość nie powinna przekraczać 20 cm. Związane jest to przede wszystkim z możliwością pobierania wody przez rośliny. Projekt powinien również przewidzieć możliwość odprowadzenia i zagospodarowania wód nadosadowych, powiększanych o opady atmosferyczne.

Znaczącym kosztem inwestycyjnym poletek do odwadniania roślinnego jest wykonanie izolacji oraz systemu drenażowego umożliwiającego zbieranie i odprowadzanie odcieków poza układ.

Prowadzenie prac związanych z odwadnianiem osadów metodą wspomagania makrofitami wymagało będzie budowy systemu dozowania osadów do poszczególnych kwater.

W związku z powstawaniem odcieków konieczne będzie również wybudowanie przepompowni do zawracania ich na oczyszczalnie.

Przez okres eksploatacji poletek nie są wymagane żadne dodatkowe urządzenia techniczne. Po zakończeniu eksploatacji po ok. 5 - 7 latach niezbędny będzie sprzęt techniczny do wybierania, załadunku i wywozu murszu poza teren poletek do miejsca wykorzystania.

Biorąc pod uwagę, że ilość metali ciężkich wprowadzanych do osadu jest stała i nie będzie następowało ich rozcieńczanie poprzez dodatek materiału strukturalnego dostarczanego z zewnątrz, można domniemywać, że będzie on występował w przetworzonym osadzie w stężeniach zbliżonych do stężeń zawartych w odwadnianych osadach. Analiza składu chemicznego pod kątem zawartości metali ciężkich pozwoli zatem na określenie kierunku wykorzystania uzyskanego murszu. Niska zawartość metali ciężkich i nieobecność wskaźników sanitarnych takich jak salmonella i jaja pasożytów przewodu pokarmowego pozwoli na typowo rolnicze stosowanie murszu. Podwyższone zawartości metali ciężkich powinny być powodem wykorzystania murszu głównie do kształtowania krajobrazu, rekultywacji wysypisk i innych terenów nie użytkowanych rolniczo, kształtowania terenów zielonych, uprawy roślin ozdobnych, gospodarce komunalnej, zieleni miejskiej, konserwacji nasypów, wałów ziemnych itp.

Roślinne odwadnianie osadów z wykorzystaniem makrofitów jest technologią wykorzystującą naturalne procesy zarastania płytkich bagnisk i oczek wodnych. Zastosowanie tej technologii powinno być brane pod uwagę w przypadku posiadania odpowiednich lokalnie możliwości terenowych. Ich lokalizacja powinna być bezkolizyjna dla otoczenia – sąsiedztwo użytków leśnych i innych terenów o charakterze nie związanym z zabudowa mieszkaniową, czy stałym pobytem ludzi.

W przypadku, kiedy poletka do odwadniania roślinnego będą wyizolowane od środowiska gruntowo-wodnego, a odcieki zawracane na oczyszczalnię - oddziaływanie na środowisko nie będzie miało istotnego znaczenia. Poletka trzcinowe w okresie eksploatacji nie będą stanowiły uciążliwości hałasowej. Sztucznie wytworzone trzcinowiska mogą pełnić jednocześnie funkcję ekologiczną.

Z danych literaturowych wynika, że cyklicznie zalewane i porośnięte roślinnością poletka nie wydzielają przykrych zapachów. Porastająca wierzchnią warstwę roślinność wzmacnia i zabezpiecza osady przed bezpośrednim kontaktem ze środowiskiem. Przez analogię do lagun osadowych można domniemywać, że właściwe prowadzenie procesu nie powodowało będzie uciążliwości dla środowiska.