Oczyszczalnie gruntowo-korzeniowe

Jakie rośliny są wykorzystywane w oczyszczalniach gruntowo-korzeniowych?

Podstawową rośliną wykorzystywaną w tych oczyszczalniach jest trzcina pospolita. Oprócz niej sadzi się wierzbę krzewiastą (wiklinę), pałkę wodną lub sitowie. Rośliny odżywiają się składnikami znajdującymi się w ściekach, dzięki czemu ulegają one rozkładowi.

Proces oczyszczania obejmuje także redukcję związków biogennych (użyźniających) - związków fosforu i azotu, które stanowią zagrożenie dla wód powierzchniowych.

Oczyszczalnie gruntowo-korzeniowe mają wiele zalet. Należą do nich:

• długa żywotność (co najmniej 50 lat);
• niezawodna praca;
• odporność na nierównomierny dopływ ścieków, zmianę ich składu i stężenia zanieczyszczeń;
• eksploatacja tania i prawie bezobsługowa;
• znaczne zmniejszenie wskaźnika BZT5, określającego zapotrzebowanie drobnoustrojów na tlen w celu prowadzenia procesu rozkładu związków organicznych - o 95-98%;
• dość duża redukcja zawartości azotu i fosforu - 50-80%;
• brak zużycia energii elektrycznej lub małe jej zużycie.

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. To zjawisko jest również wykorzystywane do rozkładu osadów ściekowych w oczyszczalniach trzcinowych.

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). Oznacza to, że oczyszczalnia projektowana dla rodziny 4-osobowej ma powierzchnię 20-30 m².

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. Ponadto zimą jej efektywność obniża się o 10-20%, co musi zostać uwzględnione przy obliczaniu jej powierzchni.

Oczyszczalnie hydrobotaniczne są tanie w eksploatacji i wymagają niewielkiego nakładu pracy ze strony właściciela, chociaż wielu z nich ma takie obawy.

Oczyszczalnie roślinne

W Polsce popularne są dwie metody oczyszczania:

• z wypełnieniem żwirowym (metoda Brixa);
• z wypełnieniem gruntem rodzimym z dodatkami (metoda Kikutha); ich dobór i skład zależą od firmy oferującej technologię.

Oprócz tego oczyszczalnie gruntowo-korzeniowe, będące rodzajem filtra piaskowego, mogą mieć przepływ ścieków poziomy, pionowy lub mieszany, albo - według innej klasyfikacji - przepływ powierzchniowy, podpowierzchniowy lub kombinowany.

Innym kryterium podziału oczyszczalni jest rodzaj roślin, wykorzystywanych do oczyszczania ścieków. W Polsce najczęściej stosuje się oczyszczalnie z przepływem podpowierzchniowym, filtrem poziomym i obsadzone trzciną.

Przekrój przez oczyszczalnię (rys. wg Esos) - widok ogólny (a) i z pokazaniem systemu korzeniowego trzciny (b)

Budowa i działanie oczyszczalni gruntowo-korzeniowej

Oczyszczalnie hydrobotaniczne zbudowane są z osadnika gnilnego i filtra gruntowo-roślinnego.

Schemat budowy oczyszczalni trzcinowej

Zadaniem osadnika gnilnego jest:

• usunięcie ze ścieków dużych zanieczyszczeń i łatwo opadających na dno substancji mineralnych;
• magazynowanie wytrącanych osadów, które pod warstwą ścieków podlegają procesowi fermentacji beztlenowej;
• oddzielenie tłuszczów i zanieczyszczeń pływających na powierzchni w postaci kożucha. Ważne, aby wypływające z niego ścieki były dobrze oczyszczone; od tego zależy skuteczność drugiego etapu oczyszczania, czyli filtra gruntowo-roślinnego.

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. Od tego, z czego zostanie zbudowany filtr, zależy efekt oczyszczania, zwłaszcza stopień usunięcia związków biogennych.

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. Wilgotny teren i obfita flora przyciągają ptaki, płazy i owady.

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. Zagłębienie filtra zależy od głębokości, na jakiej są doprowadzone ścieki z osadnika gnilnego.

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. Pod budowę oczyszczalni najlepiej nadają się tereny o ujednoliconej topografii i spadku 1-5%.

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. Jeżeli zmienią się stężenie lub rodzaj zanieczyszczeń, do akcji wkroczą inne szczepy bakterii i grzybów.

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. Na to mają wpływ właśnie korzenie trzciny, które powodują spulchnianie gleby.

Oczyszczalnię najlepiej jest zbudować w miejscu nasłonecznionym i osłoniętym przed wiatrem. Dzięki temu nastąpi intensywniejszy wzrost roślin rosnących w oczyszczalni i bardziej skuteczny rozkład ścieków.

Trzcina pospolita (fot. Elstef / pixabay.com)

Eksploatacja

Do obsługi złoża należy kontrola poziomu ścieków i ewentualne jego obniżanie zimą, w celu zapobiegania przemarzaniu ścieków na powierzchni. Ważne jest też, żeby korzenie były przykryte wodą, by rośliny nie obumarły.

Oczyszczone ścieki mogą być odprowadzane albo do gruntu, za pomocą drenażu rozsączającego, albo do wód powierzchniowych. Eksploatacja jest bardzo prosta. Co pewien czas osady z osadnika wstępnego usuwa się na specjalne poletka lub wywozi wozem asenizacyjnym i od czasu do czasu płucze się rurociągi.

Trzciny się nie kosi. Po kilku latach ze słomy trzcinowej na powierzchni poletek tworzy się kilkudziesięciocentymetrowa warstwa ocieplająca, doskonale wspomagająca oczyszczanie ścieków. Oczyszczalnie wymagają szczególnej pielęgnacji jedynie przez pierwsze dwa-trzy lata.

Należy wtedy usuwać chwasty, spulchniać wypełnienie złoża w miejscach zbyt mocno udeptanych i dbać o sadzonki trzciny, gdyż nie są one jeszcze dobrze ukorzenione.

Co z osadem?

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. System korzeniowy i kłącza rozrastając się zapewniają dotarcie tlenu do całej warstwy osadu oraz przyśpieszają odpływ cieczy osadowych.

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. Na takich poletkach można osiągnąć nawet dziewięćdziesięciokrotną redukcję objętości osadu.

Redaktor: Iwona Małkowska
fot. otwierająca: sergei_spas / pixabay.com