Constructed wetlands/el

Οι τεχνητοί υγρότοποι (CW) είναι κατασκευασμένα οικοσυστήματα υγροτόπων που έχουν σχεδιαστεί και κατασκευαστεί για να χρησιμοποιούν φυσικές διεργασίες υγροτόπων για την απομάκρυνση ρύπων. Αυτά τα συστήματα μιμούνται έλη με υδρόβια φυτά, έδαφος και σχετικούς μικροοργανισμούς, αλλά εκμεταλλεύονται ένα ελεγχόμενο περιβάλλον για την επεξεργασία λυμάτων. Οι υγρότοποι έχουν δείξει την ικανότητα να επιτυγχάνουν αυτόν τον στόχο με αισθητικό, βιώσιμο και οικονομικό τρόπο. ^{[ 1 ]} Ωστόσο, απαιτούν μεγάλες εκτάσεις γης, συνεπή συντήρηση και τεχνικές λειτουργικές γνώσεις.^{[ 1 ]}

Οι φυσικοί υγρότοποι χρησιμοποιούνται ως χώροι απόρριψης λυμάτων από την αρχή της συλλογής λυμάτων. Μόλις ανακαλύφθηκε η ικανότητά τους να επεξεργάζονται το νερό, ήδη από τη δεκαετία του 1950, ξεκίνησαν οι πρώτες ερευνητικές προσπάθειες για τη χρήση και την αξιολόγηση των τεχνητών υγροτόπων. ^{[ 2 ]} Η Δρ. Kathe Seidel στο Ινστιτούτο Max Planck στο Plon της Γερμανίας, εξέτασε την ικανότητα των βούρλων να επεξεργάζονται λύματα. Οι ανακαλύψεις της οδήγησαν στην πρώτη υπόγεια επεξεργασία λυμάτων για την επεξεργασία αστικών λυμάτων το 1974 στην κοινότητα Liebenburg-Othfresen της Γερμανίας. ^{[ 3 ]} Η πρώτη ελεύθερη επιφάνεια νερού εφαρμόστηκε στην Ολλανδία το 1967. Αυτό το σύστημα είχε διάταξη σε σχήμα αστεριού και ονομαζόταν «φυτευμένο αγρόκτημα λυμάτων». ^{[ 3 ]} Κατά τα τέλη του 20ού αιώνα, η δημοτικότητα των τεχνητών υγροτόπων αυξήθηκε στην Ευρώπη και τη Βόρεια Αμερική. Τα συστήματα επεξεργασίας λυμάτων (CW) παραδοσιακά χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία λυμάτων, αλλά από τα τέλη της δεκαετίας του 1980 έχουν χρησιμοποιηθεί για την επεξεργασία ποικίλων τύπων λυμάτων, όπως γεωργικές απορροές, κατακράτηση ομβρίων υδάτων, όξινη αποστράγγιση ανθρακωρυχείων, αποστράγγιση μεταλλευμάτων, απορροή γαλακτοκομικών βοσκοτόπων, ζωικά απόβλητα, διυλιστήρια, επεξεργασία χαρτιού και χαρτοπολτού, υδατοκαλλιέργεια γαρίδας, στραγγίσματα χώρων υγειονομικής ταφής, εργοστάσια ζάχαρης, μεταλλουργικές βιομηχανίες, οικιακά λύματα και γεωργικά λύματα. ^{[ 3 ] [ 1 ]} Στις αναπτυσσόμενες κοινότητες, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επεξεργασία γκρίζων υδάτων ή ως δευτερογενής επεξεργασία οικιακών λυμάτων.

Τα συστήματα επεξεργασίας τεχνητών υγροτόπων γενικά εμπίπτουν σε δύο κατηγορίες: συστήματα υπόγειας ροής και σύστημα ελεύθερης επιφανειακής ροής νερού. Τα συστήματα ελεύθερης επιφανειακής ροής νερού (FWS) είναι φυτεμένες λεκάνες με αργά ρέοντα ρηχά επιφανειακά νερά και οι διαδικασίες επεξεργασίας πραγματοποιούνται μέσω αλληλεπιδράσεων μεταξύ της βλάστησης, των φυσικώς απαντώμενων μικροβίων και των ρύπων. ^{[ 4 ]} Τα συστήματα υπόγειας ροής (SSF) σχεδιάζονται με οριζόντια ή κάθετη υπόγεια ροή μέσω ενός διαπερατού μέσου (συνήθως άμμου, χαλικιού ή θρυμματισμένου βράχου). Και οι δύο τύποι υπόγειας οριζόντιας (HF) ή κάθετης ροής (VF) περιλαμβάνουν μια επίπεδη κλίνη διαπερατού εδάφους καλυμμένης με μακρόφυτα. Για τα συστήματα HF, τα εισρέοντα νερά εισέρχονται στην υπόγεια κλίνη στην αρχή του κυττάρου του υγροτόπου και ρέουν οριζόντια χρησιμοποιώντας δυνάμεις πίεσης και βαρύτητας. Για τα συστήματα VF, τα λύματα τροφοδοτούνται από την κορυφή και στη συνέχεια σταδιακά διηθούνται προς τα κάτω μέσω της κλίνης και συλλέγονται από ένα δίκτυο αποστράγγισης στη βάση. ^{[ 5 ]} Το σύστημα SSF επιτρέπει τη διήθηση με κάποια απορρόφηση ρύπων από τα φυτά. Τα πλεονεκτήματα ενός υπόγειου υγροτόπου περιλαμβάνουν την ελαχιστοποίηση του κινδύνου οσμών ή εντόμων-φορέων. Επιπλέον, το μέσο SSF παρέχει μεγαλύτερη επιφάνεια για φιλτράρισμα και επεξεργασία ρύπων και επιτρέπει μεγαλύτερη θερμική προστασία σε ψυχρότερα περιβάλλοντα. Τα πλεονεκτήματα των υγροτόπων FWS περιλαμβάνουν: μειωμένο κόστος κατασκευής, μειωμένο κίνδυνο απόφραξης, μειωμένο χρόνο για την αρχική ανάπτυξη των φυτών και αύξηση των αερόβιων συνθηκών που είναι συχνά επιθυμητές για την απορρόφηση θρεπτικών συστατικών. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

Οι σημαντικότερες παραμέτρους που λαμβάνονται υπόψη κατά τον σχεδιασμό ενός τεχνητού υγροτόπου περιλαμβάνουν την υδρολογία, τη μορφολογία της λεκάνης, τα χημικά φορτία, τα εδάφη και τη βλάστηση. ^{[ 8 ]}

Υδρολογία

Η υδρολογία είναι μια από τις πιο σημαντικές μεταβλητές στο σχεδιασμό υγροτόπων. Μερικές από τις κύριες παραμέτρους που χρησιμοποιούνται για την περιγραφή των υδρολογικών συνθηκών των υγροτόπων επεξεργασίας περιλαμβάνουν το βάθος, τον ρυθμό υδραυλικής φόρτωσης και τον χρόνο συγκράτησης. ^{[ 9 ]} Ο ρυθμός υδραυλικής φόρτωσης είναι ο ρυθμός των λυμάτων ανά μονάδα επιφάνειας ανά χρόνο και ο χρόνος συγκράτησης είναι ο χρόνος που χρειάζεται το νερό για να περάσει από το σύστημα. Η αποτελεσματικότητα του συστήματος έχει αποδειχθεί ότι αυξάνεται με μεγαλύτερους χρόνους συγκράτησης και χαμηλότερους ρυθμούς υδραυλικής φόρτωσης. ^{[ 10 ]} Ο σχεδιασμός των υγροτόπων υπόγειας ροής θα πρέπει να επιτρέπει ελεγχόμενη πλημμύρα έως 15 cm για την ενίσχυση της επιθυμητής ανάπτυξης των φυτών και τον έλεγχο των ζιζανίων. Το βάθος του συστήματος είναι σημαντικό όχι μόνο για την αποτελεσματικότητα της επεξεργασίας αλλά και για την ασφάλεια. Το νερό στα συστήματα SSF πρέπει να είναι αρκετά υψηλό ώστε να φτάνει στο ριζικό σύστημα των φυτών και αρκετά χαμηλό ώστε να μην βυθίζει το σύστημα, δημιουργώντας ένα έδαφος αναπαραγωγής κουνουπιών. ^{[ 11 ]}

Μορφολογία λεκάνης

Η μορφολογία της λεκάνης αναφέρεται στο σχήμα και την κλίση που δημιουργούν ορισμένες συνθήκες ροής στον υγρότοπο. Οι συνθήκες ροής μπορούν να υπολογιστούν έτσι ώστε ολόκληρος ο υγρότοπος να είναι αποτελεσματικός στην απομάκρυνση θρεπτικών συστατικών. Για να επιτευχθεί ο σωστός χρόνος συγκράτησης, δεν θα πρέπει να υπάρχει μια συντομευμένη διαδρομή για τη ροή των ρύπων. ^{[ 8 ]} Η συνιστώμενη αναλογία διαστάσεων μήκους:πλάτους για τους υγροτόπους FWS είναι 5:1 έως 10:1. Η κλίση του πυθμένα της κοίτης πρέπει να είναι >3%. Η συνιστώμενη αναλογία διαστάσεων για τους υγροτόπους SSF κυμαίνεται από 0,25:1 έως 1:1. Η κλίση του πυθμένα της κοίτης πρέπει να είναι >0,5%. ^{[ 12 ]}

Χημικές φορτώσεις

Όταν το νερό ρέει σε έναν υγρότοπο, φέρνει χημικές ουσίες που μπορεί να είναι ωφέλιμες ή επιβλαβείς για τη λειτουργία αυτού του υγροτόπου. Τα εισροές των λυμάτων έχουν συνήθως υποστεί πρωτοβάθμια επεξεργασία. Αυτό συνεπάγεται την απομάκρυνση των μεγάλων στερεών αποβλήτων, την καθίζηση των βαρέων αιωρούμενων στερεών και την εξίσωση της ροής και της ποιότητας των λυμάτων. Η πιο συνηθισμένη πρωτοβάθμια επεξεργασία για μικρές λύματα παγκοσμίως είναι η σηπτική δεξαμενή. ^{[ 13 ]} Τα εισροές λυμάτων εξακολουθούν να έχουν υψηλές συγκεντρώσεις θρεπτικών συστατικών όπως άζωτο και φώσφορο, βιολογική ζήτηση οξυγόνου (BOD) και αιωρούμενα στερεά. ^{[ 8 ]} Το σύστημα μπορεί να σχεδιαστεί για να απομακρύνει ένα ορισμένο ποσοστό αυτών των ρύπων.

Εδάφη

Το έδαφος είναι σημαντικό για τη συνολική λειτουργία ενός τεχνητού υγροτόπου επειδή υποστηρίζει τη ριζωμένη βλάστηση, βοηθά στην ομοιόμορφη κατανομή/συλλογή της ροής στην είσοδο/έξοδο, παρέχει επιφάνεια για μικροβιακή ανάπτυξη και, για τους υγροτόπους υπόγειας ροής, αποτελεί σημαντικό μέρος της διαδικασίας επεξεργασίας. ^{[ 14 ] [ 8 ]} Τα εδάφη υγροτόπων επιφανειακής ροής (ΕΕΡ) είναι γενικά λιγότερο σημαντικά στην απομάκρυνση ρύπων, αλλά μοιάζουν περισσότερο με τους φυσικούς υγροτόπους. Συνήθως για τους υγροτόπους ΕΕΡ, προτιμώνται τα αργιλώδη ή αργιλώδη εδάφη. Για τους υγροτόπους SSF, προτιμάται η υψηλή διαπερατότητα. το υλικό πρέπει να είναι άμμος ή χαλίκι. ^{[ 8 ]} Η είσοδος και η έξοδος ενός συστήματος CW περιέχουν ορισμένα εδάφη και πετρώματα που λειτουργούν ως μέσο διανομής για την ομοιόμορφη διανομή και συλλογή των εισροών και των λυμάτων. Το μέσο διανομής είναι συνήθως χονδρόκοκκο πέτρωμα του αποχετευτικού πεδίου.

Βλάστηση

Η βλάστηση των υγροτόπων αποτελείται σε μεγάλο βαθμό από μακρόφυτα ή υδρόβια φυτά που αναπτύσσονται μέσα ή κοντά σε νερό. Σε αντίθεση με τους φυσικούς υγροτόπους, η βλάστηση στα υγροτόπια CW πρέπει να είναι σε θέση να επιβιώσει σε νερά με υψηλές συγκεντρώσεις ρύπων. Σχετικά λίγα φυτά μπορούν να ευδοκιμήσουν σε αυτά τα λύματα με υψηλή περιεκτικότητα σε θρεπτικά συστατικά και υψηλή περιεκτικότητα σε BOD. ^{[ 15 ]} Επιπλέον, η βλάστηση θα πρέπει να πληροί τα ακόλουθα κριτήρια: εφαρμογή τοπικά διαθέσιμων ειδών μακρόφυτων· ισχυρά ριζικά συστήματα και ικανότητα αναφύτευσης· μεγάλη πυκνότητα βιομάζας και στελεχών για την επίτευξη μέγιστης κίνησης νερού και απομάκρυνσης θρεπτικών συστατικών· μέγιστη επιφάνεια για την απαραίτητη ανάπτυξη μικροβίων· και αποτελεσματική μεταφορά οξυγόνου στη ριζική ζώνη για την προώθηση αντιδράσεων. ^{[ 13 ]} Τα κοτσάνια, τα βούρλα και τα καλαμοειδή είναι από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα φυτά CW. Τα μακρόφυτα μπορούν να είναι ελεύθερα επιπλέοντα, αναδυόμενα ή βυθισμένα. Οι υγρότοποι SSF περιορίζονται σε αναδυόμενα μακρόφυτα, ενώ οι υγρότοποι FWS συχνά χρησιμοποιούν έναν συνδυασμό ελεύθερα επιπλέοντων, αναδυόμενων και βυθισμένων μακρόφυτων. ^{[ 8 ]} Είναι σημαντικό να επιλέγονται κατάλληλα φυτά για αυτό το περιβάλλον. Ωστόσο, έχει διαπιστωθεί ότι υπάρχει μικρή σχέση μεταξύ των ποσοστών απομάκρυνσης και των φυτικών ειδών. ^{[ 10 ] [ 16 ] [ 7 ]} Η πραγματική επίδραση των φυτών σε υγροτόπους SSF έχει συζητηθεί. ^{[ 4 ]} Γενικά, τα φυτά των υγροτόπων προσφέρουν βελτιώσεις, αν και μικρές, στην απομάκρυνση του BOD και των παθογόνων. Ωστόσο, ενισχύουν την απομάκρυνση θρεπτικών συστατικών, αν και κυρίως με έμμεσα μέσα. Εκτός εάν τα φορτία θρεπτικών συστατικών είναι πολύ χαμηλά, η καθαρή απομάκρυνση με άμεση πρόσληψη από τα φυτά είναι γενικά ένα μικρό ποσοστό της συνολικής απομάκρυνσης. Τα φυτά επηρεάζουν κυρίως την απόδοση της επεξεργασίας ενισχύοντας τις διεργασίες θρεπτικών συστατικών όπως η νιτροποίηση και η απονιτροποίηση, μεταφέροντας οξυγόνο στα εδάφη και παρέχοντας οργανική ύλη. ^{[ 17 ]}

Είσοδος

Η είσοδος απελευθερώνει και κατανέμει τα εισρέοντα λύματα στην είσοδο του υγροτόπου. Οι δομές εισόδου για υγροτόπους FWS ή HF SSF περιλαμβάνουν διάτρητους ή σχισμένους σωλήνες PVC ή ανοιχτές τάφρους κάθετους προς την κατεύθυνση της ροής, και τα εισρέοντα ύδατα απελευθερώνονται στο μέσο διανομής για περαιτέρω μείωση της διασποράς και της ταχύτητας, δημιουργώντας ομοιόμορφη ροή σε όλο το πλάτος του κελιού του υγροτόπου. Σε υγροτόπους VF SSF, ένα πλέγμα σωλήνων ή τάφρων τοποθετείται πάνω από την κοίτη και τα εισρέοντα ύδατα απελευθερώνονται προς τα κάτω στο υπόστρωμα. Το μέσο θα βοηθήσει στην εξάπλωση του νερού σε όλη την κοίτη, αλλά είναι σημαντικό το πλέγμα εισόδου να είναι όσο το δυνατόν πιο ομοιόμορφα κατανεμημένο. Τα μεγέθη των σωλήνων, οι διάμετροι των στομίων και η απόσταση μεταξύ τους καθορίζονται από τον ρυθμό ροής σχεδιασμού. ^{[ 13 ]}

Εξοδος

Η έξοδος επιτρέπει την έξοδο των λυμάτων και βοηθά στον έλεγχο του βάθους του νερού. Σε υγροτόπους FWS ή HF SSF, τα περισσότερα συστήματα διαθέτουν έναν κάθετο διάτρητο ή σχισμένο σωλήνα που περικλείεται σε βράχο αποστράγγισης. Ένα φρεάτιο μπορεί να τοποθετηθεί κατάντη της εξόδου για τον έλεγχο της στάθμης του νερού. Στα συστήματα VF SSF, το σύστημα συλλογής μπορεί να είναι ένα δίκτυο σωλήνων σε βράχο αποστράγγισης. Το φρεάτιο αυτού του συστήματος μπορεί να επιτρέψει την πλήρη αποστράγγιση του εδαφικού στρώματος. ^{[ 13 ]} Η έξοδος μπορεί να απελευθερώσει τα λύματα σε ένα σύστημα διήθησης εδάφους ή σε ένα επιφανειακό υδάτινο σώμα. ^{[ 18 ]}

Πλοίο της γραμμής

Η επένδυση, στη βάση του συστήματος, κρατά τα λύματα μέσα και τα υπόγεια ύδατα έξω από το σύστημα. Εάν το έδαφος είναι αργιλώδες και αδιαπέραστο, ενδέχεται να μην χρειάζεται επένδυση. Ωστόσο, εάν η εγγενής διαπερατότητα του εδάφους είναι μεγαλύτερη από 10-6 m/s, οι υγρότοποι πρέπει να επενδυθούν. Υπάρχουν μερικές επιλογές για την επένδυση του συστήματος. Μια επένδυση PVC 30 mil είναι η πιο συνηθισμένη και η πιο αξιόπιστη επιλογή. Επενδύσεις 10-20 mil μπορούν να βρεθούν στον αναπτυσσόμενο κόσμο. ^{[ 12 ]} Οι γεωσυνθετικές αργιλικές επενδύσεις δεν συνιστώνται επειδή ενδέχεται να ραγίσουν. ^{[ 11 ]} Μια άλλη επιλογή είναι η μείωση της διαπερατότητας του εδάφους αναμειγνύοντας τσιμέντο Portland ή μπεντονίτη με το έδαφος και συμπιέζοντας επί τόπου. ^{[ 13 ]}

Μπέρμ

Τα αναχώματα, εκατέρωθεν του συστήματος, βοηθούν στη συγκράτηση των λυμάτων εντός του συστήματος. Επιπλέον, αυτά τα αναχώματα είναι σημαντικά επειδή έχουν σχεδιαστεί με στόχο την αποτροπή της πλημμύρας επικίνδυνων λυμάτων. Τα αναχώματα συνήθως περιέχουν περίπου 0,6 έως 0,9 μέτρα ελεύθερου ύψους πάνω από την επιφάνεια του νερού. Εκατέρωθεν των αναχωμάτων, υπάρχει μια χορταριασμένη πλαγιά που βρίσκεται πάνω σε ένα ανθεκτικό έδαφος όπως άργιλος. Στην κορυφή του αναχώματος, συχνά υπάρχει ένα χαλικόστρωτο μονοπάτι πλάτους περίπου τριών μέτρων. Η αναλογία για τις χορταριασμένες πλαγιές θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 3:1. Μέσα στο αναχώμα, η επένδυση PVC συνήθως τοποθετείται για να αποτρέψει τη διαρροή λυμάτων από τους κατασκευασμένους υγροτόπους.

Ένας υγρότοπος FWS μπορεί να σχεδιαστεί με τρεις διαφορετικές ζώνες κάθετες στην πορεία της ροής. Η πρώτη ζώνη είναι ρηχή και πλούσια σε βλάστηση για την απομάκρυνση αιωρούμενων στερεών και BOD. Η δεύτερη ζώνη είναι βαθύτερη με ανοιχτό νερό για να επιτρέπει τον αερισμό και τη νιτροποίηση. Η τρίτη ζώνη είναι επίσης ρηχή και πλούσια σε βλάστηση για να επιτρέπει την απονιτροποίηση. Αυτή η μέθοδος εναλλαγής βλάστησης και ανοιχτού νερού βελτιώνει σημαντικά την απομάκρυνση θρεπτικών συστατικών. ^{[ 19 ]}

Πώς να διαστασιολογήσετε έναν υγρότοπο ελεύθερης επιφάνειας νερού χρησιμοποιώντας το μοντέλο Kadlec και Knight ^{[ 2 ] [ 12 ]}

• 1. Προσδιορίστε τις οριακές απαιτήσεις σε εκροές για BOD, άζωτο ή παθογόνα.
• 2. Υπολογίστε την επιφάνεια για το BOD, το άζωτο ή τους παθογόνους οργανισμούς χρησιμοποιώντας την ακόλουθη εξίσωση. Η μεγαλύτερη επιφάνεια θα είναι ο έλεγχος.

ΕΝΑ=μεγάλοΔ=0,0365Qκτμεγάλονντοεγώ−ντο*ντομι−ντο*

κΤ=κ20θΤ−20

A = απαιτούμενη έκταση υγροτόπου (εκτάρια)

Q = ογκομετρική παροχή (m3 ^/ ημέρα)

k _t = σταθερά ρυθμού για την απομάκρυνση BOD, αζώτου ή παθογόνων σε συγκεκριμένη θερμοκρασία T (m/ημέρα)

Ci = συγκέντρωση εισροής BOD, αζώτου ή παθογόνων (mg/L),(mg/L),(κολοβακτηρίδια/100mL)

Ce = συγκέντρωση-στόχος BOD, αζώτου ή παθογόνων στα λύματα (mg/L),(mg/L),(κολοβακτηρίδια/100mL)

C* = φυσική συγκέντρωση υποβάθρου BOD, αζώτου ή παθογόνων (mg/L),(mg/L),(κολοβακτηρίδια/100mL)

Πίνακας 1: Σταθερές τιμές για τον υπολογισμό της επιφάνειας των ελεύθερων επιφανειακών υδάτων CW ^{[ 12 ]}

3. Επιλέξτε την αναλογία διαστάσεων L:W με βάση τους περιορισμούς της τοποθεσίας. Υπολογίστε τις διαστάσεις της επιφάνειας. 4. Ελέγξτε την απώλεια ύψους για να βεβαιωθείτε ότι είναι μικρότερη από τη διαφορά υψομέτρου μεταξύ των σημείων εισροής και εκροής. Αυτή η ποσότητα επιτρέπει τη συνεχή ροή.

ωμεγάλο=μικρό*μεγάλο

h _L = απώλεια ύψους πτώσης (m)

s = υδραυλική κλίση κλίσης (αδιάστατη)

L = μήκος υγροτόπου (m)

5. Σχεδιάστε τις ζώνες 1 έως 3 με βάση τον χρόνο υδραυλικής συγκράτησης, τον όγκο, τον ρυθμό ροής και το υπολογισμένο μήκος και πλάτος. Η Ζώνη 1 έχει ΥΠΚ 1-2 ημερών, η Ζώνη 2 έχει ΥΠΚ 2-3 ημερών και η Ζώνη 3 έχει ΥΠΚ 1 ημέρας.

ΧΡΤ=V/Q

Αυτός είναι ένας βασικός οδηγός για τις κύριες φάσεις κατασκευής ενός υγροτόπου FWS.

Εκσκαφή λεκάνης

Πρέπει να επιλεγεί μια κατάλληλη τοποθεσία. Αυτή η τοποθεσία πρέπει να είναι επίπεδη ή με κλίση όχι μεγαλύτερη από 1%. Η τοποθεσία πρέπει να καθαριστεί από την προϋπάρχουσα βλάστηση και τα υπολείμματα. Μόλις καθαριστεί, μπορούν να ξεκινήσουν οι χωματουργικές εργασίες. Με βάση τις υπολογισμένες διαστάσεις, ξεκινήστε το σκάψιμο της λεκάνης. Οι Ζώνες 1 και 3 έχουν σχεδιαστεί για βάθος νερού 6 cm και η Ζώνη 2 έχει σχεδιαστεί για βάθος νερού 1 m. ^{[ 12 ]} Ωστόσο, το ριζικό σύστημα των φυτών πρέπει να μπορεί να εκτείνεται προς τα κάτω, όπως απαιτείται. Η κοπή και η πλήρωση μπορούν να υπολογιστούν έτσι ώστε το χώμα που αφαιρείται από τη Ζώνη 2 να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανύψωση των Ζωνών 1 και 3. Μόλις μετακινηθεί το χώμα, η επιφάνεια πρέπει να συμπιεστεί. Επιπλέον, πρέπει να κατασκευαστούν τούβλινα ή χωμάτινα αναχώματα γύρω από την περίμετρο της τοποθεσίας. ^{[ 13 ]} Πρέπει να αφεθεί μια περιοχή στον τοίχο για την εγκατάσταση του σωλήνα εισόδου και εξόδου. Το ύψος των αναχωμάτων πρέπει να είναι μεγαλύτερο από το υπολογισμένο βάθος νερού σε περίπτωση βροχόπτωσης ή πρόσθετων ροών.

Εγκατάσταση επένδυσης λεκάνης

Εάν τα εδάφη είναι διαπερατά, πρέπει να εγκατασταθεί μια επένδυση. Εάν επιλεγεί μια πλαστική επένδυση και τοποθετηθεί σε βραχώδες υπόστρωμα, μπορούν να απλωθούν 2-5 cm άμμου πάνω από τη λεκάνη του χώρου για να προστατεύσουν την επένδυση. Στη συνέχεια, η επένδυση θα πρέπει να τοποθετηθεί προσεκτικά πάνω από τη λεκάνη, συμπεριλαμβανομένων των αναχωμάτων. Ένα άλλο στρώμα άμμου θα πρέπει να απλωθεί πάνω από την επένδυση για να προστατεύσει την επένδυση από το χαλίκι. ^{[ 12 ]}

Είσοδος, έξοδος και τοποθέτηση εδάφους

Στη συνέχεια, οι δομές εισόδου και εξόδου εγκαθίστανται στα αναχώματα, τα οποία γεμίζονται για τη στεγανοποίηση των σωλήνων. Οι σωλήνες κόβονται επίσης μέσα από την επένδυση. Θα πρέπει να τοποθετηθεί ένα τμήμα μεγάλου χαλικιού 0,5 m για να περικλείσει τους σωλήνες εισόδου και εξόδου. Η λεκάνη μπορεί επίσης να εγκατασταθεί στο άκρο εξόδου του υγροτόπου. Η λεκάνη θα πρέπει να γεμίζεται, όπως απαιτείται, με αμμώδη/αργιλώδη εδάφη. Οι ζώνες 1 και 3 απαιτούν περισσότερο έδαφος για τα φυτά τους με βαθύτερα ριζικά συστήματα. ^{[ 12 ]}

Φύτευση βλάστησης

Αφού τοποθετηθούν τα εδάφη, τα μακρόφυτα μπορούν να φυτευτούν χρησιμοποιώντας μοσχεύματα ριζώματος. ^{[ 13 ]} Τα ριζώματα των επιλεγμένων φυτών μπορούν να σκαφτούν στην αρχή της περιόδου φύτευσης. Τα ριζώματα με έναν άθικτο μεσογονάτιο κόμβο και δύο κόμβους με πλευρικούς οφθαλμούς θα πρέπει να κοπούν για χρήση. Αυτά τα μοσχεύματα μπορούν να φυτευτούν σε πυκνότητα 4 ανά m2 ^σε γωνία 45 μοιρών, έτσι ώστε τουλάχιστον ένας κόμβος να είναι θαμμένος 4 cm στο έδαφος. Αυτά θα πρέπει να ποτίζονται έτσι ώστε το ένα άκρο να παραμένει πάνω από το νερό. ^{[ 13 ]}

Έναρξη λειτουργίας

Πριν από τη χρήση του CW, είναι καλύτερο τα φυτά να είναι καλά ανεπτυγμένα πριν συναντήσουν τα λύματα, ώστε να έχουν ισχυρή βάση και μεγαλύτερη αντοχή στην καταπόνηση. ^{[ 20 ]} Επίσης, η στάθμη του νερού θα πρέπει να είναι κατάλληλη για την ανάπτυξη των φυτών. Η υπερβολική ποσότητα νερού θα εμποδίσει το οξυγόνο να φτάσει στις ρίζες των φυτών. Μερικά εκατοστά νερού θα πρέπει να υπάρχουν στη λεκάνη ανά πάσα στιγμή. ^{[ 21 ]} Η στάθμη του νερού μπορεί να αυξηθεί σταδιακά στο επίπεδο λειτουργίας του σχεδιασμού. Ένας καλά κατασκευασμένος υγρότοπος FWS θα χρειαστεί περίπου έξι εβδομάδες για να διοχετευθούν τα λύματα σε αυτόν και η βλάστηση θα αναπτυχθεί πλήρως γύρω στη δεύτερη καλλιεργητική περίοδο. Αμέσως μετά την κατασκευή είναι το σημείο στο οποίο απαιτείται η μεγαλύτερη συντήρηση. Οι μεγάλες περιοχές όπου τα φυτά δεν αναπτύσσονται θα πρέπει να αναφυτεύονται και οι προβλεπόμενες ελεύθερες επιφάνειες θα πρέπει να διατηρούνται καθαρές κατά τη συγκομιδή. Μόλις ο υγρότοπος φτάσει σε ισορροπία, οι μόνες πραγματικές εργασίες συντήρησης που απαιτούνται είναι η παρακολούθηση της στάθμης και της ποιότητας του νερού, ο έλεγχος της διάβρωσης και η συντήρηση του αναχώματος. Στο καθιερωμένο σύστημα, η βλάστηση θα πρέπει να καλύπτει λίγο περισσότερο από το 50% της επιφάνειας.

Οι κατασκευασμένοι υγρότοποι, μόλις τεθούν σε λειτουργία, θα πρέπει να απαιτούν ελάχιστη αλλά τακτική προσοχή και συντήρηση. Για έναν υγρότοπο FWS, ο φορέας εκμετάλλευσης πρέπει: ^{[ 13 ]}

Ρυθμίστε τα επίπεδα νερού και την ομοιομορφία ροής - Ελέγξτε για τυχόν αλλαγές στη στάθμη του νερού. Οι αιτίες μπορεί να περιλαμβάνουν διαρροές, απόφραξη εισόδου ή εξόδου, υπερχείλιση, αύξηση ή μείωση της ροής στο σύστημα ή όμβρια ύδατα.

Καθαρίστε και επιθεωρήστε την είσοδο και την έξοδο - Τα υπολείμματα ή τα ιζήματα είναι πιθανό να φράξουν αυτές τις κατασκευές ή τα πετρώματα του αποχετευτικού πεδίου.

Διατήρηση φυτοκοινοτήτων - Συγκομίστε τα φυτά, αφαιρέστε τα ζιζάνια και αναφυτέψτε σε περιοχές όπου τα φυτά έχουν πεθάνει. Εάν αυτό αποτελεί πρόβλημα ολόκληρου του συστήματος, προσαρμόστε τα επίπεδα νερού, μειώστε τα φορτία ρύπων και ελέγξτε για επιθέσεις ζώων ή εντόμων.

Ελέγξτε για οσμή - Η οσμή μπορεί να υπάρχει σε οποιονδήποτε υγρότοπο, αλλά θα πρέπει να είναι ελάχιστη. Η έντονη οσμή ενδεχομένως να υποδηλώνει προβλήματα που σχετίζονται με αναερόβιες συνθήκες στο σύστημα.

Συντήρηση αναχωμάτων - Επισκευή διάβρωσης και ρωγμών στα αναχώματα

Ετήσιες εργασίες συντήρησης:

Συγκομιδή, κλάδεμα και αναφύτευση βλάστησης όπου είναι απαραίτητο

Ελέγξτε τα επίπεδα λάσπης της πρωτοβάθμιας επεξεργασίας

Ξεπλύνετε και καθαρίστε σχολαστικά την είσοδο, την έξοδο και το μέσο διανομής

Οι τεχνητοί υγρότοποι για επεξεργασία λυμάτων αξιολογούνται συνήθως μετρώντας το ποσοστό απομάκρυνσης βασικών ρύπων των λυμάτων: βιολογική ζήτηση οξυγόνου (BOD), συνολικά αιωρούμενα στερεά (TSS), παθογόνα όπως το E. coli, άζωτο και φώσφορος. Η απόδοση των υγροτόπων εξαρτάται από διαφορετικούς παράγοντες, με σημαντικότερους τον ρυθμό υδραυλικής φόρτωσης και τα χαρακτηριστικά εισροής. Οι ρυθμοί απομάκρυνσης είναι γενικά υψηλοί για το BOD, το TSS και τα παθογόνα - στο 80-99% στις περισσότερες περιπτώσεις. Για τον φώσφορο και το άζωτο, οι ρυθμοί είναι χαμηλότεροι και πιο μεταβλητοί. ^{[ 22 ]}

Τα διαφορετικά συστήματα υγροτόπων ποικίλλουν ως προς την απόδοση. Τα συστήματα FWS και SSF συγκρίνονται στον Πίνακα 2. Στους υπόγειους υγροτόπους HF, το οξυγόνο δυσκολεύεται να φτάσει στα κορεσμένα μέσα κατανομής και επομένως έχει χαμηλή νιτροποίηση. Αντίθετα, οι υπόγειοι υγροτόποι VF έχουν χαμηλή απονιτροποίηση. Διαφορετικοί τύποι CW μπορούν να συνδυαστούν διαδοχικά για την καλύτερη επεξεργασία των λυμάτων. ^{[ 23 ]} Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας επεξεργασίας είναι οι εποχιακές διαφορές. Η απομάκρυνση παραμέτρων όπως το BOD, τα αιωρούμενα στερεά και οι παθογόνοι παράγοντες μπορεί να μειωθεί σημαντικά κατά τη διάρκεια του χειμώνα. ^{[ 10 ]} Ωστόσο, ένα μονωτικό στρώμα μπορεί να προστεθεί στους υγροτόπους SSF για να μειωθούν σχεδόν πλήρως οι αρνητικές επιπτώσεις της χαμηλής θερμοκρασίας στις διαδικασίες επεξεργασίας. ^{[ 24 ]}

Πίνακας 2: Απομάκρυνση BOD, TSS, N και P σε 170 υγροτόπους FWS και 1329 SSF σε 19 χώρες ^{[ 12 ]}

Οι τεχνητοί υγρότοποι χρησιμοποιούνται περιορισμένα στην επεξεργασία λυμάτων στις αναπτυσσόμενες χώρες. ^{[ 1 ]} Αντιμετωπίζουν πολλές προκλήσεις σε συνδυασμό με το γεγονός ότι αποτελούν μια νέα, άγνωστη τεχνολογία. Απαιτούν μεγάλη έκταση γης, γνώση των τοπικών ειδών υδρόβιων φυτών, προϋπάρχουσα πρωτοβάθμια επεξεργασία λυμάτων και λειτουργική γνώση των υγροτόπων. Οι απαιτήσεις γης είναι παραπλανητικά μεγάλες σε σύγκριση με άλλες μεθόδους επεξεργασίας. Ένας κατά προσέγγιση αριθμός για την επιφάνεια είναι ότι απαιτείται ένα κυβικό πόδι CW για κάθε γαλόνι εισροής ανά ημέρα. Για ένα μέσο σπίτι ενός υπνοδωματίου, ενός ατόμου, αυτό ισοδυναμεί με ένα σύστημα 120 τετραγωνικών ποδιών. ^{[ 25 ]} Μια άλλη δυσκολία στην εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας είναι το γεγονός ότι πρόκειται για μια δευτερογενή μέθοδο επεξεργασίας. Στις αναπτυσσόμενες χώρες, ο κύριος στόχος της επεξεργασίας λυμάτων είναι ο έλεγχος των παθογόνων για την πρόληψη της μετάδοσης ασθενειών που μεταδίδονται μέσω του νερού και του ευτροφισμού των επιφανειακών υδάτων. ^{[ 26 ]} Ωστόσο, πολλές κοινότητες δεν μπορούν να επιτύχουν αυτόν τον στόχο λόγω έλλειψης πόρων και γνώσεων. Εάν αυτές οι κοινότητες εξακολουθούν να εφαρμόζουν ανοιχτή ή σε λάκκο αφόδευση, θα είναι δύσκολο να τις πείσουν να υιοθετήσουν έναν τεχνητό υγρότοπο. Μία αρνητική επίπτωση των CWs, ιδίως των FWS CWs, είναι η δημιουργία ενός οικοτόπου για τα κουνούπια. Αυτό το πρόβλημα μπορεί να μετριαστεί με προσεκτικό σχεδιασμό υγροτόπων ή με την ενσωμάτωση συσκευών κατά των κουνουπιών, όπως τα ψάρια κουνούπια. ^{[ 27 ]} Οι θετικές επιπτώσεις περιλαμβάνουν την παραγωγή βιομάζας από τη συλλογή μακρόφυτων, ιδίως υδρόβιων υάκινθων, ^{[ 1 ]} και λιγότερες περιβαλλοντικές επιπτώσεις σε σύγκριση με άλλες μεθόδους επεξεργασίας, ειδικά για τον υπόγειο υγρότοπο VF. ^{[ 28 ]}

Η λίμνη Houghton, MI αποτελεί ένα καλό παράδειγμα φυσικού υγροτόπου που έχει τροποποιηθεί για τη βελτίωση της ποιότητας των λυμάτων. Το 1978, ένας υγροβιότοπος προστέθηκε στη μονάδα επεξεργασίας λυμάτων για την καλύτερη προστασία της μεγάλης λίμνης. Η μέση παροχή είναι περίπου 120 εκατομμύρια γαλόνια ετησίως, με τα λύματα να εισάγονται στον υγροβιότοπο σε όλο το μήκος ενός σωλήνα εκκένωσης 1.600 ποδιών. Ο υγροβιότοπος έχει ελαφρά κλίση και το νερό εξέρχεται από τον υγροβιότοπο μέσω φυσικών ρεμάτων, με κάποια μικρή αντίστροφη ροή. Εντυπωσιακά, ο υγροβιότοπος έχει δείξει κατανάλωση άνω του 90% του αζώτου και του φωσφόρου από τα λύματα της μονάδας επεξεργασίας. Έχουν παρατηρηθεί ορισμένες αλλαγές στον υγροβιότοπο από την εισαγωγή των λυμάτων, καθώς η ιζηματογένεση στον υγροβιότοπο έχει αυξηθεί πάνω από 10 cm. Η κοτσίδα και η λάσπη έχουν αναλάβει ως κυρίαρχη βλάστηση στον υγροβιότοπο, λόγω των υψηλότερων επιπέδων θρεπτικών συστατικών στα λύματα από την εγκατάσταση επεξεργασίας.

Ένα άλλο παράδειγμα κατασκευασμένου υγροτόπου για επεξεργασία λυμάτων είναι η μονάδα επεξεργασίας λυμάτων Lakeland στην περιοχή Polk Co, FL. Η μονάδα επεξεργασίας δέχεται 10,8 εκατομμύρια γαλόνια λυμάτων ημερησίως. Όταν διαπιστώθηκε ότι η απόρριψη λυμάτων σε μια κοντινή λίμνη έχει αρνητικές επιπτώσεις στην ποιότητα του νερού, δημιουργήθηκε ένας υγρότοπος για την επεξεργασία των λυμάτων. Κατασκευάστηκαν περίπου 1.400 στρέμματα υγροτόπων για τη διαδικασία επεξεργασίας. Ο υγρότοπος μειώνει σημαντικά την ποσότητα αζώτου και φωσφόρου που υπάρχει στα λύματα και παρέχει βιότοπο για μια πληθώρα ειδών. Οι διαδικασίες αποκατάστασης έχουν αυξήσει τη βιοποικιλότητα εντός του υγροτόπου, ο οποίος καλυπτόταν κυρίως από βλάστηση ιτιάς και γατόψαρου. ^{[ 29 ]}

Πολλές ομάδες προωθούν τους τεχνητούς υγροτόπους σε όλο τον κόσμο. Η Βόρεια Αμερική και η Ευρώπη χρησιμοποιούν τεχνητούς υγροτόπους εδώ και δεκαετίες και τώρα και άλλες περιοχές τους εξερευνούν. Οι τεχνητοί υγροτόποι αποτελούν αντικείμενο έρευνας σε πολλά πανεπιστήμια και χρησιμοποιούνται για πολλές εφαρμογές επεξεργασίας λυμάτων. Η Υπηρεσία Προστασίας του Περιβάλλοντος των ΗΠΑ έχει δημιουργήσει εγχειρίδια σχεδιασμού για την κατασκευή υγροτόπων επεξεργασίας ^{[ 30 ].} Οι τεχνητοί υγροτόποι δεν προωθούνται μόνο από την κυβέρνηση. Τα άτομα που ενδιαφέρονται για την πράσινη τεχνολογία και τη βιωσιμότητα μπορούν να παρακολουθήσουν μαθήματα όπου μαθαίνουν να σχεδιάζουν και να κατασκευάζουν τον δικό τους τεχνητό υγροτόπο. ^{[ 31 ]}

• Λίμνη επεξεργασίας
• Υγρότοποι

• Κατασκευασμένοι υγροτόποι από τον Bruce Lesikar (Ειδικός Γεωργικής Μηχανικής Επέκτασης, Πανεπιστήμιο Texas A&M System)