Tres Rios Constructed Wetland System/tr

Arizona, Phoenix'in batı eteklerinde bulunan ve 2010 yılından beri tamamen faaliyette olan Tres Rios yapay sulak alan projesi, hem özel hem de federal sektörler tarafından finanse edilmiştir. Proje, Salt Nehri'nin Gila ve Agua Fria nehirleriyle birleştiği 8 millik bir bölümün (3 birleşen nehir havzası) kapsamlı bir çevresel restorasyonunu içermektedir. Geliştirmenin amacı, ana yerel su arıtma tesisinden gelen atık suların farklılıklarını azaltacak ve ayrıca yerel bitki örtüsü ve bölgesel biyoçeşitlilik için geniş bir yaşam alanı yeniden oluşturacak düzenleyici bir yapay sulak alan inşa etmektir. Tamamlandığında, geliştirme yaklaşık 128 dönüm sulak alan, 38 dönüm kıyı şeridi, 134 dönüm açık su/bataklık alanı ve yaklaşık 69 dönüm yaşam alanı inşaatını içermiştir. Tasarım aşamasının sonlarına doğru, toplam proje maliyetinin 99.320.000,00 ABD dolarına ulaşması öngörülmüştür. Biyolojik Besin Giderimi (BNR), özellikle Toplam Azot ve Toplam Fosfor için, ön geliştirme aşamasındaki tesis, gösteri projesi ve tam ölçekli akış düzenleme tesislerinin maliyet analizi tamamlandı.

Lisanslı her inşaat mühendisi için temel bilgi olan su döngüsü, atmosfer koşullarına, hava durumuna, tarıma, beslenmeye, biyoçeşitliliğe, bitki örtüsüne, sanitasyona, hijyene vb. katkıda bulunan, kesintisiz ve sürekli bir doğal süreçtir; enerji döngüsünün temel değişkenidir. İnsanlar, gizli ve örtük kullanımların yanı sıra, suyu günlük olarak da kullanırlar (örneğin yemek pişirme, tesisat, hijyen, sulama vb.). Su kaynakları ve atık su arıtımı, herhangi bir iklimdeki gelişmekte olan her bölge için geçerli olan inşaat mühendisliği alanlarıdır. Son on yıllarda, sulak alan sistemleri, su döngüsü, biyoçeşitlilik, karbon döngüsü ve fırtına dalgalanması etkisindeki rolleri nedeniyle kapsamlı bir şekilde incelenmiş ve araştırılmıştır. Daha sıcak bir dünyanın öngörülmesiyle birlikte, bilim insanları, mühendisler, mimarlar ve tasarım ve karar verme uzmanları, bu basit ama inanılmaz derecede karmaşık ekosistemlere odaklanmıştır. Deniz seviyelerinin yükseldiği, kıyı bataklıklarında çökmenin etkisinin arttığı ve ülkenin Orta Batı bölgesinde yaşanan son kuraklığın, büyük miktarda suyun temel bir kaynak ve mevcut yaşam tarzları, işletmeler, ekonomi, nüfus artışı, kalkınma, kentleşme vb. için bir tehdit olarak önemini artırdığı kanıtlanmıştır. Çevresel farkındalık, modern mühendisliği, ekolojik sistemler üzerindeki dışsallıkların büyük ölçüde dikkate alındığı daha sürdürülebilir bir yaklaşıma doğru yönlendirmiştir. Bu raporun amacı, Phoenix, Arizona'daki Tres Rios Projesi'ne benzer şekilde, belediye atık su sistemlerinde ikincil su arıtımına alternatif olarak yapay sulak alanların uygulanmasının tasarım, teknik, yasal ve maliyet hususlarını belirtmektir. Metin boyunca, söz konusu projenin gelişimi ele alınacaktır. Çeşitli atık su arıtma türleri ve yapay sulak alanlar için uygulanabilir atık su arıtma teknolojisi ayrıntılı olarak incelenecek ve vaka çalışmasıyla karşılaştırılacaktır. Yasal Uyarı: Tasarım, ölçümler, kodlar, inşaat, su arıtma, izin ve işletme gereksinimlerinin tam ayrıntılı açıklaması verilmeyecek, ancak geliştirme fizibilitesi amacıyla tartışılacaktır. Ayrıca, vaka çalışması projelerinin karşılaştığı yasallık, kod, politika ve teknik sorunlar tartışılacak ve gelecekteki gelişmeler için kılavuz olarak hizmet edecektir. Bunlar evrensel olarak kabul edilmemeli ve ilgili bölgeler için uygun araştırmalar yapılmalıdır.

Yapay sulak alan sistemleri, toplulukların su kaynaklarını korumasına ve hatta bölgesel biyoçeşitliliği artırmasına yardımcı olabilir. Yeterli araziye sahip toplulukların çevresinde geliştirilirler. Bu sistemler, doğal sulak alan ekosistemlerine benzeyecek ve onları taklit edecek şekilde tasarlanmıştır. Sistematik olarak kontrol edilen bir ortamda, benzersiz ekosisteme özgü doğal süreçleri kullanmak üzere tasarlanmıştır. Bu süreçlerin, sulak alanların doğal özellikleriyle organik maddelerin ve askıda katı maddelerin uzaklaştırılmasında etkili olduğu kanıtlanmıştır. Bunlar, fitoremediasyon, mikrobiyolojik mineralizasyon ve çakıl ve yerçekimi çökelmesiyle filtrasyondan oluşur. Bu süreçler, ilgili ortamlarında doğal olarak gerçekleşir ve geleneksel atık su arıtma yöntemlerine göre daha az enerji yoğundur. Vaka çalışmaları, küçük, basit bir 20' x 20' x 4' boyutlarındaki yapay sulak alan sisteminin, ortalama bir evin siyah ve gri suyunu arıtma kapasitesine sahip olduğunu göstermektedir. Bu prensip doğrultusunda, sistemler belediye ölçekli atık su arıtma tesislerinin ikincil arıtımında uygulanmıştır. Arizona, Phoenix gibi kurak bölgeler ve topluluklar, sürekli olarak su mevcudiyeti sınırlarıyla karşı karşıyadır ve su tüketimi ve yeniden kullanımı için seçenekler sunan çeşitli altyapılar uygulamıştır.

Tres Rios Projesi kapsamında inşa edilen sulak alan kompleksi, Arizona'nın Phoenix şehrinin beslendiği Salt, Gila ve Agua Fria nehirlerinin su havzalarında yer almaktadır. Bu bölge, ülkenin daha ormanlık bölgelerine kıyasla kuru ve çorak atmosferi ve seyrek biyoçeşitliliği ile karakterize edilir. Bu tür bölgelerdeki su kaynaklarının, yeraltı suyu, yüzey suyu, nadir yağış ve en önemlisi ve en belirgin olanı, geri dönüştürülmüş ve ıslah edilmiş mevcut su gibi sınırlı biçimlerde olduğu giderek daha fazla kabul görmektedir. Bu kaynakların potansiyelini en üst düzeye çıkarmak için Phoenix, Glendale, Mesa, Scottsdale ve Tempe gibi çevre topluluklarla birlikte, mevcut sistemlere katkıda bulunacak ek bir su arıtma sistemi tasarlamak ve inşa etmek için Çevre Koruma Ajansı (EPA), Sulama Bürosu, Arizona Çevre Kalitesi Departmanı ve Amerika Birleşik Devletleri Ordusu Mühendisler Birliği (USACE) gibi mühendislik kuruluşlarıyla işbirliği yapmıştır. Projenin tasarımındaki motivasyon, yaklaşmakta olan Ulusal Kirletici Deşarjı Eliminasyon Sistemi (NSDES) atık su arıtma tesisi deşarj gereksinimlerini karşılamaya yönelik çevresel şartlardan kaynaklanmıştır. Proje, esas olarak ikincil arıtmadaki azot seviyelerini uygun maliyetli ve uygulanabilir bir teknikle gidermek için gelişmiş bir yöntem olarak tasarlanmıştır.

Proje zaman çizelgesi: 1994 - Alternatif su kalitesi arıtma yöntemi olarak tasarım başladı. 1995 - İlkbahar. Birincil aşama inşaatı başladı. 1997 - Atık su arıtımına ilişkin NPDES gereklilikleri yürürlüğe girdi. 2003 - Bitki örtüsü durumu değerlendirmesi yapıldı. 2006 - İşletme tesislerinin inşaatı tamamlandı. 2010 - İlkbahar. İstikrarlı ve sabit su akışı başladı.

Yapay sulak alan sistemlerinin tasarım kriterleri, uygulama bölgesine ilişkin peyzaj, iklim veya politikalara göre değişebilir, ancak süreci yönlendiren üç temel ilke vardır. Mühendisler hidrolojiyi, makrofit büyüme türlerini ve akış yolunu dikkate almalıdır. İki tür yapay sulak alan mevcuttur: Serbest su yüzeyli (FWS) sulak alanlar ve Yeraltı akışlı (SFS) yapay sulak alanlar (CW). Tasarım Bileşenleri:

• Yer seçimi, arazi yapısı ve topraklar
• Ekolojik Etki
• Doğal yapı
• Tampon bölgeler
• Vektör kontrolü (sivrisinekler)
• Zorbalık/dışlama cihazları
• Tahsis edilmiş su kaynakları*
• Biyoçeşitlilik ve fiziksel heterojenlik
• Bitki Seçimi
• Mevsimsel değişkenlik
• Birden fazla hücre
• Bakım erişimi
• Proje hakkında kamuoyu farkındalığı
• Kamu kullanımı

Su Kaynağı Bu tür yapay sulak alanların tasarımında öncelikli bir görev, sürdürülebilirliğini ve özel su kaynağını dikkate almaktır. Su ve kara yaban hayatı habitatı ve barınağı olarak hizmet vermesi öngörülen projeler, uzun vadeli hidrolojik ihtiyaçları karşılamayı amaçlamalıdır. Su kalitesi, giriş suyu yoluyla sürekli olarak izlenmeli ve kontrol edilmelidir. Tarihsel olarak, bölgenin en büyük arıtma tesisi olan 91. Cadde atık su arıtma tesisi bu topluluklara hizmet vermiştir. Veriler, bu tesisin günde 230 milyon galon arıtma kapasitesine ve günlük ortalama 140 milyon galon akışa sahip olduğunu göstermektedir. Projenin büyük bir kısmı, tesisin yüksek oranda arıtılmış atık suyu doğrudan Salt Nehri şeridine deşarj edeceği varsayımıyla tasarlanmıştır. Şu anda mevcut tesis, sulak alanın tesisin tamamlayıcı bir mekanizması olarak hizmet vermesine rağmen, Tres Rios yapay sulak alanının ana su kaynağı olarak görev yapmaktadır. Tesis, diğer tesislerin gereksinimlerini karşılaması koşuluyla, tamamlayıcı sisteme 50 MGD (milyon galon/gün) su sağlama kapasitesine sahiptir. Arıtma tesisinden verilen toplam su miktarının 2 MGD'si tamamen nitrifikasyon işleminden geçirilmiş atık sudur.

Bileşen Alanları Tres Rios yapay sulak alan kompleksi, her biri belirli arıtma süreçlerine sahip çeşitli sektörlerden oluşmaktadır. Kompleks üç alandan oluşmaktadır: Çakıl Alanı, Saman Tarlası Alanı ve Araştırma Alanı. Bunların her birinde, izlenen doğal arıtmanın gerçekleştiği hücreler bulunmaktadır. Çakıl Alanı: Bu bölgeye ait yapay sulak alan yapıları, iki adet 2,1 dönümlük akarsu içi sulak alan hücresidir. Bu bölüm, Salt Nehri yatağında yer almakta olup birbirine paralel uzanan iki havzadan oluşmaktadır. Astar malzemeleri bakımından farklılık gösterirler; biri yerel malzeme ile (astarsız) kaplıyken, diğerinin astarı yerel çiftlik tarlasından alınan topraktan oluşmaktadır. Bu astarların yapısına bağlı olarak, sızma oranları ve su kalitesi ölçütleri incelenmiştir. Saman Tarlası Alanı: Bu alan, gerçek anlamda saman tarlaları olarak işlev gören tarım arazisi üzerine inşa edilmiş iki adet 3,0 dönümlük yüksek rakımlı sulak alan hücresinden oluşmaktadır. Bunlar, Salt Nehri havzasının üst kıyısında, geçici akış yolunun üzerinde yer almaktadır. Paralel hücreler, sularını aşağıdaki kıyı şeridine boşaltmaktadır. Bu sektör, sivrisinek kontrolü araştırmaları gibi vektör yönetiminin geliştirilmesine yardımcı oldu. Araştırma alanı: Bu alanın sulak alan bileşenleri, on iki adet 0,5 dönümlük hızlı akışlı hücreden oluşmaktadır. On iki hücre, her biri farklı miktarda açık su alanına sahip üç hücreden oluşan dört gruba ayrılmıştır. Bu pilot hücreler, sistemin temel bölümleri olarak işlev görmektedir ve doğal sulak alan sistemlerinin, sulak alan tabanının toprağından ekosistemin yakınındaki ağaçlara kadar araziyi kapsadığını açıkça ortaya koymuştur. Ek gösterim sonrası geliştirme, Ordu Mühendisler Birliği ortaklığıyla gerçekleştirilmiştir. Bu sonlandırma aşamaları, akış düzenleyici sulak alan (FRW) ve taşkın yatağı sulak alan (OBW) sektörlerine odaklanmıştır. Bu eklemelerin odak noktası su kalitesi, yerel taşkın yönetimi ve vektör kontrolü olmuştur. Bunların tasarım ve yapımından sonra, sistem performansı büyük ölçüde iyileşmiştir. Çoklu fonksiyonel hücrelerin konfigürasyonu, artıkların uzaklaştırılmasını, akış kontrolünün sürdürülmesini ve bir sistemi bozmadan belirli atık suların yönetilmesini sağlar. Bireysel hücrelere belirli amaçlar ve süreçler atanabilir. Devre açısından bakıldığında, giriş ve çıkış noktalarından farklı mesafelerde birden fazla hücrenin kullanılması, gerekli arıtma işlemlerinin tamamlanmasına ve belirli biyoçeşitlilik grupları için yaşam alanı ve besin sağlanmasına olanak tanır.

Bitki Örtüsü Seçimi ve Adaptasyonu Herhangi bir iklimde olduğu gibi, bölgesel bitki örtüsü genellikle incelenen bölgenin sıcaklık, nem, yağış, güneş ışığı ve iklim varyasyonlarına uyum sağlamış bitki yaşamı olarak tanımlanır. Yapay sulak alan projesinin inşaat aşamasında, Amerika Birleşik Devletleri'nin güneybatı Sonaron bölgesine özgü bazı yerli türler seçilerek sisteme entegre edilmiştir. Bunlar arasında Freemont kavak ağacı, Goodings söğüdü, kamış, saz, dev ve alkali sacaton otları, mesquite, çöl vidalı fasulyesi ve tuz çalısı bulunmaktadır. Seçilen bitki örtüsünün adaptasyonu 2003 yılında değerlendirilmiştir. Sonuçlar, bazı türlerde bitki stresi ve başarısızlığının mevcut olduğunu göstermiştir. Değerlendirme, türleri, yerel iklimi, derinlik rejimini, toprak gereksinimlerini ve bitkilerin yerleştirildiği topografyayı dikkate almıştır. Derinlik, sulak alan bitki örtüsünün gelişmesine en çok katkıda bulunan ana belirleyici değişken olarak ortaya çıkmıştır. Sulak alanın bitki örtülü kısımlarının ortalama derinliği yaklaşık sekiz inç iken, altı inç veya daha az derinliğe sahip alanlarda bitki yoğunluğunda bir artış gözlemlenmiştir. Değerlendirme sonucunda, topografyanın da bitki örtüsünün dayanıklılığına en büyük katkıyı sağladığı belirlendi. Sonuç olarak, alanlar, tümsekler, su altında kalan ve yüzeye çıkan tepecikler gibi özelliklerle 0,0 ft ile 1,5 ft arasında değişen dalgalı bir topografyaya sahip olacak şekilde yeniden yapılandırıldı.

Biyoçeşitlilik ve Vektör Yönetimi Doğal sistemlerin yapay olarak taklit edildiği herhangi bir projenin uygulanmasında, söz konusu ekosisteme ait biyoçeşitlilik dikkate alınmalıdır. Tasarım aşamasında, proje bitki örtüsü desenlerini, yaban hayatını ve bunların birbirine bağlı olduğu besin ve enerji ağını uygulamalıdır. Tres Rios Yapay Sulak Alanlarının planlanması ve yönetimi, bu tür biyoçeşitliliğin tanıtılmasında ve çekilmesinde başarılı olmuştur. Tür çeşitliliği, tasarım aşamalarından beri kaydedilmiş ve yoğunluklarda artış göstermiştir. Gözlemlenen yaban hayatı örneklerinden bazıları arasında balıkçıl kolonileri, kunduzlar, vaşaklar, çakallar, kurbağalar, kel kartallar ve yapay ekosisteme uyum sağlamış balık türleri yer almaktadır. Ayrıca, istilacı ve zararlı türlerin azaltılmasına yönelik mekanizmalar ve teknikler (örneğin vektör kontrolü) projenin başlangıcından itibaren mevcut olmalıdır. Durgun su oluşumu potansiyelini ve diğer biyolojik mekanizmaları kontrol ederek sivrisinek sorunları en aza indirilebilir. Bunlar arasında biyolojik larva öldürücüler, sivrisinek balıkları, yarasalar vb. yer almaktadır. Bu tür zararlı azaltma yöntemlerine ilişkin veri setleri, yerel destek bölgelerinde bulunabilir. Tres Rios su akışına çeşitli biyolojik larva öldürücüler eklendi; Bacillus thuringiensis israelensis ve Bacillus sphaericus, genetik direnç gelişimini azaltmak amacıyla dönüşümlü olarak uygulanarak işlevsel hale getirildi. Çeşitli vektör yönetimi teknikleri kurulduğunda bazı dezavantajlar ortaya çıktı. Sulak alan hücreleri aşırı sivrisinek üremesine neden oldu; bu durum, kuş popülasyonunun (sarı başlı kara kuşlar ve bataklık çalı kuşları) bir yüzdesinin azaltılmasıyla hafifletildi. Bu vektörleri yönetmek için, ortaya çıkan bölgelerin %50 ila %60 oranında azaltılmasından oluşan bir çaba sonucunda, nehir havzalarındaki biyoçeşitliliğin artmasıyla sonuçlanan bir başarı düzeyi elde edildi. Buna karşılık, bu küçük değişiklik su arıtma sonuçlarını olumsuz etkiledi. Alg türleri güneş ışığına maruz kalan artan yüzey alanını kapladıkça su kalitesi düştü. Bu da yüksek çözünmüş oksijen ve toplam askıda katı madde seviyelerine yol açtı.

Project CostsIn totality, the development involved the construction of approx. 128 acres of wetlands, 38 acres of riparian corridors, 134 acres of open water/marsh areas, and about 69 acres of habitat. Towards the finalization of the design phase, the total project costs were set to reach a sum of $99,320,000.00.This original estimate is mentioned in an official letter towards the chief engineer of the US Corp or Engineers elaborating on the project description and cost breakdown. The sum of $99,320,000.00 is initially divided into federal costs and non-federal costs. These are then broken down in order to specify what the financial support cover in relevant detail. A total of $88,580,000.00 was allocated towards the environmental restoration, which includes design and construction of the wetlands, riparian corridors, etc. Additional funds were required for other implementations of this progressive project. A flood damage reduction, which includes funding for a 5-8 ft. levee, was set to cost $5,380,000.00. The environmental education and recreational development components were processed as non-federal cost responsibilities and this totaled $4,860,000.00. Much of these cost responsibilities are determined by legal policy and code, such as Public law supported by the Water Resources Development Act (WRDA). For example, the Cultural resource mitigation costs of $500,000.00 falls under federal cost due to policy specifying that such components are attributed to such federal sources as long as they are less than 1% of total cost estimates.This level of project funding is strictly enforced by policies, acts, and legal code, documentation in financial books and cost/benefit ratios. For example, the Tres Rios project cost benefit ratios were calculated for the annual costs such as flood control costs (1.65) and average recreational costs (2.54), these included the operational and maintenance costs. Similar assessments achieve a more-for-less perception when project feasibilities studies are performed. The measuring of multiple benefits, such on saving on energy and equipment costs, not to mention projected industry costs, helps a project seem logical and approachable. Projects that revolve around any improvements to established infrastructure through established engineering fundamentals are likely to be considered and ultimately funded.Cost AnalysisThe focus of the cost analysis was on nitrogen and phosphorous removal compared to other wastewater treatment plants, although BNR processes involve a number of parameters and targets. Total nitrogen removal includes ammonia and organic nitrogen and is not completely removed by secondary treatments. This biological process is achieved through various biochemical reactions that alter molecular structures by nitrification and denitrification. Similarly, phosphorous removal is generally low, less than 20% of total phosphorus is removed from treated waters. It has been established that is can be difficult to mitigate through conventional biological wastewater treatment processes and this was assumed to be in favor of the contracted wetlands BNR mechanism. It should be noted that chemicals added to facilitate the removal and precipitation have risk of resulting in sludge by products and this could be costly to dispose.Advantages of constructed wetlands include the boost to regional biodiversity, recharge of local aquifer, no significant chemicals required for BRN (compared to conventional methods) and these systems treat bother TN and TP. The disadvantages consisted of significant vector control requirements, large land area use and cover, and seasonal temperature variation in BNR removal rates. And functionality. It was concluded that the various disadvantages of constructed wetland systems overshadowed the various advantages of implementing such projects and that the cost implications would ultimately determine their ranking in wastewater treatment plant.