Upload
dokiet
View
212
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
FIZYKA I CHEMIA GLEB
Literatura przedmiotu:
Kowalik P. Ochrona środowiska glebowego, PWN, Warszawa 2001
Klasy degradacji gleb, normy
Oczyszczalnia glebowo-roślinna
Normy i klasy degradacji glebTło, lub zerowy stopień zanieczyszczenia:(pomierzone wg naturalnych zawartości
metali ciężkich):Cd 0,3 – 1,0 mg/kgCu 10 – 25 mg/kgCr 20 – 50 mg/kgNi 10 – 50 mg/kgPb 20 – 60 mg/kgZn 50 – 100 mg/kg
wg Kabaty-Pendias
Pierwiastek Gleby PolskiŚrednia zawartość w glebach Polski
Średnia Światowa
Cd 0,2-0,31 0,22 0,5
Pb <0,20 13,8 25-40
Zn <0,40 33,2 27-235
Cu 6-53 6,7 1-140
Ni <10 6,5 <100
Zawartość metali ciężkich wg Greinerta
Stopnie zanieczyszczenia (IUNG Puławy)
0 – zawartość naturalna (Cd 0,3-1mg/kg; Pb 20-60mg/kg; Zn 50-100mg/kg) – gleby nadające się pod wszystkie uprawy ogrodnicze i rolnicze, a zwłaszcza pod uprawy roślin przeznaczonych dla dzieci
I – zawartość podwyższona (Cd 1-3mg/kg; Pb 70-150mg/kg; Zn 100-250mg/kg) – gleby przeznaczone do pełnego wykorzystania rolniczego
II – zanieczyszczenie małe (Cd 2-5mg/kg; Pb 100-500mg/kg; Zn 200-500mg/kg) – na glebach tych należy wykluczyć uprawę warzyw, dozwolona uprawa roślin zbożowych, okopowych i pastewnych
III – zanieczyszczenie średnie (Cd 3-10mg/kg; Pb 500-2000mg/kg; Zn 700-2000mg/kg) – dopuszczalna uprawa roślin zbożowych, pod warunkiem okresowych kontroli, zalecane uprawy roślin przemysłowych i traw nasiennych
Stopnie zanieczyszczenia (IUNG Puławy)
IV – zanieczyszczenie duże (Cd 5-20mg/kg; Pb 2500-7000mg/kg; Zn 1500-5000mg/kg) – gleby te powinny być wyłączone z produkcji, przeznaczane pod zadrzewienie lub zadarnienie, ew. rośliny przemysłowe – len, konopie, wiklina, materiał siewny zbóż i traw i ziemniaki dla przemysłu spirytusowego i rzepaku na lej techniczny
V – zanieczyszczenie bardzo duże, gleby powinny być wyłączone z produkcji rolniczej i użytkowania pastwiskowego
Stopnie zanieczyszczenia (IUNG Puławy)
V – zanieczyszczenie bardzo duże, gleby powinny być wyłączone z produkcji rolniczej i użytkowania pastwiskowego;
W Polsce najsilniej zanieczyszczona może zawierać: Cd>20 mg/kg; Cr 1000 mg/kg; Ni 1000 mg/kg; Pb 7000 mg/kg; Zn >5000 mg/kg
Stopnie zanieczyszczenia (IUNG Puławy)
Jakość środowiska w PolsceSkład chemiczny opadów i depozycja
zanieczyszczeń do gleby (w latach 1985-1998) dwukrotnie zmniejszyła się ilość wszystkich zanieczyszczeń
np.. Siarki siarczanowej od 0,5 t/km2 na północy kraju do 2 t/km2 na Śnieżce
Azotu azotanowego od 0,3 t/km2 do 1 t/km2 na Śnieżce
Oczyszczalnie glebowo-roślinne Zaliczane są do rozwiązań naturalnych i
półnaturalnychZaliczyć tutaj możemy:- Filtry gruntowe bez roślinności- Drenaże rozsączające- Pola intensywne nawadniane ściekami
(pola irygowane)- Ściekowe stawy rybne- Stawy stabilizacyjne- Stawy napowietrzane
Oczyszczalnie roślinne- Oczyszczalnie hydrobotaniczne- Oczyszczalnie bagienne- Korzeniowe- Gruntowo-roślinne- Glebowo-korzeniowe- Złoża makrofitowe- Złoża trzcinowe
Tak wygląda korzeniowa oczyszczalnia ścieków w Gronowie Elbląskim, 9 lat po oddaniu do eksplpoatacji. Inwestor UG Gronowo Elbl. (fot.M.Gajda)
- oczyszczalnie z roślinnością bagienną, - oczyszczalnie z roślinnością wodną zakorzenioną, - oczyszczalnie z roślinnością wodną pływającą, - oczyszczalnie wierzbowe.
Oczyszczalnie roślinneKlasy oczyszczalni roślinnych:- Obiekty rolniczego wykorzystania ścieków- Właściwe oczyszczalnie hydrobotaniczne
(hydrofitowe)- Stawy ściekowe, glonowe, lub z roślinnością
pływającą
Oczyszczalnie hydrofitowe (złoża gruntowe z roślinnością) można podzielić- Systemy z powierzchniowym przepływem
wody – poziom wody utrzymywany jest ponad powierzchnią gruntu, a rośliny zakorzenione w dnie lub na brzegach
- Systemy z podpowierzchniowym przepływem wody – poziom wody utrzymuje się poniżej powierzchni gruntu, a przepływ odbywa się przez grunt lub złoże żwirowe z zakorzenioną roślinnością
Najbardziej rozpowszechnione – filtry gruntowo-roślinne z podpowierzchniowym przepływem poziomym
Złoże jest izolowane od dołu i z boków ekranem (glina, folia),
Złoże takie ma specjalne wymagania związane z: uziarnieniem, współczynnikiem filtracji, porowatościa, wysokością i długością warstwy filtracyjnej
W Polsce szczególne zainteresowanie towarzyszy oczyszczalnią z wykorzystaniem trzciny (Phragmites australis syn. Phragmites komunalis). W zależności od zastosowanego wypełnienia złoża oczyszczalnie trzcinowe można podzielić na:
z wypełnieniem żwirowym (metoda Brixa), z wypełnieniem gruntem rodzimym z dodatkami (metoda Kickutha).
Glebowo-korzeniowa oczyszczalnia ścieków (systemem prof. Kickutha) określana popularnie jako „oczyszczalnia trzcinowa”. Jest to oczyszczalnia III stopniowa. Podczyszczanie wstępne ścieków zachodzi w 3-komorowym, betonowym osadniku gnilnym. Drugi stopień oczyszczania to filtr glebowo-korzeniowy umieszczony w wyfoliowanym wykopie. Wypełnienie złoża systemem prof. Kickutha to głównie: grunt rodzimy, torf, słoma, kora, bentonit i opiłki żelaza. Złoże obsadzone jest trzciną. Odbiornikiem ścieków jest usytuowany obok staw, który jednocześnie stanowi III stopień oczyszczania.
Trzcina posadzona w tej oczyszczalni ma na celu: transportowanie tlenu poprzez źdźbła do kłączy i
korzeni, a następnie do strefy gruntu wokół korzenia,
rozluźnienie struktury gruntu poprzez przerastanie korzeniami, a tym samym zwiększenie współczynnika filtracji,
biokatalityczne działanie korzeni pozwalające na optymalny przyrost mikroorganizmów w strefie gruntowo-wodnej,
pobieranie przez roślinę substancji pokarmowych i wbudowywanie ich w swoje komórki.
Cechy oczyszczalni trzcinowej: W oczyszczalniach trzcinowych osiągane są wysokie efekty
oczyszczania zarówno w zakresie zawiesiny, jak i BZT oraz związków biogennych. Efektywność oczyszczalni w okresie zimowym obniża się o ok. 10-20%.
Dla prawidłowej pracy oczyszczalnie trzcinowe wymagają skutecznych urządzeń do mechanicznego oczyszczania ścieków.
Niezbędny okres dla wpracowania się oczyszczalni trzcinowych ścieków i ustabilizowania się odpływu wynosi 2-3 lat.
Stwierdzono, że w oczyszczalniach trzcinowych zachodzi wysokoefektywne usuwanie ze ścieków metali ciężkich, które kumulują się w złożu gruntowym.
W otoczeniu oczyszczalni trzcinowych nie występują nieprzyjemne odory, chyba że z nieprawidłowo eksploatowanych urządzeń mechanicznych.
Stwierdzono w praktyce znaczne różnice pomiędzy ilością ścieków dopływających, a odpływających wynikającej z różnicy pomiędzy parowaniem a ilością opadów. W małych oczyszczalniach może dojść w okresach letnich do braków wypływu.
W fazie eksploatacji oczyszczalnia powinna być pod stałym dozorem technologicznym.
Oczyszczalnia hydrobotaniczna ze złożem o przepływie poziomym z nasadzeniem wierzby. Obiegowa nazwa tej oczyszczalni funkcjonuje jako „oczyszczalnia wierzbowa”. Wstępne podczyszczanie ścieków odbywa się w dwukomorowym osadniku gnilnym. Filtr gruntowo - roślinny o pojemności 180 m3 stanowiący II stopień oczyszczania wykonany jest jako niecka. Dno i skarpy tej niecki wykłada się folią z tworzywa sztucznego Wypełnienie stanowi rodzimy grunt przepuszczalny. Filtr obsadza się wierzbą Salix viminalis. Odbiornikiem oczyszczonych ścieków jest staw usytuowany w obrębie gospodarstwa lub inny zbiornik wodny znajdujący się w okolicy, który jednocześnie spełnia rolę III stopnia oczyszczania.
Przy projektowaniu oczyszczalni biologicznych można również wykorzystać naturalne spadki terenu. Na nich buduje się tzn. oczyszczalnie kaskadowe. W tym rozwiązaniu ścieki po 3-komorowym osadniku gnilnym spływają do dwóch filtrów – poletek, gruntowo-roślinnych usytuowanych względem siebie w sposób kaskadowy. Wypełnienie obu poletek stanowi pospółka. Górne obsadzono trzciną, natomiast dolne oczeretem. Stąd ścieki kierowane są do niewielkiego stawu (300 m2) w celu ostatecznego doczyszczenia. Posiada cztery stopnie oczyszczania.
Oczyszczalnie biologiczne z wykorzystaniem rzęsy wodnej
Lemna Minor jest gatunkiem, który unika bardzo czystych wód o niskiej koncentracji biofilnej, natomiast lubi wody bardzo żyzne. Jest rośliną dobrą do hodowli, gdyż w optymalnych warunkach bardzo szybko namnaża się pobierając składniki pokarmowe z wody jak również z powietrza. Z drugiej strony jest to gatunek wymagający, ‘pracuje’ tylko przy odpowiedniej temperaturze i nasłonecznieniu. Oczyszczalnie tego typu uzależnione są od warunków klimatycznych, pracują tylko w sezonie letnim przez kilka miesięcy. Nie można ich wykorzystywać przez cały rok. Ich zaletą jest to, że rzęsa występuje od bardzo kwaśnych do bardzo zasadowych środowisk (zakres pH 3,5 – 10,4) oraz maja bardzo duży zakres tolerancji na pierwiastki (m.in. wapń, magnez, sód, potas, fosfor, wodorowęglany, chlor, siarkę).
Oczyszczanie rzęsowe wymaga, aby ścieki przeszły przez osadnik wstępny, a następnie wpuszczane są do napowietrzanego stawu o głębokości 3 m. Rzęsa powinna pokryć całą powierzchnię wody, aby zapobiec namnażaniu się fitoplanktonu poniżej lustra wody. Poza tym, trzeba co jakiś czas wybierać cześć rzęsy, aby powstający kożuch z przyrastającej rzęsy nie zrobił się za gruby i aby dolna jego część, do której nie dociera światło słońca, nie obumierała wydzielając do wody dodatkowy ładunek związków organicznych. Oczyszczalnie biologiczne wykorzystujące rzęsę wodną są mało efektywne w klimacie jaki panuje w Polsce, ponieważ mamy za krótki okres wegetacji. Co więcej, podatna jest na wiele czynników, które w klimacie umiarkowanym są bardzo zmienne.
Błędy przy projektowaniu i wykonawstwie oczyszczalni gruntowo-trzcinowych Źle dobrane parametry złoża filtracyjnego(zastosowanie materiału o małej
przepuszczalności hydraulicznej, min. wymagane to >250 m d-1)
Kolejny błąd to warstwowanie złożaZbyt krótkie złoże, w którym mogą nie
zachodzić prawidłowo procesy amonifikacji, nitryfikacji, denitryfikacji (min. 15-20m)
Błędy przy projektowaniu i wykonawstwie oczyszczalni gruntowo-trzcinowychZbyt płytkie złoże – dla naszych warunków
klimatycznych powinno wynosić min. 120cm, aby zapewnić w zimie przepływ ścieków na głębokości min. 60cm (zapewni to właściwą temperaturę nie spadającą poniżej 8-10stC)
a w okresie wiosny i lata ścieki powinny popłynąć jak najpłycej terenu
Błędy przy projektowaniu i wykonawstwie oczyszczalni gruntowo-trzcinowychNiewłaściwe prowadzenie wzrostu i rozwoju
trzciny porastającej złoże (najkożystniej sadzić w dużych donicach błotno-roślinnych)
Złoże powinno mieć wysoką przewodność hydrauliczną, dużą porowatość i znaczą głębokość aby stworzyć warunki do rozwoju błony biologicznej na powierzchni ziarn gruntu, i korzeni trzciny, błona ta jest aktywna przez cały rok
Zestawienie niektórych zmiennych opisujących pracę oczyszczalni gruntowo-trzcinowych
A – powierzchnia czynna oczyszczalni (m2)Vb – objętość czynna (m3) (objętość złoża
filtracyjnego- część wypełniona ściekami)Vn – objętość czynna netto (m3) (objętość
porów złoża biorących udział w przepływie ścieków
F – powierzchnia przekroju przepływu (przekrój poprzeczny) (m2)
Q – dobowy dopływ ścieków , uśredniony (m3d-1)
C – stężenie zanieczyszczeń w ściekach, można wyrażać w BZT5 (g m-3), albo Nog lub Pog (g m-3)
Lo – ładunek zanieczyszczeń w dopływających ściekach (g d-1)
Le - ładunek zanieczyszczeń w odpływających ściekach (g d-1)
η – sprawność oczyszczalni (efekt oczyszczania)
η = 100 (1 – Le/Lo) %
Zestawienie niektórych zmiennych opisujących pracę oczyszczalni gruntowo-trzcinowych
zagadnienia
1. Przyczyny degradacji i dewastacji gleb2. Skutki intensyfikacji produkcji rolniczej3. Minimum rolno środowiskowe4. Rekultywacja gruntów, pojęcie i fazy rekultywacji5. Kierunki rekultywacji, dobór kierunku6. Prace w ramach procesów rekultywacyjnych7. Normy i klasy degradacji gleb8. Oczyszczalnie roślinne, rodzaje, omówić
przykładową9. Błędy przy projektowaniu i wykonawstwie
oczyszczalni glebowych