Жсанды құрылыс су тазарту қабаты

Кіріспе

Қалалық немесе өнеркәсіптік ағынды суларды, сұр суларды немесе нөсерлі суларды тазарту үшін жасалма ылғалды жерлер.

Жасалған ылғалды жер – ағынды суларды, сұр суларды, нөсерлі суларды немесе өнеркәсіптік ағынды суларды тазартуға арналған жасалма ылғалды жер. Ол сондай-ақ тау-кен өндірісінен кейін жерді қалпына келтіру үшін, немесе жерді игеру салдарынан жоғалған табиғи аумақтарды толықтыру шарасы ретінде де жобалануы мүмкін. Жасалған ылғалды жерлер – өсімдіктердің, топырақтың және организмдердің табиғи функцияларын пайдаланып, ағынды суларды екінші деңгейде тазартуды қамтамасыз ететін инженерлік жүйелер. Жасалған ылғалды жердің дизайны өңделетін ағынды су түріне қарай бейімделуі керек. Жасалған ылғалды жерлер орталықтандырылған және орталықтандырылмаған ағынды су жүйелерінде қолданылады. Ірі мөлшердегі еріген заттар немесе органикалық заттар (биохимиялық оттегіге және химиялық оттегіге деген қажеттілік ретінде өлшенген) болған жағдайда алдын ала тазарту ұсынылады. Биофильтр жасалма ылғалды жермен кейбір ортақ белгілері бар, бірақ көбінесе өсімдіктерсіз болады. Жасалған ылғалды жерлер термині бұрын құрғату және ауыл шаруашылығы жерлеріне немесе тау-кен өндірісіне айналдыру арқылы қиратылған, қайта қалпына келтірілген және қайта өңделген жерлерді сипаттау үшін де қолданылады.

Шолу

Құрылыс жасалған ылғалды жер – ағынды суларды немесе жаңбыр суларын тазартуға арналған су қоймаларының жобаланған тізбегі. Ылғалды жердегі өсімдіктер микроорганизмдерге органикалық заттарды ыдырату үшін өсуге мүмкіндік беретін субстратты (тамырлар, сабақтар және жапырақтар) қамтамасыз етеді. Бұл микроорганизмдер қауымдастығы перифитон деп аталады. Перифитон және табиғи химиялық процестер ластағыштарды және қалдықтарды жоюдың шамамен 90 пайызына жауапты. Өсімдіктер ластағыштардың шамамен 7-10 пайызын сіңіреді және шіру кезінде микробилер үшін көміртек көзі ретінде қызмет етеді. Су өсімдіктерінің әртүрлі түрлері ауыр металдарды сіңіру жылдамдығы әртүрлі, бұл суды тазарту үшін қолданылатын құрылыс жасалған ылғалды жерлерде өсімдіктерді таңдауда ескеріледі. Құрылыс жасалған ылғалды жерлердің екі негізгі түрі бар: жер асты ағыны және жер үсті ағыны. Құрылыс жасалған ылғалды жерлер – табиғатқа негізделген шешімдердің және фиторемедиацияның бір мысалы. Құрылыс жасалған ылғалды жер жүйелері – ағынды суларды тазартуға көмектесу үшін табиғи ылғалды жерлердегі топырақ, флора және микроорганизмдердің болуын имитациялауға бағытталған, қатаң бақыланатын орта. Олар ең тиімді өңдеу процесін жасау үшін ағын режимдерімен, микробиотиктік құрамымен және қолайлы өсімдіктермен құрастырылады.

Қолданылуы

Құрылыс жасалған сулы-жасыл жерлер шикі кәріз суларын, дауыл суларын, ауыл шаруашылығы және өнеркәсіптік ағынды суларды тазарту үшін қолданылуы мүмкін. Жасанды сулы-жасыл жерлер табиғи сулы-жасыл жерлердің қызметін еліктеп, дауыл суларын жинауға, қоректік заттардың мөлшерін азайтуға және әртүрлі жануарлар мен өсімдіктердің тіршілік ортасын құруға мүмкіндік береді. Құрылыс жасалған сулы-жасыл жерлер қаңтар суларын немесе сұр суларды тазарту үшін пайдаланылады. Көптеген мемлекеттік органдар қалалық ағынды суларды бақылау үшін ұсынылатын "тиімді басқару тәсілдерінің" бірі ретінде тазалауға арналған сулы-жасыл жерлерді көрсетеді.

Ластаушы заттарды жою

Сулы жерлерде физикалық, химиялық және биологиялық процестер бірігіп, сарқынды судан зиянды заттарды жояды. Осы процестерді түсіну ылғалды жерлерді жобалау үшін ғана емес, сонымен қатар химиялық заттар ылғалды жерге түскеннен кейін қандай өзгерістерге ұшырайтынын түсіну үшін де өте маңызды. Теориялық тұрғыдан алғанда, сарқынды суды тазалау, жасанды сулы жерлер арқылы өтетін сулы жер ортасы және өсімдіктердің тамыр аймағы арқылы жүзеге асады. Әрбір тамыр түгінің айналасындағы жұқа қабат, тамырсабақтардан, тамырлардан және тамыршалардан оттегі шығуының нәтижесінде ауалы болады. Судағы еріген қатты заттар, беттік ағынды сулы жерлерде су бағанасында тұну арқылы, ал жер асты ағынды сулы жерлерде орта арқылы физикалық сүзілу арқылы тоқтатылады. Жер асты және тік ағынды жүйелердегі қиыршық тас немесе құм ортасындағы биофильмдер арқылы сүзілу және сіңіру арқылы зиянды бактериялар, саңырауқұлақтар мен вирустардың саны азаяды.

Азотты жою

Суды тазарту үшін маңызды ылғалды жерлерде азоттың басым түрлері органикалық азот, аммиак, аммоний, нитрат және нитрит болып табылады. Жалпы азот – барлық азот түрлерін қамтиды. Ағынды судан азотты алудың маңыздылығы, аммиактың суға түсіп, балықтарға зиянды әсер ететін уытынан көрінеді. Ішу суындағы нитраттың артық мөлшері нәрестелерде метгемоглобинемияны тудыруы мүмкін, бұл қанның оттегі тасымалдау қабілетін төмендетеді. Сонымен қатар, нүктелік және нүктелік емес көздерден жер беті суларына түсетін азоттың артық мөлшері өзендерде, көлдерде, эстуарияларда және жағалаулық мұхиттарда эвтрофикация процесін күшейтеді, бұл су экожүйелеріндегі уытты балдырлардың гүлденуі, судағы оттегінің азаюы, балықтардың өлуі және су биологиялық әртүрлілігінің жоғалуы сияқты бірқатар проблемаларға әкеледі. Аммиакты жою, егер жасанды ылғалды жерлер биологиялық қоректік заттарды тазартуға бағытталған болса, ағынды суларды тазарту станцияларындағыдай жүзеге асырылады, бірақ сыртқы, энергияны көп қажет ететін ауа (оттегі) енгізу қажеттілігі болмайды. Нитрификация – бұл қатаң аэробты процесс, оның соңғы өнімі нитрат (NO3) болып табылады. Нитрификация процесінде аммоний (ағынды сулардан) нитритке (NO2) тотығады, содан кейін нитрит нитратқа (NO3) тотығады.

Денитрификация

Денитрификация – нитрат және нитрит сияқты тотыққан азот аниондарының биохимиялық түрде қайта тотықсыздануы, нәтижесінде азот оксиді (NO), азот көк газы (N2O) және азот газының газ тәрізді өнімдері түзіледі, бұл процесс органикалық заттардың, соның ішінде цианид пен нитраттың тотығуымен бірге жүреді.

Металдарды алу

Құрылыс жасалған сулы-жасыл жерлер еріген металдар мен металлоидтарды кетіру үшін кеңінен қолданылады. Бұл ластағыштар кен суларында жиі кездеседі, бірақ олар жаңбыр суларында, полигондық сіңді суларында және басқа да көздерде де табылады (мысалы, көмірмен жұмыс істейтін электр станцияларындағы сіңді сулары немесе FDG шаю сулары). Кендер үшін тазалау сулы-жасыл жерлері осындай көздер үшін де салынған.

Кен сулары Қышқыл суларды шығару

Құрылыс жасалған сулы-батпақты жерлер көмір кендерінен шығатын қышқыл кен суларын тазартуға да қолданылуы мүмкін.

Патогенді жою

Құрылыс жасалған сулы-батпақты жерлер патогендерді жою үшін емес, судың басқа да сапалық құраушыларын – мысалы, еріген қатты заттарды, органикалық заттарды (биохимиялық оттегіге деген сұраныс және химиялық оттегіге деген сұраныс) және қоректік заттарды (азот пен фосфор) жою үшін жобаланған. Жер астындағы ағынды жүйелі құрылыс жасалған сулы-батпақты жерлер, тік немесе көлденең ағын режимімен, кең таралған және салыстырмалы түрде аз аумақ қажет ететіндіктен, қалалық аймақтарға ендірілуі мүмкін. [[File:Tilley et al 2014 Horizontal Subsurface Flow Constructed Wetland схемасы. Жасанды сулы жердің көлденең астыңғы ағысының схемасы: Ағын төсек арқылы көлденең бағытта өтеді. Көлденең ағынды сулы-батпақты жерлерде ағынды сулар жер бетіне параллель, гравитация күші арқылы қозғалады, жер бетінде су болмайды, осылайша масалардың көбеюіне жол берілмейді. Тік ағынды сулы-батпақты жерлер көлденең ағынды сулы-батпақты жерлерге қарағанда тиімдірек және аз аумақ қажет етеді. Дегенмен, оларды үзіліспен жүктеу қажет, ал олардың жобалануына көбірек білім керек, ал көлденең ағынды сулы-батпақты жерлер ағынды суды үздіксіз қабылдай алады және оларды салу оңай. Тазартылған тұрмыстық ағынды сулар, мақсатқа байланысты үшінші деңгейде тазартуды қажет етуі мүмкін. Олар сондай-ақ, дауылдық суларды тазартуға да жарамды. Жер бетіндегі ағынды сулы-батпақты жерлерде әрқашан өсімдіктердің тамырлары арқылы судың көлденең ағыны болады, ал тік ағын болмайды. Суды тазарту үшін олар жер астындағы ағынды сулы-батпақты жерлерге қарағанда көбірек аумақ қажет етеді және қыста иіс күшейіп, тиімділігі төмендеуі мүмкін. Жер бетіндегі ағынды сулы-батпақты жерлер сарқынды суларды тазартуға арналған тоғандарға (мысалы, "қою тоғандары") ұқсас көрінеді, бірақ техникалық әдебиетте тоғандар ретінде жіктелмейді. Патогендер табиғи ыдырау, жоғары организмдердің жемеуі, шөгінді және ультракүлгін сәулелену арқылы жойылады, себебі су тікелей күн сәулесіне ұшырайды. Жер бетіндегі ағынды сулы-батпақты жерлер топырақтың көптеген түрлерінде, соның ішінде лайлы топырақтар мен басқа да балшықты топырақтарда қолдау таба алады. Су гиацинты (Eichhornia crassipes) және Pontederia spp. сияқты өсімдіктер бүкіл әлемде қолданылады (бірақ Тифа және Фрагмиттер өте жаулап алуға бейім). Дегенмен, жер бетіндегі ағынды сулы-батпақты жерлер масалардың көбеюіне ықпал етуі мүмкін. Сонымен қатар, олар ағынды судың сапасын төмендететін көп мөлшерде балдыр өндіруі мүмкін, ал ашық су бетінің болуынан масалар мен жағымсыз иіс тудырады, осы себепті оларды қалалық аудандарға ендіру қиын.

Constructed wetlands are not designed for pathogen removal, but have been designed to remove other water quality constituents such as suspended solids, organic matter (biochemical oxygen demand and chemical oxygen demand) and nutrients (nitrogen and phosphorus). Subsurface flow constructed wetlands with a vertical or a horizontal flow regime are also common and can be integrated into urban areas as they require relatively little space.]] [[File:Tilley et al 2014 Schematic of the Horizontal Subsurface Flow Constructed Wetland. jpg|thumb|Schematic of the Horizontal Subsurface Flow Constructed Wetland: Effluent flows horizontally through the bed. In the horizontal flow constructed wetland the effluent moves horizontally via gravity, parallel to the surface, with no surface water thus avoiding mosquito breeding. Vertical flow constructed wetlands are considered to be more efficient with less area required compared to horizontal flow constructed wetlands. However, they need to be interval loaded and their design requires more know how while horizontal flow constructed wetlands can receive wastewater continuously and are easier to build. Treated domestic wastewater might need a tertiary treatment, depending on the intended reuse application. They are also suitable to treat stormwater drainage. Surface flow constructed wetlands always have horizontal flow of wastewater across the roots of the plants, rather than vertical flow. They require a relatively large area to purify water compared to subsurface flow constructed wetlands and may have increased smell and lower performance in winter. Surface flow wetlands have a similar appearance to ponds for wastewater treatment (such as "waste stabilization ponds") but are in the technical literature not classified as ponds. Pathogens are destroyed by natural decay, predation from higher organisms, sedimentation and UV irradiation since the water is exposed to direct sunlight. Surface flow wetlands can be supported by a wide variety of soil types including bay mud and other silty clays. Plants such as water hyacinth (Eichhornia crassipes) and Pontederia spp. are used worldwide (although Typha and Phragmites are highly invasive). However, surface flow constructed wetlands may encourage mosquito breeding. They may also have high algae production that lowers the effluent quality and due to open water surface mosquitos and odours, it is more difficult to integrate them in an urban neighbourhood.

Гибридтік жүйелер

Әр түрлі типтегі жасалма су-батпақты жерлерді біріктіру арқылы әр жүйенің ерекше артықшылықтарын пайдалануға болады. Біріктірілген жасалма су-батпақты жерлер басқа жасалма су-батпақты жерлерге қарағанда тиімдірек тазалау жүйесі болуы мүмкін. 2007 жылдан бері Ирландия, Ұлыбритания және АҚШ-та біріктірілген жасалма су-батпақты жерлер қолданылып келеді. Біріктірілген жасалма су-батпақты жерлердің бір түрі болып табылатын шаруашылық жасалма су-батпақты жерлерін 2008 жылдан бері Шотландияның қоршаған ортаны қорғау агенттігі және Солтүстік Ирландияның қоршаған орта агенттігі қолдау көрсетуде. Ландшафт архитектурасының су-батпақты жерлердің эстетикалық жағымен айналысудың ұзақ тарихы бар. Ландшафт архитекторлары сондай-ақ су-батпақты жерді құрылыс салумен байланысты заңдар мен ережелерді сақтауға бағыт көрсетеді.

Өсімдіктер

Тиф және қамыс – тиімділігі үшін жасалмалы батқылық жерлерде қолданылатын негізгі түрлер, тіпті олар туған жерлерінен тыс жерлерде жаулап алушылыққа бейім болуы мүмкін. Солтүстік Америкада, қамыстың бір түрі (Typha latifolia) кең таралғандығы, әртүрлі су тереңдігінде өсу қабілеті, оңай тасымалдануы және отырғызылуы, сондай-ақ су құрамына (pH, тұздылығы, еріген оттегі және ластағыштар концентрациясы қоса алғанда) жоғары төзімділігі үшін жасалмалы батқылық жерлерде жиі кездеседі. Басқа жерлерде, жалпы қамыс (Phragmites australis) таралған (қара суды тазартуда, сондай-ақ сұр суды тазарту жүйелерінде, суды тазалау үшін). Өсімдіктер әдетте экологиялық себептермен және ең жақсы жұмыс істеу үшін сол аймақтың өзіндік флорасынан болады.

Жануарлар

Жергілікті өсірілетін, жыртқыш емес балықтарды шыбын-шіркейлер сияқты зиянкестерді жою немесе азайту үшін, беттік ағынды құрылған ылғалды жерлерге қосуға болады. Дауыл суы жиналатын ылғалды жерлер амфибияларға тіршілік ортасын ұсынады, бірақ олар жинаған ластаушы заттар дернәсіл сатысының тірі қалуына әсер етуі мүмкін, осылайша оларды "экологиялық тұзақтар" ретінде жұмыс істеуіне себеп болуы мүмкін.

Шығындар

Құрылыс жасалған сулы-батпақты жерлер өздігінен қызмет ететіндіктен, олардың қызмет ету мерзіміндегі шығындары дәстүрлі тазарту жүйелеріне қарағанда едәуір төмен. Көбінесе олардың бастапқы құны да дәстүрлі тазарту жүйелерінен арзан болады. Бірақ олар көп орын алады, сондықтан жылжымайтын мүліктің бағасы жоғары аймақтарда қолдануға қолайлы емес.

Тарих

Он жылдар бойы алғашқы тазартудан өткен сулар экологиялық ережелерге қарсы болғандықтан тікелей табиғи батпақтарға құйылды. Құмды сүзгіш төсектері бар жер асты ағынды жасанды батпақтар Қытайда пайда болған және қазір Азияның шағын қалаларында қолданылады. Австрияда заң талаптарына (нитрификацияға) байланысты тек тік ағынды жасанды батпақтар ғана жүзеге асырылады, себебі олар көлденең ағынды жасанды батпақтарға қарағанда нитрификацияны жақсырақ жүзеге асырады. Мұндай жасанды батпақтардың тек шамамен 100-і 50 және одан көп адамға арналған жобалық өлшемге ие. Қалған 5350 тазарту қондырғылары одан кішідірек.