Oczyszczalnie tego typu są odwzorowaniem naturalnych warunków hydraulicznych i siedliskowych ekosystemów bagiennych. W środowisku system taki jest przez większość roku naturalnie podmokłym terenem, gdzie stały stan nasycenia wodą powoduje rozwój charakterystycznych roślin bagiennych i wodolubnych (hydrofitów). Hydrofitowa metoda oczyszczania ścieków to proces
biologiczny zachodzący przy współudziale mikroorganizmów heterotroficznych (cudzożywnych) egzystujących w specjalnie zaprojektowanych i wykonanych złożach – filtrach roślinnych stanowiących główny element oczyszczalni.

Hydrofitowe oczyszczalnie ścieków mogą z powodzeniem być stosowane także w oczyszczaniu ścieków przemysłowych – pod warunkiem prawidłowego ich zaprojektowania i poprawnej eksploatacji. Przy projektowaniu należy wziąć pod uwagę wielkość i oscylacje ładunku dopływającego, co determinuje powierzchnię złoża hydrofitowego i wytypowanie odpowiednich gatunków roślin. Niezbędna jest także ścisła współpraca inżynierów, projektantów i wykonawców ze specjalistami w zakresie chemii i ekofizjologii roślin.

Rodzaje systemów hydrofitowych

Wyróżnia się dwa zasadnicze rodzaje oczyszczalni hydrofitowych [1-9]:
a) stawy przepływowe o swobodnej powierzchni, porośnięte roślinnością zakorzenioną lub pokryte roślinnością pływającą,
b) złoża z przepływem podpowierzchniowym, poziomym lub pionowym, porośnięte zakorzenioną roślinnością wodną lub bagienną.

Wariant oczyszczalni z przepływem o swobodnym zwierciadle (a) zakłada otwarty zbiornik lub kanały, które są w nieznacznym stopniu wypełnione wodą. Występują w nich niewielkie przepływy, możliwy jest też przepływ tłokowy. W oczyszczalniach o takiej konstrukcji są obecne makrofity (wodne rośliny kwiatowe, mchy, wątrobowce i duże glony). Usuwanie zanieczyszczeń odbywa się przede wszystkim na drodze sedymentacji, filtracji, akumulacji i adsorpcji. Typowe systemy ze swobodnym przepływem mają strefy napowietrzone przy powierzchni wody ze względu na dyfuzję tlenu z atmosfery oraz strefy pozbawione tlenu i powietrza tuż nad osadami i w osadach. W mocno obciążonych ściekami oczyszczalniach strefa beztlenowa może znajdować się blisko powierzchni wody. Źródłem węgla potrzebnego do denitryfikacji jest rozkład biomasy, choć równocześnie ten sam rozkład konkuruje o tlen z procesem denitryfikacji. Niskie zimowe temperatury poprawiają zawartość tlenu w wodzie, jednak spowolniają rozwój mikroorganizmów. Substancja organiczna jest sprawnie usuwana poprzez odkładanie się i filtrację. Rozwój mikroorganizmów jest odpowiedzialny za eliminację rozpuszczonych związków zarówno w strefie tlenowej, jak i beztlenowej. Tlen przedostaje się do wody na drodze dyfuzji z atmosfery oraz dzięki aktywności fotosyntetycznej peryfitonu i glonów.

W systemach o powierzchni wody pokrytej pływającymi roślinami wzrost glonów jest ograniczony niedostatecznym dostępem do światła. Azot jest usuwany na drodze nitryfikacji i denitryfikacji. Bakterie nitryfikacyjne utleniają amoniak w strefie tlenowej, a azotany ulegają przemianie do azotu cząsteczkowego dzięki bakteriom denitryfikacyjnym w strefie beztlenowej. W tym wariancie oczyszczalni zmienność warunków jest dość częsta, ponieważ zarówno fitoplankton, jak i glony oraz podwyższone pH zwiększają usuwanie amoniaku. Eliminacja związków fosforu odbywa się powoli poprzez adsorpcję, absorpcję, powstawanie związków kompleksowych oraz strącanie [1-9].

W systemach o przepływie podpowierzchniowym możliwy jest ruch poziomy lub pionowy. W oczyszczalni z poziomym przepływem, ścieki przemieszczają się przez porowate złoże filtracyjne między dopływem a odpływem. Mają w tym czasie kontakt ze strefami: tlenową, beztlenową i nienapowietrzoną. Strefa tlenowa znajduje się w okolicach korzeni i kłączy. W przypadku wysokiego obciążenia ściekami oraz zasolenia złoża, przeważają procesy beztlenowe lub wymagające niewielkiej ilości tlenu. Strefa tlenowa jest bowiem ograniczona do niewielkiego obszaru przylegającego do korzeni i kłączy, a także cienkiej warstwy pod powierzchnią wody, do której dyfunduje tlen atmosferyczny.

W systemach o niewielkim obciążeniu ściekami istnieje możliwość dostarczania tlenu do złoża razem ze ściekami. Głównym sposobem usuwania zanieczyszczeń jest flokulacja oraz osadzanie się cząstek koloidalnych. Inne efektywne mechanizmy to sedymentacja, strącanie, a także wiązanie i adsorpcja. Azot jest usuwany początkowo przez nitryfikację i denitryfikację, aczkolwiek nitryfikacja jest znacznie ograniczana przez dostępność tlenu w złożu filtracyjnym. Z tego powodu nie zachodzi efektywne usuwanie amoniaku. Z drugiej jednak strony warunki beztlenowe sprzyjają procesowi denitryfikacji. Natomiast eliminacja fosforu następuje poprzez sorpcję i strącanie.

Standardowe materiały użyte do budowy filtra, jak żwir i pokruszone skały, mają niewielką pojemność sorpcyjną. Aby zwiększyć możliwości sorpcyjne złoża warto zastosować kruszywo zawierające aktywne żelazo, wodorotlenek glinu albo wapń. Do oczyszczania ścieków przemysłowych zaczęto ostatnio stosować też domieszki tlenków żelaza, trocin oraz pokruszony beton [6].

Literatura
[1]  Halicki W. 2015. Ekologia stosowana w zrównoważonej gospodarce wodno-ściekowej, Skórzyn.
[2]  Obarska – Pempkowiak H., Gajewska M., Wojciechowska E. 2010, Hydrofitowe oczyszczanie wód i ścieków, PWN Warszawa.
[3]  Tomczuk B., Ochrymiuk D. 2012 Ocena efektywności gruntowo-roślinnych oczyszczalni ścieków na podstawie wyników rocznego projektu badawczego, Inżynieria Ekologiczna 28, 57-67.
[4]  Vymazal, J., 2007. Removal of nutrients in various types of constructed wetlands. Science of the Total Environment, 380 (1–3), 48-65.
[5]  Vymazal, J., Kröpfelová L. 2008a. Wastewater treatment in constructed wetlands with horizontal sub-surface flow. Springer, Dordrecht, 566, 311-317.
[6]  Vymazal, J., Kröpfelová, L. 2008. Wastewater Treatment in Constructed Wetlands with Horizontal Sub-Surface Flow. Springer, Dordrecht.

Cały artykuł ukazał się w IV numerze Kwartalnika Kierunek Wod-Kan