Kořenové čističky odpadních vod (KČOV)
Článek ukazuje klady a zápory KČOV, základní principy fungování, faktory ovlivňujícími účinnost a vhodnost/nevhodnost využití pro určité druhy odpadních vod. KČOV představují levný a snadno obsluhovatelný systém, schopný snížit znečištění na přijatelnou úroveň pro vypouštění do vodních toků.
Úvod
KČOV představují levný a snadno obsluhovatelný systém, který je schopen snížit znečištění na přijatelnou úroveň pro vypouštění do vodních toků (Coleman et al. 2001; Merlin et al. 2002).
OBRÁZEK 1 VYMAZAL (2004): DĚLENÍ KČOV
(termín "Umělé mokřady pro čištění odpadních vod" je synonymum ke KČOV)
Ten je navrhován a dimenzován především pro odstraňování organických a nerozpuštěných látek. Tedy parametrů limitovaných zejména pro malé zdroje znečištění (Vymazal, 2004).
Nejrozšířenějším typem KČOV v ČR jsou emerzní rostliny s povrchovým /nebo podpovrchovým/ horizontálním průtokem.
OBRÁZEK 2 VYMAZAL (2004): TYPICKÉ USPOŘÁDÁNÍ KČOV
1 - distribuční zóna (kamenivo, 50-200 mm), 2 - nepropustná bariéra (PE nebo PVC), 3 - filtrační materiál (kačírek, štěrk, drcené kamenivo), 4 - vegetace, 5 - výška vodní hladiny v kořenovém loži nastavitelná v odtokové šachtě, 6 - odtoková šachta, 7 - sběrná drenáž, 8 - regulace výšky hladiny.
Hlavní procesy a druhy odpadních vod vhodné k čištění v KČOV
Základním principem tohoto způsobu čištění je horizontální průtok odpadní vody propustným filtračním ložem, které je osázeno mokřadními rostlinami. Při průchodu odpadní vody substrátem dochází k vysokému stupni odstraňování znečištění, které zahrnuje soubor chemických, fyzikálních a biologických procesů, vedoucích k odstranění organických látek, živin a patogenních organismů.
Jak bylo naznačeno výše, k čištění dochází na základě chemických a fyzikálních procesů. Živé organismy /bakterie, rostliny/ však tento proces významně urychlují.
Rostliny v kořenové vrstvě poskytují bakteriím zejména kyslík, výživu v podobě organických látek a stabilizaci substrátu. Vedle toho významně přispívají k zvýšení doby zdržení, sedimentaci a adsorpci na částice půdy. Bakterie jsou naopak schopné přispět k ochraně rostlin před negativními účinky těžkých kovů jejich vysrážením. Dále oxidací organického materiálu1 dochází ke snižování hodnoty BSK52.
Amoniak je v KČOV zneškodňován procesy nitrifikace/denitrifikace, volatilizací a příjmem rostlinami ve formě NH4+ nebo NO3.
Huddleston et al. (2000): Amoniak je převeden oxidací na nitráty /aerobní podmínky/. Za anaerobních podmínek se převede na N2. Výše zmínění autoři považují příjem dusíku rostlinami a volatilizaci za hlavní mechanismy, kterými je amoniak v KČOV zneškodňován.
Diskutovaná nitrifikace je do značné míry závislá na hodnotách BSK5, protože heterotrofní bakterie mohou převažovat nad nitrifikačními, Bulc (2006), a tím ovlivnit dynamiku jmenovaných procesů.
OBRÁZEK 3 VYMAZAL (2004): VYUŽITÍ KOŘENOVÝCH
ČISTÍREN PRO RŮZNÉ DRUHY ODPADNÍCH VOD.
KČOV však nejsou využitelné pouze pro odstraňování dusíku a čištění povrchového odtoku z pozemních komunikací Moore et al. (1999) nebo ke snižování objemu produkce odpadních vod v zemědělství (Mantovi et al, 2002; Panella et al. 1999), ale i k odstraňování těžkých kovů jako jsou Se Shardendu et al. (2003), Fe, Mn, Zn, Cu, Pb (Goulet & Pick, 2001; Schulz & Xu, 2002 a, b). Můžeme je dokonce použít i k odstraňování takových znečišťujících látek, jako jsou pesticidy (Runes et al., 2001). Na základě (Prach, Pyšek & Šmilauer, 1999; Pokorný et al. 2005; Sistani et al. 1999) se domníváme, že iniciovat vznik mokřadu /který je schopen čistit znečištěné vody/ může být při rekultivacích ekonomicky i ekologicky nejvýhodnější řešení.
Naopak pro odstraňování fosforu z odpadních vod nejsou obecně KČOV vhodné. Vymazal (2004) podotýká, že fosfor je v KČOV odstraňován především adsorbcí a srážením ve filtračním loži, případně absorpcí rostlinami. Vztah mezi vstupním a odstraněným zatížením je velmi volný /r2 = 0,28/ a množství odstraněného fosforu lze jen velmi těžko odhadnout předem. To je způsobeno velkými rozdíly v sorpční kapacitě používaných filtračních materiálů.
Proto, pokud nás zajímá snížení množství fosforu v odpadní vodě, je dobré využít jiné způsoby řešení.
Účinnost KČOV
Účinnost KČOV je závislá na teplotě, srážkách, Bulc (2006), vlhkosti, době zdržení, zeměpisné šířce a nadmořské výšce, které rozhodují o délce vegetačního období. Výše uvedené faktory prostředí mají vliv na veškeré biologické procesy (zejména na růst rostlin a mikrobiologickou aktivitu).
OBRÁZEK 4 VYMAZAL (2004): ÚČINNOST KOŘENOVÝCH ČISTÍREN V ČR.
n = počet ročních průměrů, N = počet KČOV použitých pro analýzu dat. Průměrná účinnost vypočítána na základě účinnosti jednotlivých čistíren. Z údajů je patrné, pro jaký typ znečištění jsou KČOV v podmínkách ČR vhodné.
Výhody a nevýhody KČOV
Vymazal (2004) nabízí následující srovnání kořenových čistíren s klasickými čistírnami:
Výhody KČOV:
- jsou schopny čistit odpadní vody s nízkou koncentrací organických látek, což je u klasických čistíren problém
- dobře se vyrovnávají s kolísáním množství a kvality odpadních vod
- mohou pracovat přerušovaně, což klasické čistírny nemohou
- vyžadují minimální (ale pravidelnou) údržbu
- nevyžadují elektrickou energii
- mají menší náchylnost k havárii systému
- dobře zapadnou do krajiny a jsou její součástí, případně mohou plnit i okrasnou funkci.
Nevýhody KČOV:
- ve srovnání s klasickými čistírnami jsou náročnější na plochu
- nejsou vhodné pro odstraňování amoniaku3 a fosforu
- na odtoku se někdy objevuje bílý povlak tvořený elementární sírou tvořící se oxidací sirovodíku, který může (ale nemusí) vznikat při anaerobních poměrech ve filtračních ložích
- strojní čistírny mají lepší předpoklady pro řízení čistícího procesu, pro analýzu případných problémů a pro aplikaci nápravných opatření.
Závěr
Z výše uvedeného vyplývá, že v podmínkách České republiky jsou KČOV vhodným doplňkovým nástrojem pro čištění určitých typů odpadních vod. Vyžadují poměrně malou údržbu, bez které ovšem ztrácejí účinnost. Proto je zde mimořádně důležitá technologická kázeň. Při rozhodování zda si (ne)pořídit zmíněnou čistírnu, je také důležité si uvědomit, že jejich bezporuchový provoz je zcela závislý na provázanosti fyzikálních, chemických a biologických procesů. Přílišné využívání dezinfekčních prostředků pro domovní KČOV tedy vysloveně nevhodné. Připojí-li se k tomu i nedostatečná technologická kázeň, pak je obvykle důsledkem drastický pokles účinnosti těchto čističek. Pro další informace případné zájemce odkazujeme mj. na Ansola et al. (1995).
Literatura
Ansola, G. - Fernández, C. - de Luis, E. Short Communication: Removal of organic matter and nutrients from urban wastewater by using an experimental emergent aquatic macrophyte system. 1995, Ecological Engineering, no. 5, s. 13-19.
Bulc, T. J. Long term performance of constructed wetland for leachate treatment. Ecological Engeneering, 2006, no. 26, s. 365 -374
Coleman, J. - Hench, K. - Garbutt, K. - Sexstone, A. - Bissonnette, G. - Skousen, J. Treatment of domestic wastewater by three plant species in constructed wetlands. Water, Air and Soil Pollution, 2001, no. 128, s. 283-295.
Goulet, R. R. - Pick, F. R. The effect of cattails (Typha latifolia L.) on concentrations and partitioning of metals in surficial sediments of surface-flow constructed wetlands, Water, Air and Soil Pollution, 2001, no. 132, s. 275-291.
Huddleston, G. M. - Gillespie, W. B. - Rodgers, J. H. Use a constructed wetlands to treat biochemical oxygen demand and amonia associated with refinery effluent, Ecotoxicology and Environmental Safety, 2000, no 45, s.188-193.
Karathanasis, A. D. - Johnson, M. D. Metal removal potencial by three aquatic plants in acid mine drainage wetland, Mine Water and Environment, 2003, no. 22, s. 22 - 33.
Mantovi, P. - Marmiroli, M. - Maestri, E. - Tagliavini, S. - Piccinini, S. - Marmiroli, N. Application of a horizontal subsurface flow constructed wetland on a treatment of dairy parley wastewater, Bioresourses Technology, 2002, no. 88, s. 85-94.
Mashauri, D. A. - Mulungu, D. M. M. - Abdulhussein B. S. Constructed wetland at the university of Dar es Salaam, Wat. Res., 2000, vol. 34, no. 4, s. 1135 - 1144.
Merlin, G. - Pajda, J. - L. - Lissolo, T. Performance of constructed wetlands for municipal wastewater treatment in rural mountain area. Hydrobiologia, 2002, no. 469, s. 87 - 98.
Moore, H. H. - Niering, W. A. - Marsicano, L. J. - Dowdell, M. Vegetation change in created emergent wetlands ( 1988-1996 ) in Connecticut ( USA ), Wetlands Ekology and Management, 1999, no. 7, s. 177 - 191.
Panella, S. - Cignini, I. - Battilotti., M. - Falcucci., M. - Hull, V. - Milone, N. - Monfrinotti, M. - Mulas, G. A. - Pipornetti, G. - Tancioni., L. - Cataudella., S. Ecodepuration performances of a small-scale experimental constructed wetland system treating and recycling intensive aquaculture wastewater, Ann. N.Y. Acad. Sci., 1999, no. 879, s. 427-431.
Pokorný, P. - Hájek, P. - Sádlo, J. - Cílek, V. - Dreslerová, D. Krajina a revoluce: Významné přelomy ve vývoji kulturní krajiny Českých zemí. Malá Skála: 2005. ISBN: 80-86776-02-6.
Prach, K. - Pyšek, P. - Šmilauer, P. Prediction in Human-disturbed Habitats using an expert systém. Restoration Ekology, 1999, vol.7, no. 1, s. 15 - 23.
Shardendu - Salhani, N. - Boulyga, S. F. - Stengel, E. Phytoremediation of selenium by two helophyte species in subsurface flow constructed wetland. Chemosphere, 2003, no. 50, s. 967-973.
Schulz, M. - Xu, J. Performance comparison of experimental constructed wetlands with different filter media and macrophytes treating industrial wastewater contaminated with lead and copper, Bioresourses Technology, 2002a no. 83, s. 71 - 79.
Schulz, M. - Xu, J. Comparison of constructed reed beds with different filter media and macrophytes treating urban stream water contaminated with lead and copper, Ecological Engeneering, 2002b, no. 18, s. 385 - 390.
Sistani, R. K. - Mays, D. A. - Taylor, R. W. Development of natural conditions in constructed wetlands: Biological and chemical changes, Ecological Engeneering, 1999, no. 12 , s. 125-131.
Vymazal, J. Kořenové čistírny odpadních vod. Třeboň, 2004.
1 Organický materiál zde zahrnuje asimiláty rostlin uvolněné do kořenové vrstvy i znečištění organickými látkami přinášené odpadní vodou. Uvolňování asimilátů je zřejmě jistým způsobem spjato s interakcí mezi rostlinami a bakteriemi.
2 Pro bakterie samé je toto metabolickým procesem vedoucím k získávání energie. V rámci jmenovaného je zmíněný materiál převeden na CO2, biomasu a vodu.
3 Naproti tomu Huddleston et al. (2000) se domnívá, že jsou vhodné i na odstraňování amoniaku. Také udává mnohem vyšší procento jeho odstraňování z odpadních vod (95%). Dodejme, že na základě dostupné literatury je možné se v našich podmínkách přiklonit spíše k názoru Vymazala (2004).
Recenze: PhDr. Michaela Míkovcová, Ekocentrum PALETA
Článek může být i přes svoji stručnost užitečný pro odbornou veřejnost jakožto přehled literatury k různým aspektům zkoumaným v daném oboru. Dobře je vysvětlen princip fungování KČOV - zejména provázanost fyzikálních, chemických a biologických procesů a výhody a nevýhody KČOV. Zdroje odbornějších informací o této problematice v ČR jsou na internetu téměř nulové, díky tomu je článek přínosný, ovšem zdaleka ne komplexní. Je třeba poukázat na jeden možný rozpor v uváděných informacích. V textu byly teoreticky KČOV k odstraňování fosforu označeny jako nevhodné, a pro odstranění dusíku jako vhodné. Zatímco v praxi (dle obr. 4) je uváděna u kořenových čistíren účinnost 41% a u dusíku 47% což jsou prakticky téměř stejné hodnoty!
Pro laiky je článek méně vhodný. Bez prostudování dalších uvedených zdrojů by mohl čtenář např. mylně dojít k závěru, že těžké kovy a pesticidy (dle uvedeného výčtu typů znečištění vhodných pro KČOV) bez problémů vyčistí jakákoliv KČOV.
The article shows the pros and cons of the root of sewage treatment plants, the basic operating principles, factors influencing the effectiveness and suitability / unsuitability for the use of certain types of wastewater. Root wastewater treatment plants are inexpensive and easy to operate system, able to reduce pollution to acceptable levels for discharge into waterways.
