Questo è il secondo di tre articoli sulle zone umide costruite. Per leggere il primo clicca qui. Sono ristampati con qualche modifica da Pipeline, una pubblicazione trimestrale della National Small Flows Clearinghouse presso la West Virginia University, Morgantown, WV.
Isize=””>n negli Stati Uniti e in tutto il mondo, esistono due tipi principali di zone umide costruite utilizzate per il trattamento delle acque reflue: zone umide a flusso superficiale (chiamate anche zone umide a flusso libero) e zone umide a flusso sotterraneo.,
i due fitodepurazione disegni, flusso di superficie, i sistemi di analoghi naturali, le zone umide, sia nel modo di che guardare e il modo in cui fornire il trattamento., Entrambi i progetti possono essere utilizzati per trattare le acque reflue da fonti individuali e comunitarie, ma le zone umide a flusso superficiale sono solitamente più economiche per il trattamento di grandi volumi di acque reflue.
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Le zone umide sono aree su terreni in cui il terreno mantiene condizioni sature per gran parte dell’anno. Come suggerisce il nome, le zone umide a flusso superficiale rimangono abbastanza sature da mantenere un livello superficiale di acqua e acque reflue (da quattro a 18 pollici. profondo) sopra il terreno esposto all’atmosfera.,
Le piante delle zone umide sono presenti anche nei sistemi di flusso superficiale e le forze naturali, come vento, sole, pioggia e temperatura, influenzano le piante, l’acqua e i processi di trattamento in questi sistemi, proprio come fanno nelle lagune e nelle zone umide naturali.
Sebbene le forze naturali e i processi di trattamento in atto nei sistemi delle zone umide siano sempre un po ‘ imprevedibili, il trattamento è controllato in larga misura attraverso alcune caratteristiche progettuali attentamente pianificate.,
Sistema di Designsize=””>
Per esempio, la dimensione e la configurazione di superficie sistemi di flusso sono accuratamente sulla base di tali informazioni come le prestazioni dei sistemi esistenti, le stime del volume e della forza delle acque reflue da trattare ogni giorno, e/o una stima di quanto tempo il refluo deve rimanere nella zona umida di ricevere il trattamento (tempo di residenza idraulico)., I progettisti di sistemi considerano anche fattori climatici, come temperature medie, tassi di evapotraspirazione e quantità di precipitazioni, per prevedere e mantenere il livello dell’acqua nel sistema.
Tuttavia, poiché ci sono così tante variabili da considerare, alcune meno prevedibili di altre, e poiché nessun approccio progettuale è stato stabilito come il più efficace, gli ingegneri di solito prendono in considerazione una combinazione di fattori quando progettano sistemi di zone umide., Inoltre, di solito dimensionano generosamente i sistemi di flusso superficiale come precauzione per garantire che gli standard di trattamento siano sempre soddisfatti, anche di fronte a eventi imprevedibili come periodi insolitamente prolungati di pioggia o freddo estremo.
I progettisti di sistemi spesso progettano un singolo sistema per includere più bacini umidi chiamati celle., Due o più cellule che forniscono lo stesso livello di trattamento possono essere azionate fianco a fianco o alternativamente (funzionamento parallelo) per consentire il mantenimento periodico di ciascuna cellula, o più cellule possono essere azionate in serie per fornire un livello di trattamento migliore in ogni cellula consecutiva. Alcune comunità utilizzano anche sistemi ibridi che includono sia il flusso superficiale che le celle delle zone umide a flusso sotterraneo.,
Site Considerationsize=””>
Idealmente, i sistemi delle zone umide dovrebbero essere situati il più vicino possibile e in discesa dalla fossa settica, dall’unità aerobica, dalla laguna o da altre strutture che fornirà il trattamento delle acque reflue primarie. In questo modo, le acque reflue possono viaggiare verso la zona umida per gravità. Se non c’è abbastanza terreno adatto disponibile nelle vicinanze, potrebbe essere necessario pompare le acque reflue nella zona umida, il che può aumentare i costi complessivi per la costruzione, il funzionamento e la manutenzione.,
La maggior parte delle celle delle zone umide a flusso superficiale sono bacini di forma rettangolare autonomi circondati da banchi su tutti i lati. L’ingresso e l’uscita si trovano su lati opposti, come mostrato nello schema.
Le eccezioni includono alcuni sistemi in climi aridi progettati per non scaricare, che non hanno uno sbocco, e sistemi utilizzati per il trattamento avanzato che si aprono direttamente alle zone umide naturali.
I fondi delle celle delle zone umide a flusso superficiale dovrebbero essere in qualche modo privi di dossi e creste e avere un leggero grado di riduzione (approssimativamente da 0 a 0.,5%) per aiutare il flusso di acque reflue attraverso la cella per gravità. A meno che la natura non abbia già fornito un sito con queste caratteristiche, la cella di solito deve essere scavata con una terna o a mano.
Il fondo della cella deve anche essere autonomo per evitare che le acque reflue penetrino nelle acque sotterranee sottostanti e nell’ambiente circostante., Quindi, per i siti con terreni che non sono naturalmente densi o stagni, è spesso necessario rivestire il fondo della cella con argilla, bentonite o un rivestimento sintetico, quindi aggiungere terreno o altro materiale sopra il rivestimento per formare un substrato che supporterà la crescita delle piante delle zone umide.
Flow Designsize=””>
I sistemi di flusso superficiale possono trattare le acque reflue in modo molto più efficiente rispetto alle zone umide naturali., La ragione di ciò è che la velocità e il modello in cui le acque reflue fluiscono attraverso il sistema sono controllati dalla progettazione.
Nelle zone umide naturali, le acque reflue tendono a fluire attraverso canali relativamente stretti e ben consolidati e potrebbero non entrare mai in contatto con un’ampia porzione della zona umida. Per evitare questo cortocircuito del flusso delle acque reflue e per sfruttare al meglio ogni centimetro di spazio cellulare, le acque reflue nelle zone umide costruite dovrebbero essere distribuite uniformemente su tutta la larghezza di ciascuna cella., Le acque reflue entrano nelle celle di flusso superficiale per mezzo di tubi di distribuzione perforati, tubi gated o una serie di dighe all’ingresso. All’uscita, la maggior parte dei sistemi ha valvole di controllo e altri dispositivi per aiutare gli operatori a regolare il livello dell’acqua.
Anche la forma rettangolare delle celle e la quantità e il posizionamento degli impianti delle zone umide è progettata per ottimizzare il flusso e il trattamento delle acque reflue. Il rapporto tra la lunghezza della cella e la sua larghezza (il rapporto di aspetto) varia solitamente da 2:1 a 4: 1, ma può essere più alto a seconda del sito e di altri fattori.,
Inoltre, i progettisti di sistemi devono stimare la quantità di perdita di testa che la vegetazione delle zone umide può causare nelle portate. Il posizionamento delle piante può essere pianificato e organizzato pure. Ad esempio, alcune celle di flusso superficiale sono progettate per avere aree di acqua aperta e aree di vegetazione densa per consentire al vento e alla luce solare di raggiungere parti della cella per influenzare il flusso e il trattamento.
La maggior parte dei sistemi sono progettati per le acque reflue di fluire una volta attraverso il sistema. Tuttavia, i sistemi possono essere progettati per trattare il flusso di rifiuti più di una volta.,
Come avviene il Trattamentosize=””>
Non appena le acque reflue entrano in una cella delle zone umide a flusso superficiale, i processi naturali iniziano immediatamente a rompersi e rimuovere i materiali di scarto nell’acqua.,
Ad esempio, prima che le acque reflue abbiano la possibilità di viaggiare molto lontano nelle zone umide, gran parte del piccolo materiale di scarto sospeso viene fisicamente teso da piante sommerse, steli di piante e lettiere di piante nelle zone umide Le radici, i gambi, le foglie e i rifiuti delle piante delle zone umide forniscono anche una moltitudine di piccole superfici in cui i rifiuti possono rimanere intrappolati e i batteri che consumano rifiuti possono attaccarsi.,
Bacteriasize=””>
Come nella maggior parte degli ambienti naturali, i sistemi delle zone umide pullulano di vita. I batteri sono tra le forme di vita più abbondanti nei sistemi delle zone umide e si ritiene che siano responsabili della fornitura della maggior parte del trattamento delle acque reflue che si verifica.
I batteri aerobici prosperano nelle zone umide ovunque sia presente ossigeno-di solito nell’acqua, specialmente vicino alla superficie. Vento, pioggia, acque reflue e qualsiasi altra cosa che agiti la superficie dell’acqua possono aggiungere ossigeno al sistema.,
Al contrario, i batteri anaerobici prosperano dove c’è poco o nessun ossigeno. Nelle cellule di flusso superficiale, l’ossigeno è scarso nel substrato inferiore e nel suolo. Nei sistemi che mantengono i livelli di acqua profonda, potrebbe esserci una zona anaerobica vicino al fondo cellulare.
Quando i diversi tipi di batteri nelle zone umide consumano particelle di rifiuti nell’acqua, li convertono in altre forme, come metano, anidride carbonica e nuovo materiale cellulare. Alcune di queste sostanze, a loro volta, sono utilizzate come cibo da piante e batteri nella zona umida.,
Vermi, protozoi, insetti e altri organismi vivono anche nelle zone umide, e molti di questi organismi contribuiscono anche al trattamento o al mantenimento di condizioni nella zona umida favorevoli al trattamento.
Tempo e Temperaturesize=””>
Per qualsiasi dei processi naturali nelle zone umide, per avere successo, le acque reflue devono rimanere nel sistema abbastanza a lungo per il trattamento a verificarsi e per i virus nelle acque di scarico di die-off, naturalmente.,
In genere, il tempo di permanenza idraulica per le acque reflue nei sistemi di flusso superficiale è di cinque-dieci giorni o più. Il tempo esatto necessario è stimato in base alla resistenza delle acque reflue, al livello di trattamento desiderato, ai fattori climatici e all’efficienza dei processi di trattamento biologico. Le dimensioni del sistema si basano su queste informazioni.
Uno dei fattori più importanti che influenzano il trattamento è la temperatura. I processi di trattamento biologico tendono ad accelerare nella stagione calda e rallentare nella stagione fredda., Nei climi freddi, i sistemi devono essere abbastanza grandi da ospitare i tempi di permanenza idraulica più lunghi necessari per il trattamento.
Il Ruolo di Plantssize=””>
Mentre la maggior parte dei esperti concordano sul fatto che le piante sono importanti per il trattamento di zone umide, non completamente capire esattamente in che misura. Ma le piante aiutano i processi di trattamento in diversi modi. Anche in inverno, quando le piante delle zone umide appaiono morte, spesso sono dormienti ma contribuiscono comunque al trattamento.,
Alcuni dei contributi importanti delle piante delle zone umide che sono stati già menzionati includono il loro ruolo nel filtrare i rifiuti, regolare il flusso e fornire un’area superficiale per i batteri e il trattamento. Inoltre, le piante galleggianti, come le ninfee e le piante emergenti, come le cattails, ombreggiano la superficie dell’acqua e controllano la crescita delle alghe.
Le piante contribuiscono anche al trattamento assorbendo nutrienti, metalli e altre sostanze e conservandole., Tuttavia, molte di queste sostanze possono accumularsi nuovamente nella zona umida quando le piante muoiono e possono essere rilasciate dal sistema se la zona umida è allagata da un eccessivo deflusso di tempesta o da un aumento del carico idraulico. La raccolta delle piante di solito non è una soluzione pratica nei sistemi di flusso superficiale.
In alcuni casi, possono essere necessarie due o più stagioni di crescita prima che le piante siano stabilite abbastanza nel sistema per realizzare il loro pieno potenziale di trattamento.,
Sistema di Performancesize=””>
se correttamente progettato e gestito, flusso di superficie sistemi di zona umida di ridurre efficacemente la domanda biochimica di ossigeno (BOD), solidi sospesi, azoto, metalli, traccia di sostanze organiche, e di agenti patogeni nelle acque di scarico livelli che soddisfano gli standard ambientali. La rimozione del fosforo di solito è minima, tuttavia, e c’è sempre una piccola quantità di materia organica residua nell’effluente da materiali vegetali morti., A seconda del livello di trattamento e delle esigenze locali, gli effluenti provenienti dalle zone umide a flusso superficiale possono essere disinfettati o scaricati direttamente nell’ambiente.
Le prestazioni dei sistemi delle zone umide sono più variabili rispetto a quelle di molti altri sistemi e sono influenzate dal cambiamento delle temperature e da altri fattori. Tuttavia, se adeguatamente progettate, le prestazioni dovrebbero sempre rimanere all’interno dei requisiti normativi. Le prestazioni possono essere inferiori nella stagione fredda e durante l’avvio iniziale del sistema, prima che gli impianti delle zone umide siano adeguatamente stabiliti.,
Le zone umide a flusso superficiale hanno pochi requisiti di funzionamento e manutenzione, ma la manutenzione deve essere eseguita correttamente per garantire le prestazioni del sistema. Il funzionamento può comportare l’alternanza di celle o la regolazione dei livelli dell’acqua. Alcuni sistemi possono avere banche e berme che devono essere mantenute e strutture di ingresso e uscita che devono essere pulite periodicamente. Le zanzare e gli animali scavatori presentano problemi in alcuni sistemi. Sono disponibili diversi metodi di controllo, tra cui soluzioni naturali, come intrappolare e spostare gli animali, introdurre pesci che mangiano larve di insetti e costruire case per pipistrelli.,
Nota del redattore: Il terzo e ultimo articolo di questa serie apparirà nel prossimo futuro. Discuterà di come le zone umide sotterranee possono essere applicate per trattare flussi più piccoli.