Лос Изкуствените влажни зони са се превърнали в едно от най-добрите решения, базирани на природата. за справяне със сериозни проблеми като замърсяване на водите, загуба на биоразнообразие или суша. Те не са просто езера с растения: зад тях се крие хидравличен дизайн, сложни биогеохимични процеси и обширни научни изследвания, които подкрепят тяхната ефективност.
Днес тези системи се използват за пречистване на градските отпадъчни води, третиране на селскостопански отпадъчни води, подобряване на качеството на лагуните и реките и дори трансформират отпадъци като течни торове или утайки от пречиствателни станции за вода в полезни ресурси. Освен това, те осигуряват подслон за дивата природа и действат като малки зелени бели дробове, които улавят въглерод и помагат за смекчаване на последиците от изменението на климата.
Какво представляват изкуствените влажни зони и как функционират?
Когато говорим за изкуствени влажни зони, имаме предвид водни системи, специално проектирани да имитират функционирането на естествени влажни зониТе използват физични, химични и биологични процеси за отстраняване на замърсители от водата. Изградени са по контролиран начин, но вътрешната им логика е тази на жива екосистема.
По същество тези системи Те възпроизвеждат разграждането на органичната материя и кръговрата на хранителните вещества. (азот, фосфор, въглерод), които се срещат в блата, солени блата, плитки лагуни и други влажни зони. Основната цел обикновено е пречистването на отпадъчни води или селскостопански отпадъчни води, въпреки че се използват и като зелена инфраструктура за подобряване на реки, лагуни и крайбрежни зони.
Употребата му може да варира от мащаб от домашна или малка селска общност до съоръжения от няколко хектараособено когато се използват за полиране (рафиниране) след конвенционална пречиствателна станция за отпадъчни води или като зелени филтри, които получават вода от селскостопански или градски източници.
Типичната структура на изкуствена пречиствателна влажна зона се състои от пласт от пясък и чакъл, поставен върху водоустойчива бариера (от уплътнена глина или синтетична геомембрана), за да се предотврати нежелано проникване в подпочвата. Върху това легло се засаждат водни макрофити (тръстики, тръстика, папур и др.), чиито корени частично насищат субстрата с кислород и улесняват образуването на бактериални биофилми, отговорни за пречистването.
Тези системи са проектирани да елиминират голяма част от патогени, хранителни вещества (азот и фосфор), органични вещества и суспендирани твърди вещества съдържащи се във водата. В много случаи те функционират като последен етап, преди пречистената вода да бъде заустена в естествени влажни зони, лагуни или заливи, като по този начин драстично намаляват риска от еутрофикация.
Ключови елементи на изкуствена влажна зона
Технологията на изкуствените влажни зони действа като сложна екосистема, в която взаимодействат вода, субстрат, микроорганизми и растителностВсеки от тези компоненти изпълнява специфична роля и всички са необходими за ефективното функциониране на системата.
Първо, има вода, която ще се пречиства, която може да идва от градски отпадъчни води, обратни потоци от напояване в селското стопанство, градски оттичащи се води или дори течен тор и други селскостопански и животински отпадъциТази вода циркулира през филтърния слой и/или около стъблата и корените на растенията, където се извършва по-голямата част от отстраняването на замърсителите.
Гранулираният субстрат (обикновено пясък, чакъл или камъчета с различни размери на частицитеТой служи като опора за вкореняване на растенията и най-вече като повърхност, към която да се прикрепи микробната популация. Тези бактериални биофилми са истинските „работници“ на системата: те осъществяват процеси на разграждане на органичната материя, нитрификация, денитрификация, адсорбция и трансформация на различни съединения.
Растителността е съставена главно от изникващи водни растения, т.нар. хелофити (Тръстика, папур, папур, папур и др.). Тези видове са адаптирани към преовлажнени, бедни на кислород почви, тъй като притежават вътрешни тъкани (аеренхим), които позволяват транспорта на кислород от надземните части до корените. В допълнение към екологичната си функция, те допринасят значително за ландшафтната интеграция на влажната зона.
Видове изкуствени влажни зони: повърхностен и подземен поток
От хидравлична гледна точка, изкуствените влажни зони се класифицират главно в свободен повърхностен поток и подпочвен потокОт своя страна, подземните потоци могат да бъдат хоризонтални или вертикални, със съществени разлики в тяхното функциониране и в качеството на получените отпадъчни води.
В повърхностните течения или влажните зони със свободна повърхност, Водата циркулира над субстрата, видима е и е в пряк контакт с атмосферата.Това са плитки езера или канали (обикновено с водни нива под 0,4 м), на дъното на които растат изникващи растения. От функционална гледна точка те могат да се считат за вариант на класически лагунни системи, с по-малка дълбочина и растителност, вкоренена в коритото.
Този тип съоръжение обикновено заема няколко хектара и често се използва като рафиниране след процеси на вторично пречистванеПречистената вода циркулира между стъблата и корените на растителността и именно процесите на утаяване, филтрация, адсорбция и микробна активност позволяват по-нататъшно подобряване на качеството на отпадъчните води, които след това могат да бъдат използвани повторно по екологично чист начин или изхвърлени в чувствителни екосистеми.
От друга страна, в подземните влажни зони с поток, водата се движи под земята, през порите на гранулираната среда (пясък, чакъл, камъчета), без обикновено да са видими на повърхността. Този дизайн осигурява допълнителна защита срещу миризми, насекоми и директен контакт, а също така подобрява топлоизолацията на системата.
Тези влажни зони са изградени в заграждения хидроизолирани зони, съдържащи филтърния материал и растителносттас дълбочина на субстрата около 0,6-1,0 м. Те обикновено изискват по-малка повърхностна площ от системите с повърхностен отток и в много случаи функционират като вторично пречистване на отпадъчни води от малки населени места.
Сред основните му предимства е намаляване на лошите миризми, по-малко излагане на комари и защита от студ (благодарение на подземната циркулация и натрупването на растителни остатъци в леглото). В замяна те имат някои недостатъци, като например по-високи строителни разходи на единица площ поради гранулирания материал, риск от запушване (особено при хоризонтални системи) и малко по-ниска стойност като местообитание за дивата природа, тъй като водата не е достъпна.
В тази категория хоризонталните подземни влажни зони обикновено се захранват непрекъснато (въпреки че могат да работят периодично, ако е необходимо изпомпване) и Водата се движи хоризонтално през чакълесто-камъчен слой от около 0,6 мИзпускателна тръба позволява регулиране на нивото на наводнение, което се поддържа на няколко сантиметра под повърхността на субстрата, така че водата да не се вижда.
Във вертикалните подземни влажни зони, от друга страна, храненето се случва периодично. Те се използват Изпомпване, контролирано от таймери или поплавъци за ниво, или изпускателни сифони, ако топографията го позволява, за да разпредели водата равномерно по цялата повърхност на филтъра чрез мрежа от тръби с точки на изпускане, разпръснати из цялата влажна зона.
Водата влиза отгоре и циркулира вертикално през филтърен субстрат, съставен от слоеве пясък, чакъл и камъчета с дебелина приблизително 1 мВ долната част е разположена дренажна мрежа, която събира пречистените отпадъчни води. Освен това са монтирани тръби, които стърчат от агрегатния слой, за да се насърчи естествената вентилация и да се увеличи насищането на субстрата с кислород чрез коминния ефект.
Притокът на кислород чрез корените на растенията в тези вертикални влажни зони е сравнително малък в сравнение с този, постигнат чрез редуващи се периоди на пълнене и изпразване и вентилация. Следователно Вертикалните системи работят предимно при аеробни условияТе приемат по-високи органични товари и генерират добре наситени с кислород и без мирис отпадъчни води, докато хоризонталните работят главно при анаеробни условия и произвеждат вода с много ниско съдържание на разтворен кислород.
По отношение на времето за хидравлично задържане, хоризонталните подземни влажни зони изискват няколко дни оставаща вода в систематадокато вертикалните системи работят с време на потока само от няколко часа, което позволява третирането на по-високи дебити на единица площ.
Схеми за предварително третиране и пречистване с влажни зони
За да функционира добре една изкуствена влажна зона в дългосрочен план, е от съществено значение включете подходящ етап на предварителна обработкаЦелта е да се задържат едри твърди частици, пясък и утаяващи се вещества, които в противен случай биха причинили бързо запушване на филтърното легло и драстично биха намалили живота на системата.
Типичната схема започва с груба обработка на отпадъчните води, за предпочитане чрез решетки или автоматично почистващо оборудване когато е възможно. В комбинираните канализационни системи (които събират отпадъчни и дъждовни води) обикновено се добавя етап на отстраняване на пясък, за да се елиминират пясъкът и чакълът, носени от оттичането.
След това водата преминава през първично пречистване, което обикновено се извършва в септична яма или яма ИмхофТам голяма част от утаимите и плаващите частици се отделят и стабилизират, намалявайки натоварването от твърди вещества, които ще достигнат до влажната зона, и намалявайки риска от запушване на филтърното легло.
Отпадъчните води от първичното пречистване след това се насочват към влажни зони с хоризонтален поток (непрекъснато захранване) или към влажни зони с вертикален поток (прекъснато захранване)В зависимост от избраната конфигурация. В някои страни, като например Франция, е много разпространено комбинирането на няколко вертикални влажни клетки, разположени паралелно и последователно, постигайки високи нива на пречистване с много компактни конструкции.
Тези комбинирани схеми ни позволяват да се възползваме от допълнителни предимства на всеки типНапример, използване на вертикални влажни зони като основна обработка с висока аерация и добро отстраняване на органична материя, последвано от хоризонтални влажни зони като етап на полиране и денитрификация, или завършване със система за повърхностен поток, за да се увеличи максимално екологичната стойност на цялото.
Изкуствени влажни зони като зелени филтри срещу еутрофикация
Влажните зони, независимо дали са естествени или изкуствени, са изключително продуктивни екосистеми с висок капацитет за преработка на въглерод и хранителни веществаВъпреки това, същата тази продуктивност е довела до превръщането на много влажни зони в земеделски култури, особено през 20-ти век, с последващото влошаване на екологичното състояние.
Интензификацията на селското стопанство, масовата употреба на торове и промените в земеползването са довели до промени в хидрологията, увеличени речни и крайбрежни наводнения, повишена соленост и чести епизоди на еутрофикацияПоследното се случва, когато излишъкът от азот и фосфор предизвиква растеж на водорасли, изчерпва разтворения кислород и влошава качеството на водата и водните местообитания.
За да се противодейства на тези въздействия, са изградени изкуствени влажни зони, които действат като зелени филтри разположени между земеделски полета и приемащи лагуни или заливиВърнатата вода, например от оризови полета, пристига наситена с хранителни вещества и други замърсители и преминава през тези влажни зони, преди да се смеси с естествени водни басейни.
Опитът показва, че тези зелени филтри са способни значително намаляват средните концентрации на амоний, нитрити, нитрати и фосфатиТова значително подобрява качеството на водата. Същевременно те спомагат за задържането на суспендираните твърди вещества чрез утаяване и намаляват пестицидите и други вещества чрез адсорбция, разграждане и биогеохимични трансформационни процеси.
По този начин изкуствените влажни зони изпълняват двойна функция: от една страна, Те защитават лагуните, естуарите и делтите от еутрофикацияОт друга страна, те осигуряват допълнително местообитание за фауната и флората, свързани с водните среди, като по този начин засилват биоразнообразието в ландшафти, силно трансформирани от селското стопанство.
Влажни зони, разлагане на органична материя и въглероден цикъл
Въпреки че пречистващата му ефективност е все по-добре документирана, все още се провеждат изследвания за това как... Естествените и изкуствените влажни зони влияят върху процесите на разлагане и въглеродния цикълРазлагането на листните отпадъци и растителната биомаса е ключово за разбирането на съхранението на въглерод и образуването на почвата в тези системи.
Последните експерименти са оценили например разлагането на листата на тръстика (Phragmites australis) и папур (Typha angustifolia) в различни видове влажни зони в делтата на Ебро. За тази цел мрежи с листни отпадъци бяха поставени в различни зони на естествени и изкуствени влажни зони, оставени открити за определен период от време и впоследствие загубата на тегло беше измерена като индикатор за количеството разградена материя.
Резултатите показват, че Повърхностният отток на води от селскостопански дейности разлага листата по много сходен начин и в двата вида влажни зониТова предполага, че както естествените, така и изградените екосистеми играят важна роля в преработката на въглерод, при условие че са изложени на сравними режими на потока.
В анализираните естествени влажни зони е изчислено, че времето, необходимо за разграждане на 95% от тръстиковата постеля, варира приблизително между 58 и 150 дни, докато за папурите е необходимо... много по-дълги периоди, между 288 и 856 дниВ изкуствените влажни зони разграждането като цяло е било малко по-бавно.
Това по-бавно поведение в конструираните системи предполага, че органичната материя остава налична за по-дълго времеТова насърчава натрупването на детрит, образуването на почва и улавянето на въглерод в седиментите. От гледна точка на изменението на климата, това допълнително съхранение на въглерод представлява изключително важна съпътстваща полза от изкуствените влажни зони.
Освен това, тези проучвания потвърждават, че когато растителни видове, произхождащи от естествени влажни зони, се включват в изкуствени инсталации, Екологичните функции на системата са засилени, доближавайки поведението му до това на добре запазена влажна екосистема и засилвайки способността му да се адаптира към сценарии на затопляне и екологична криза.
Изследване на качеството на водата и хидравлично проектиране
Последните изследвания в различни университети и изследователски центрове показват, че Изкуствените влажни зони могат да действат като истински буферни системи срещу пикове на замърсяванеособено когато получават силно променливи количества градска и селскостопанска вода.
Илюстративен случай е този на влажната зона с открита повърхност, известна като Танкат де ла Пипа, в природния парк Албуфера във ВаленсияВ рамките на специфични изследователски проекти са анализирани неговото хидродинамично поведение и пречиствателен капацитет при пречистване както на градски отток, така и на води от селскостопанска дейност.
Моделирането и мониторингът показват, че тези системи са способни задържат приблизително 80% от суспендираните твърди вещества благодарение главно на естествените процеси на седиментация, контролирани от вътрешната хидродинамика на влажната зона.
По същия начин се наблюдава значително намаление в амонячен азот поради комбинацията от процеси на разреждане, задържане и биогеохимична трансформациякато например нитрификация и, в определени райони, последваща денитрификация. Тези механизми са от съществено значение за защитата на водните екосистеми от ефектите на еутрофикацията.
Друг ключов аспект, който беше подчертан, е Значение на хидравличния дизайн и конфигурацията на клеткатаНаличието на няколко паралелно свързани агрегата, с внимателно изчислено време на престой, позволява подобрена ефективност на пречистването, по-добро разпределение на потоците и повишена оперативна гъвкавост, например при обилни дъждове или сезонни колебания в натоварването.
Тези резултати не остават в теоретичната област: Те директно влияят върху проектирането на нови зелени инфраструктури предназначени за пречистване на замърсена вода, като спомагат за оптимизиране на размера на клетките, разположението на входовете и изходите и избора на растителни видове, адаптирани към всеки контекст.
Превръщане на отпадъците в ресурси: течни утайки и утайки от пречиствателни станции за вода
Отвъд конвенционалното пречистване на отпадъчни води, изкуствените влажни зони демонстрират огромен потенциал за да се преоцени селскостопанският отпадък и утайките от пречистване на водидопринасяне за моделите на кръгова икономика във водния сектор и селските райони.
В някои демонстрационни проекти се изграждат влажни зони малки пречиствателни станции за отпадъчни води (ПСОВ) в селските райониЦелта е да се подобри качеството на отпадъчните води и да се улесни спазването на Рамковата директива за водите. Уникалното е, че те използват утайки, генерирани в процесите на пречистване на питейна вода, като абсорбиращ материал.
По този начин, отпадъчен продукт, който преди това се е смятал за пасив, който трябва да се управлява, се превръща в да се превърнат в полезен ресурс в самия градски воден цикълВъзползвайки се от способността им да адсорбират и задържат определени замърсители. На практика, влажните зони с малък повърхностен отток се изграждат като плитки лагуни, където се сравняват различни схеми за пречистване.
Успоредно с това, инициативи като проекта VALPURIN се фокусират върху Разработване на природосъобразни решения за устойчиво третиране на течни оборски отпадъци и последващото оползотворяване на неговите фракции. Целта е да се сведе до минимум въздействието на тези отпадъци върху почвата и водата, като се трансформират в използваеми продукти (например торове или органични добавки с агрономическа стойност).
В този контекст, изкуствените влажни зони се използват като част от иновативни вериги за третиране, които намаляване на замърсяващото натоварване и позволяване на възстановяването на хранителните веществаПо този начин се постига напредък към по-кръгова икономика в селскостопанския и животновъдния сектор и се допринася за смекчаване на емисиите на парникови газове, свързани с неадекватното управление на течния оборски тор.
Изкуствени влажни зони и биоразнообразие: примерът на Ла Албуфера и Чарко де Тамухо
В допълнение към пречистващата си роля, много изкуствени влажни зони са доказали своята автентични убежища за фауна и флораособено в територии, където природните екосистеми са били силно трансформирани от селското стопанство или урбанизацията.
В Природен парк Албуфера (Валенсия) се намира голямо сладководно езеро с площ от над 2.800 хектара, което Той е дом на около 300 вида птици, много от които водни.Три „танката“ или изкуствени влажни зони са създадени върху бивши оризови полета. Тези пространства са предназначени да подобрят качеството на водата в езерото и същевременно да насърчат биоразнообразието.
Най-емблематичният е Танкат де ла Пипа, около 40 хектара бивши оризища, превърнати в мозайка от водни местообитанияс гъста растителност, която действа като естествен филтър за задържане на замърсители. От своя страна, загражденията Милия и Л'Иля поддържат ограничен обществен достъп, за да се осигури максимално спокойствие и защита на дивата природа.
Работата, извършена в тези влажни зони, им е позволила да станат ключови убежища за птиците в Албуферавключително такива уникални видове като водния воден бик, изключително дискретна чапла, която се камуфлира сред тръстиките. Присъствието ѝ е индикатор, че се постигат подходящи условия на спокойствие и качество на местообитанието.
В провинция Сиудад Реал, Чарко де Тамухо е претърпял процес на реставрация през последното десетилетие. Този проект включва засаждането на над 12 000 екземпляра от до 24 различни вида дървета и храсти. Създаването на тази изкуствена влажна зона допринесе за възстановяването на средиземноморските гори и крайречните зони.
Това пространство се е утвърдило като място за убежище и размножаване на множество животински видовеОт видри до различни водни и крайречни птици, като червеногребената потапница, обикновената потапница, водната клонка, европейския пчелояд, голямата тръстикова певица и висящият синигер. Организации като Global Nature Foundation подчертават, че тези влажни зони възпроизвеждат по контролиран начин физичните, химичните и биологичните процеси на естествените влажни зони, позволявайки отстраняването на разтворените замърсители и осигурявайки ценни местообитания.
Взети заедно, преживявания като тези от Ла Албуфера и Чарко де Тамухо показват, че Ренатурализацията чрез изкуствени влажни зони помага за смекчаване на последиците от сушата и климатичната кризаТова насърчава опазването на местната растителност и създава автентични убежища за птици и други фаунистични групи.
Към днешна дата, натрупаните от научната общност знания и опитът в управлението на полето ясно показват, че Изкуствените влажни зони са многофункционални инструменти за подобряване на качеството на водата, защита на почвите и водните екосистеми и насърчаване на по-кръгова икономика. при използването на водни ресурси и селскостопански отпадъци. Когато са правилно проектирани и интегрирани в територията, тези системи не само пречистват, но и възстановяват ландшафтите, съхраняват въглерод и дават втори живот на деградиралите пространства, предлагайки екологични и социални ползи, които трудно могат да се сравнят с други конвенционални технологии.
