Constructed wetlands

Các quá trình về xử lý bằng đất Tưới nước: Tưới bằng nước thải, quá trình xử lý bằng đất được áp dụng phổ biến nhất hiện nay, bao gồm việc tưới nước thải vào đất và để đáp ứng các yêu cầu sinh trưởng của cây cối. Dòng nước thải khi đi vào đất sẽ được xử lý bằng những quá trình vật lý, hoá học và sinh học. Dòng nước thải đó có thể dùng tưới cho các loại cây bằng cách phun mưa hoặc bằng các kỹ thuật tưới bề mặt như là làm ngập nước hay tưới theo rãnh, luống. Có thể tưới cho cây trồng với tốc độ tiêu thụ từ 2,5 7,5 cm tuần. Thấm nhanh vào đất : Theo phương pháp này, dòng nước thải được đưa vào đất với tốc độ lớn (10 210 cm tuần) bằng cách rải đều trong các bồn chứa hoặc phun mưa. Việc xử lý xảy ra khi nước chảy qua nền đất (đất dưới mặt) ở những nơi mà nước ngầm có thể dùng để đảo ngược lại gradient thủy lực và bảo vệ nước ngầm hiện có ở những nơi chất lượng nước ngầm không đáp ứng với chất lượng mong đợi nước được phục hồi quay trở lại bằng cách dùng bơm để hút nước đi, hoặc là những đường tiêu nước dưới mặt đất, hoặc tiêu nước tự nhiên.

Constructed Wetlands

Kim Garcia, Donna King, Matt Kluvo,

Kendrick Wilson and Desale Zerai

http://www.hwr.arizona.edu/globe/support/wetlands

30 năm ghi nhận trong

xử lý nước toàn cầu

~ 500 dưới bề mặt hệ thống ở châu Âu

~ 600 hệ thống dòng chảy bề mặt ở Bắc Mỹ

Water Reuse

Cải tạo nước thải – nước cấp

Một nguồn nước thay thế cho thủy lợi

Công viên, mức trung bình, trường học và Sân Gôn

Xử lý nước

Nước thải thứ cấp

nước Rửa ngược từ Nhà máy xử lý nước thải

nước mưa chảy tràn

Ven sông

di cư của các loài chim

sản xuất vấn đề mới

Treatment Methods

Việc sử dụng đất như một bộ lọc để xử lý nước thải

(khắc phục bằng thực vật)

sử dụng cây trồng để tăng cường sự phân hủy các chất ô nhiễm có trong nước thải.

Soil-Aquifer Treatment (SAT)

sự lọc qua

sự hấp thụ

Mức độ Tiền xử lýChiều sâu mực nước ngầm và khoảng cách tới giếng khoan phục hồi

Lịch trình hoạt động của lưu vực thấm (ướt / khô thời kỳ)

Tổng nhu cầu oxy

Vấn đề phân hủy sinh học - hữu cơ phân hủy Carbon

Điều kiện Redox trong khu vực bão hòa

Total Oxygen Demand (TOD)

 Greatest Impacts of Pre-Treatment is on Total

Redox Conditions

– Through the regulation of the TOD of

the applied effluents

– TOD influences redox conditions in the

saturated zone

• If dissolved oxygen is removed during percolation

through the vadose zone, anoxic conditions are likely to develop in the saturated zone…”

• Again, Aerobic conditions can be maintained with

effluents that have low total oxygen demand

Dissolved Oxygen Content (DOC)

continuous reduction in DOC

• Changes in specific UV Absorbance indicate

continuing microbial transformations

• Limited by – amount of biodegradable organic carbon

• ANAMMOX – Ammonia Oxidation under anoxic conditions in

vadose zone converts ammonia to

– Wetlands Treatment

• SAT + Phytoremediation

• Much better removal

• Plants provide an abundant carbon source (CO2) for to promote degradation during infiltration

The use of plants to degrade a variety of

pollutants present in wastewater

Heavy Metals Trace metals Nutrients Organics Pathogens

Diagram courtesy USEPA Office of Solid Waste http://clu-in.org/download/citizens/citphyto.pdf

Phytoremediation Processes

Phytoextraction or Phytoconcentration

contaminant is concentrated in roots, stem and leaves

Phytodegradation breakdown of the contaminant molecule by

plant enzymes which act as to help catalyze

Rhizosphere Biodegradation

plant roots release nutrients to microorganisms which are active in biodegradation of the contaminant molecule

Volatilization transpiration of organics through leaves of

the plant

Stabilization plant converts the contaminant into a form

which is not bioavailable, or the plant prevents the spreading of a contaminant plume

Various Plant Types

Water Hyacinths Eichhornia crassipes Forage Kochia Kochia spp

Poplar Trees Populus spp Willow Trees Salix spp

Alfalfa Medicago sativa

Cattail Typha latifolia

Coontail Ceratophyllum demersvm L

Phytoremediation Effects

treatment with plants was

elimination of the disturbing smell

…”

c

BOD, COD

Releases

Sweetwater Wetlands

Sweetwater Wetlands

2 nd ary effluent

Filter Backwash

from RRWWTP

Sweetwater Wetlands

Constructed Wetland Design

Design Consideration

– SubSurface Flow Systems

• Common in Europe

– Surface Flow Systems

• More common in US/North

America

• Marsh-like

– Vertical Flow Systems

• New design used to overcome

oxygen depletion problem and boost nitrification

Tucson Electric Park Detention Basin

Wetland Design & Hydrology

- Basic understanding of environmental

factors, and their interactions is

important for the design and construction

of a wetland

- The wetland needs to be designed according to

- In addition design principles need to address

- hydraulic load rate

- residence time

- plant density

- inlet concentration C 0

- E.g One can roughly calculate the area needed for a domestic sewage using the

ff equation (Vymazal et.al, 1998)

A = Q d (lnC o – lnC t ) / K BOD

where A = area

Q d = ave flow (m 3 /day)

C o & C t = influent & effluent BOD (mg/L)

K BOD = 0.10

Constructed wetland types

- Typically a constructed wetland can

Mechanisms of waste removal

- Facultative ponds

- Floating aquatic plants

- Rooted plants

Cold water wetlands

- Increasing

- Major problems - ice formation

- and its effect on microbes and plants

Where? What, Wetland?

 Surface Flow

– best when large scale excess nutrient pollution problem – Farms+Fertilzer= algae blooms

– Eutrophication =no oxygen fo fish

– Mississippi Delta/Gulf of Mexico

– Decomposition

– Releases nutrients back into environment

 Vertical flow

– Safer and more effective at removing the more directly

harmful toxic trace metals

– can chose specific plants

– Can remove soil too

Vertical-Flow Treatment Wetlands

Plants & Soil

– Separate from Natural Environment

– Can remove Soil and Plants during

harvest time (iron lines)

Surface-Flow Treatment Wetlands

– Attempts to recreate a natural wetland – Water source is controlled

– More useful on large scale

– Effective when excess nutrients

– Trace metals remain in soil after harvest

(root to stem ratio)

How Aquatic Plants Remediate

Rhizosphere (toxic trace metals)

(N,P) into plant tissue

Habitat Creation

constructed wetlands provide

habitat for:

– Birds – Mammals – Reptiles and Amphibians – Crustaceans

– Fish

 Birds

– Variety of migratory and

non-migratory species

– Major food sources include

submerged plants, plant seeds, grasses, fish, aquatic invertebrates, and terrestrial invertebrates that inhabit reeds and willows.

– Since many birds are

migratory, the variety and number depends on the time

of year.

Birders at the Sweetwater Wetlands locating waterfowl http://www.azstarnet.com/dailystar/snmedia/18572

• Song sparrows

• Albert’s towhees

• Shore and wading birds

Red-winged blackbird at Sweetwater Wetlands

http://www.azstarnet.com/dailystar/snmedia/18572

Ethical Considerations

constructed wetlands

– Contribute feces, which adds to the

nutrient-rich water being treated

• Study at the Eastern Municipal Water District's Multipurpose Demonstration Wetland near Hemet, California showed that bird feces did not cause significant problems for wastewater treatment.

– Is it ethical to encourage rare birds to

inhabit contaminated water before it is completely treated?

– Otter, water vole, water shrew, mink,

rats, etc.

– In some constructed wetlands,

where previous conditions were not

conducive to mammals, the

distribution of wetland mammals is

very limited.

– In the Sweetwater Wetlands, only

mammals present are Arizona cotton

rats (Sigmodon arizonae) and pack

rats.

Muskrat in wetland habitat

http://www.mdc.mo.gov/landown/wetland/wetmng/18.htm

Detritus feeder along the bottom.

http://www.mesa.edu.au/friends/seashores/deposit_feeders.html

Potential Risks Involved

Mosquito Control

 Methods:

– Steep concrete slopes

– Deep bottoms

– Introduction of larvivorous fish

• Mosquitofish (Gambusia affinis)

– Very easily adaptable – Can cause other environmental problems by out

competing other fish species

– Non mosquito-conducive plants

– Mosquito-specific bacteria (Bacillus

thuringiensis and Bacillus sphaericus)

Mosquito Control at Sweetwater

Mosquito Control Methods

Wetlands

http://www.tucsonaudubon.org/birding/sweetwatermosquitoes.htm

Summary

dealt with using a combination of

mosquito control solutions.

endangered migratory bird species are important despite mosquito risk.