Význam rostlin v kořenových čistírnách

Kořenové čistírny odpadních vod (KČOV) jsou v podstatě mělké zemní filtry osázené mokřadní vegetací, která má v čistícím procesu nezanedbatelnou roli. Od vytváření vhodných podmínek pro pestrý bakteriální mechanismus, který probíhá uvnitř kořenových filtrů (KF) až po vytváření lokálního mikroklimatu, které významě podporuje teplotní bilanci KČOV.

Základní biologické procesy probíhající v KČOV

Bakteriální mechanismus : dochází při něm k odtsranění KL,BSK,N, TROL

suspedovanými bentickými a epifyt. bakteriemi ( bakt. Nitrifikace a denitrifikace)

Rostlinný metabolismus : působí jednak příjmem a využitím organických látek rostlinami, jednak toxikými látkami vylučovanými kořeny ( kořenovými exudáty ), rostliny působí na odbourávání těžce rozpustných organických látek, bakterií a virů.

Rostlinná adsorpce : působí na látky N, P, TK, T přímým příjmem rostlinami

Přirozený úhyn : dochází k úhynu virů a bakterií v důsledku nepříznivých podmínek

pro jejich vývoj

Ostatní procesy probíhající v KČOV

Fyzikální – sedimentace, filtrace, adsorpce, těkání

Chemické – srážení , adsorpce , rozklad

Z těchto mechanismů je naprosto rozhodující působení bakteriálního metabolismu. Bakterie zaplňují obrovskou vnitřní plochu povrchu substrátu a kořenového systému rostlin. Ve filtru se střídají zóny aerobního a anaerobního odbourávání. Anaerobní způsob odbourávání ve filtru převládá. Dle dlouhodobých pozoróvání doshuje KČOV přirozenou uhlíkovou bilanci až po několika letech provozu. Na konci filtru se někdy objevují i ty druhy mikroorganismů, které signalizují nedostatek biologicky přístupného N.
Výzkumy z dnešní doby ukazují, že KČOV jsou díky svému širokému záběru čistících procesů, které se navzájem podporují, schopny odbourávat i velmi specifické druhy znečištění jako např. těžké kovy, aniontové tenzidy, radioaktivní látky, běžně užívané léky, některé průmyslové odpadní vody, skládkové průsaky, dálniční splachy a mnohé další.

Mechanizmy uplatňující se při čištění odpadních vod v umělých mokřadech

Mechanismy

Účinek

Odstraňované látky

Způsob odstraňování

Fyzikální

Sedimentace

P

UNL

gravitační usazování

Fyzikální

Sedimentace

S

KL

gravitační usazování

Fyzikální

Sedimentace

V

BSK, N, P, TK, TROL, B+V

gravitační usazování

Fyzikální

Filtrace

S

UNL, KL

mechanická filtrace při průchodu odp.vody
zeminou a kořeny

Fyzikální

Adsorpce

S

KL

van der Waalsovy síly

Fyzikální

Těkání

S

N

těkání NH3 z odpadní vody

Chemické

Srážení

P

P,TK

srážení nerozp. sloučenin

Chemické

Adsorpce

P

P,TK

adsorbce na povrchu zemního materiálu a rostlin

Chemické

Adsorpce

S

TROL

 

Chemické

Rozklad

P

TROL, B+V

rozklad a změny méně stabilních látek působením UV záření,
oxidace a redukce

Biologické

bakteriální metabolismus *

P

KL, BSK, N, TROL

odstraňování uvedených látek suspendovanými
bentickými a epifitickými bakteriemi;
bakteriální nitrifikace/denitrifikace

Biologické

rostlinný metabolismus *

S

TROL, B+V

příjem a využití org.látek rostlinami;exkrety
kořenů mohou být toxické pro organizmy enterického původu

Biologické

rostlinná sorbce

S

N, P, TK, TROL

za určitých podmínek jsou významná množství
těchto látek přijímána rostlinami

Biologické

přirozený úhyn

P

B+V

přirozený úhyn organizmů v nevhodných
podmínkách

* Výraz metabolismus zahrnuje jak biosyntézu, tak katabolický rozklad
P- primární, S – sekundární, V – vedlejší, ++ UNL – usaditelné nerozpuštěné látky, KL –
koloidní látky, TK – těžké kovy,
TROL – těžce rozložitelné organické látky, B+V – bakterie a viry, N – dusík, P – fosfor

Druhy vhodných mokřadních rostlin

Pro kořenové čistírny se vybírají takové druhy rostlin, u nichž byla zjištěna schopnost vedení kyslíku až do kořenů a oddenků, kde je pak uvolňován do okolního substrátu. Řada helofytů ( emersních makrofytů ) se totiž vyznačuje tím, že jejich listy i stonky jsou prostoupeny aeronchymatickým ( vzdušným ) pletivem, které dokáže kyslík ze vzduchu, nebo kyslík vyrobený rostlinami při fotosyntéze transportovat vodivými dráhami v pletivech rostlin tak rychle, že může v plném rozsahu pokrýt dýchání kořenů též v anaerobním prostředí.
Téměr u všech helofytů lze prokázat tyto vzdušné prostory, vytvářející v celé rostlině systém větracích kanálů prostupující rostliny od listů až ke kořenům a oddenkům. Tím je v těsném okolí těchto části rostlin vytvořena tenká aerobní vrstva, která umožňuje existenci, metabolismus a rozmnožování aerobních baktérií. Tak se v substrátu vytváří mozaika aerobních a anerobních okrsků, v níž dochází k účinnému rozkladu organických látek, ale i dalším procesům jako denitrifikaci, při níž se dusík z anorganických sloučenin mění až na plynný dusík, který uniká do atmosféry. K plnému rozvinutí kořenového systému a plné účinnosti je zapotřebí cca 3 let.
Pro větší KČOV jsou nejvhodnější Rákos obecný (Phragmites australis), Chrastice rákosovitá (Phalaroides arundinacea), Orobinec úzkolistý (Typha angustifolia), Orobinec širokolistý (Typha latifolia), Skřípinec jezerní (Schoenoplectus lacustris), Zblochan vodní (Glyceria maxima), Sítina rozkladitá (Juncus effusus). Pro menší KČOV lze použít Kosatec žlutý (Iris pseudacorus), Šmel okolíkatý (Butomus umbellatus, Puškvorec obecný (Acorus calamus) a Kosatec různobarvý (Iris versicolor.

Provedené výzkumy úlohy rostlin v KČOV

1) Sledování evapotranspirace vegetace makrofyt a její vliv na bilanci vody ve filtračních kořenových polích - Miloš Rozkošný, VÚV T.G.M.,v.v.i. Brno, Michal Kriška, VUT FAST ÚVHK, Brno

Vodní bilance přírodního mokřadního systému

WPP + WPoP + SR – WET – WZ –WPO –WPoO – WINF = 0
WPP – povrchový přítok, WPoP – podpovrchový a podzemní přítok, SR – dešťové srážky, WET – evapotranspirace, WZ – voda ve filtračním prostředí, WPO – povrchový odtok, WPoO – podpovrchový a podzemní odtok, WINF- infiltrace

Metodyka prováděného měření

a) Měření na lyzimetrech osázených rákosem obecným, chrasticí rákosovitou a
orobincem širokolistým a na lyzimetrech bez vegetace (s volnou vodní hladinou)
- Lesonice – od r.2004; plocha lyzimetrů 1,3 x 0,75 m; hloubka 0,80 m
- Polygon VUT – od r.2005 plocha lyzimetrů 1,2 x 0,9 m; hloubka 0,50 m;
plocha lyzimetrů 1,8 x 1,4 m; hloubka 0,60 m

Pozorování růstu vegetace



30.5.2006 6.7.2006 17.8.2006

b) Metodika měření na lyzimetrech
- Měření během vegetačního období (duben – říjen)
- Měření srážkového úhrnu; měření dalších klimatických činitelů na meteostanici
- Měření změn hladiny na povrchu lyzimetrů; stálá vodní hladina; pravidelné dolévání vody (měření množství vody)

Tab. 1 Výpar v jednotlivých měsících v mm za den z porostů v roce 2006

Výpar [mm] - FAST VUT 2006

měsíc

M2-rákos 3 roky

M3-rákos 3 roky

M4-chrastice 1 rok

M5-rákos 1 rok

M6-volná hladina

V

4,1

2,8

3,8

5,0

2,7

VI

8,9

8,6

5,1

5,9

3,3

VII

15,0

15,0

7,9

9,5

2,7

VIII

8,6

9,6

4,9

5,2

3,7

IX

11,0

9,9

5,9

7,0

2,2

c) Měření na KČOV Dražovice u Vyškova
- Kontinuální měření hladiny na Thompsonových přelivech - výpočet průtoku -
rozdíl v hodnotě průtoku = výpar (předpoklad nulových ztrát průsakem)


- Plocha prvního kořenového pole – 1300 m2

Závěr a vyhodnocení

Výsledky šetření byly porovnány s vybranými dostupnými údaji některých našich autorů. Podle Čížkové et al. (2003) hodnoty evapotranspirace na velkých plochách dosahují 5 až 7 mm za den. Uvedený autorský kolektiv uvádí na malých lyzimetrech
plochy 1 m2 výpar až 13 mm za den.

Autoři doporučují počítat s hodnotou denní evapotranspirace 10 mm.

Hodnoty evapotranspirace uvedené v literatuře (Přibáň, 1998) se pohybují v rozmezí
1,4 – 11,4 mm za den pro rákos obecný a v rozmezí 3,2 – 5,7 mm za den pro orobinec.
Hodnoty evapotranspirace se významně liší i u jednotlivých typů námi používaných lyzimetrů. Porovnáme-li hodnoty z menšího typu lyzimetru v areálu FAST VUT v Brně zjistíme, že hodnoty evapotranspirace jsou u plošně menších typů lyzimetrů vyšší až několikanásobně, oproti lyzimetrům velikosti v řádu m2.
Podle předběžných výsledků je patrné, že hodnoty spočtené pro reálné filtrační kořenové pole osázené plně zapojeným porostem rákosu obecného, jsou nižší.
Průměrné hodnoty zjištěné naším výzkumem v letech 2004-2007 odpovídají hodnotám uvedeným výše, tj. v průměru 5-10 mm za den z plně zapojeného porostu makrofyt (rákos, orobinec, chrastice) během vegetačního období zhruba od května do září.
Využití v praxi:
- Bezodtoková kořenová vegetační čistírna
- Decentralizovaný systém kanalizace
- Efektivnější a ekologičtější hospodaření s vodou
- Vliv na místní bilanci vody (ovlivnění klimatu)
2) Měření přestupu kyslíku do filtračního prostředí prostřednictvím mokřadních

rostlin – Michal Kriška, VUT FAST ÚVHK, Brno

Možné přestupy kyslíku do čistícího procesu

• Vegetací

• Hladinou / povrchem

• Umělou aerací

• Pulsní plnění/prázdnění

• Kaskády aj.

- Kontinuální průběh koncentrací kyslíku bez mokřadních rostlin

- Denní průběh koncentrací kyslíku bez mokřadních rostlin

- Denní průběh teplot bez mokřadních rostlin

- Kontinuální průběh koncentrací kyslíku s osázením Rákosem obecným

- Denní průběh koncentrací kyslíku s osázením Rákosem obecným

- Kontinuální průběh teplot s osázením Rákosem obecným

- Kontinuální průběh teplot s osázením Rákosem obecným


- Kontinuální průběh koncentrací pH s osázením Rákosem obecným


- Kontinuální průběh vodivosti s osázením Chrastice Rákosovité