התפקיד הקריטי של בחירת הסובסטרט ב-Wetland Structure

משטחים מעוצבים הם מערכות אקולוגיות מונדסיות אשר רותמות תהליכים טבעיים לטיפול בשפכים ובמים סופניים, ההצלחה שלהם תלויה בשילוב זהה של צמחייה, הידרולוגיה ופעילות מיקרוביאלית, אבל הבסיס של המערכות האלה - הקרקע והמסובסטרט - לעתים קרובות מקבל תשומת לב מספקת.החומרים הפיזיים, הכימיים והביולוגיים של המצע באופן ישיר קובעים יעילות, ביצועים הידראוליים, וקיימות ארוכת טווח, המסוגלת לבחון את החומרים המשתנים, או את המשתנים, כיצד יכולת הבחירה הבסיסית של מערכת ההפעלה, או הפחתתה, או הפחתתה, או הפחתתה, או הקיבולת של המערכת.

משטחים בנוי מסווגים בעיקר כמשטח מים חינם (FWS) או תת-קרקעית זרימה (SSF) מערכות, עם SSF מחולק עוד לתוך עיצובים אופקיים אנכיים זרימה. כל תצורה מטילה דרישות נפרדות על תת-קרקעית.ב FWS רטובים, תת-התמיכה המצע בנוי צמחים מתהווה ומספקת אזור מיקרו-עשיר בממשק המים של SSF רטוב, התת-סטריט הוא אמצעי למהנדסי חיוני עבור תאים סביבתיים, ולכן הוא מחפש טיפול כימי, ולכן הוא גורם מרכזי, מחפש תאים סביבתיים, ולכן הוא גורם מרכזי, מחפש טיפול כימי, מחפש תאים.

מכניזם של השפעה אקסטנטית על ידי Substrate

המצע עושה הרבה יותר מאשר שורשים צמחיים עוגן.זה הממטריקס הפיזי שבו רוב תהליכי הטיפול מתרחשים.מנגנוני הסרת המפתח תלויים בסוג תת-קרקעי כוללים סינון, תחכום, משקעים, החלפת יון, וטרנספורמציה מיקרוביאלית.כל מנגנון מושפעת מההתפלגות גודל החלקיקים של תת-סטריט, פורוזיות, כימיה פני השטח, תוכן אורגני.

הפליטה הגופנית וההסתה

קוארזה תת-סטריטים כגון חרק וחול ביעילות מסנן מוצקות מושעה ומזהמים בשפע חלקיקים. חלקיקי מלכודות חללים כמים עוברים, צמצום ההפרעות ומונע זיהום במורד הזרם.עם זאת, חומר דק יתר יכול להוביל לכריתת, במיוחד בתאים עשירים אורגניים.

⁇ כימיקלים ו-Ion Exchange

צוללות עם יכולת החלפת גבוהה (CEC), כגון אדמה עשירה בחימר או אמצעי מלאכותי מסוימים, יכול להסיר מתכות כבדות וחומרים מזינים באמצעות מודעות. הסרת Phosphorus, למשל, תלוי מאוד ביכולת של תת-קרקעית לקשור סטיות. pstrate חומרים כגון אבן גיר או מרל יכול precipitate phosphorus כמו insolle סידן, כמו גם zetent solites שטח.

פיתוח biofilm

תת-קרקעי מספק את שטח פני השטח עבור ההחזקה של biofilms אשר מקטין חומר אורגני, חנקן, ומזהמים אחרים. a substrate עם יחס שטח שטח גבוה שטח-לכול, כגון לבנים מוסקסים או מדיה קרמיקה, תומך בקהילות מיקרוביאליות צפופות יותר.עם זאת, גודל pore חייב להיות גדול מספיק כדי למנוע biofilm מ clogging מערכת. A איזון בין שטח והתנהגויות הידראוליות הוא הראה מגוון רחב יותר.

סוגים של סובסטרטים ויישומים שלהם

מגוון רחב של חומרים טבעיים ו מלאכותיים משמשים ברטבים בנוי.הבחירה תלויה בזמינות, עלות, מטרות טיפול, תנאים סביבתיים מקומיים. להלן היא בדיקה מפורטת של קטגוריות תת-קרקעיות הנפוצות ביותר ואת המאפיינים הביצועים שלהם.

קבר וחול

גרייבל וחול הם התת-סטריטים המסורתיים ביותר עבור זרימת תת-קרקעית בנוי רטובות.הסיכוי הגבוה שלהם מבטיח מוליכות הידראולית טובה, והם יחסית לא רצוי מבחינה כימית.מדת ברמה גבוהה (בדרך כלל 5-20 מ"מ קוטר) מספק מבנה יציב ומונעת מערוץ של שבבים קצרים או חסימתם, עם גדלים חלקיקים בין 0.05 ל 2 מ"מ, מציעה שטח משטח גדול יותר אך יכולת נמוכה יותר, אשר גורם למחזוריות נמוכה יותר עבור תאים כגון מחזוריים או מגבלות אוויריות נמוכה יותר, אשר עלולים כגון אלה הוא יכול להיות מתאים.

שיקולים עבור Gravel ו-Sand

  • (ב) התפלגות גודל חלקיקים:0) התפלגות גודל חלקיקים: 1FLT 1 אחיד או מדורג היטב? חצץ מצמצם את clogging אבל מציע פחות סינון חול מודרג לוכד יותר חלקיקים אבל מקטין התנהגות הידראולית.
  • (FLT:0)Porosity:FLT:1 בדרך כלל 30-45% עבור קבר, 25-35% עבור חול.
  • (FLT:0) שימורים: 1FLT) מסננים חול עשויים לדרוש משטח מחזורי ריצוף כדי למנוע ביו-קלוט מיטות יכול להיות מלוטש אבל גישה מוגבלת.

אורגני Soils (Peat, Compost, and Topsoil)

אדמה אורגנית עשירה בחומרים חמימים ומספקת חומרים מזינים בשפע לצמיחה מיקרוביאלית.הם משמשים לעתים קרובות במשטח מים חינם משטח רטובים ובשכבת העליון של מערכות זרימה אנכיות לתמוך צמחייה עולה. Peat mos שומרת לחות ומציעה יכולת ספיגה גבוהה עבור אבקות אורגניות ומתכות.אבל, תת-שכבות אורגניות מתרוקנות לאורך זמן, שחרור חומרים מזינים והפחתה מוקדמת של ביצועים בגיל 5 יכול להיות יעיל של חומר ניקוי אורגני, במיוחד אם הוא לא יכול להיות גבוה יותר מדי זמן, אבל לא מתאים.

מתי להשתמש ב-Oric Substrates

  • לטיפול במי פסולת אורגניים גבוהים, שבו צמיחה מיקרוביאלית היא הרצויה.
  • במערכות רטובות המיועדות לשיקום בתי גידול, שם מתמחים תנאי הקרקע הטבעיים.
  • כאשר הסרת זרחן אינה המטרה העיקרית, שכן הקרקע האורגניות יש יכולת משיכה מוגבלת עבור זרחן.

מדיה מלאכותית ומשתנה

תת-סטריטים מהנדס הם צובר פופולריות עבור התכונות המותאמות שלהם.דוגמאות כוללות לבנים מוסקים, מרחיבים את החיצרים (למשל, LECA), צ'יפס צמיגים, מדיה פלסטית, ו ביושר.חומרים אלה יכולים להיות אופטימיזציה עבור מטרות טיפול ספציפיות, כגון סטיות זרחן גבוה (למשל, slag, חול מכוס ברזל) או שיפור detrification (למשל, אספקת חשמל יקר יותר עבור מדיה).

נבחר מדיה מלאכותית ותפקודם

  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0)Expanded חימר:FLT:1 Light Weight ו- ⁇ , מספק תמיכה ביופיל מעולה.
  • (FLT:0)Biochar:FLT:1 המיוצר מביומסה, ביוכריז יש תוכן פחמן גבוה ותכונות רפידות חזקות עבור מתכות כבדות ומזהמים אורגניים.הוא גם משפר פעילות מיקרוביאלית ותפיסת פחמן.
  • (FLT:0)Steel slag:FLT:1 A תוצר של ייצור פלדה, slag הוא יעיל מאוד עבור הסרת זרחן בשל התוכן תחמוצת הסידן שלה, אבל ה- pH הגבוה שלה צריך להיות במעקב כפי שהוא יכול להשפיע על צמיחה צמחית.

השפעה של סובסטריט על ביצועים hydrulic

מוליכות הידרוקולית היא הנכס הפיזי הקריטי ביותר השולט במים זורמים דרך תת-המצע. זה מושפע בגודל חלקיקים, צורה, צפיפות אריזה, ואת מידת הקומפקטיות.עם הזמן, צמיחה ביופילמה, חדירה שורש, והצטברות של קנסות יכול להפחית את ההתנהגויות, המוביל למים על פני השטח להרהר ב SSF רטובות.תופעה זו, המכונה clogging, היא גורם עיקרי של כשל תפעולי.

קוארזה תת-שכבות עם תיעוב גבוה (למשל, 20-30 מ"מ חמורל) מציג התנגדות ראשונית נמוכה יותר לכריתת מים, אך עשוי לאפשר קיצור של זרימת מים אם גודל חלקיקים הוא מדי. פינקל תת-שכבות, כגון חול, הם יותר נטייה לכריתת שיער אבל ניתן לנהל עם עומס לסירוגין ומנוחה תקופות.

אסטרטגיות ל- Mitigate Clogging

  • השתמש substrates כיתה עם שבריר קטנה של חלקיקים בסדר.
  • יישום או או ventilation כפוי כדי לשמור על ביוסרטים אירוביים שמטמים מוצקים.
  • עיצוב לשטף תקופתי או שטיפת גב של המיטה התת-סטרית.
  • גידול שורש יכול ליצור מקרופוורסים ששומרים על מוליכות הידראולית.

השפעה על גידול צמחים ו Rhizosphere

צמחים ברטבים בנוי לשרת מספר פונקציות: הם מספקים חמצן ל rhizosphere באמצעות שורש aerenchyma, לקחת חומרים מזינים, ולייצב את המצע.סוג substrate משפיע על חדירה שורש, זמינות תזונתית, ו vigor צמחי. in Gravel substrates, רמות תזונתיות הן נמוכות, כך צמחים להסתמך על חומרים מזינים פסולת ועלולים להיות משלים במהלך הפרידה אורגנית כדי למנוע נזקיבית.

עבור מינים מקרופיטים בולטים כגון pragmites australis (common reed) ו Typha spp. (cattails), תת-קרקעית המאפשרת לעגן שורש והחלפת חמצן הוא חיוני. סנדי loams או loams עם תוכן אורגני מתון לעתים קרובות מניב את הצמיחה הצמחית הטובה ביותר.

דרישות עבור מטרות טיפול ספציפיות

רטובות בנויות נועדו לעתים קרובות לכוון אבקות ספציפיות: חנקן, זרחן, מתכות כבדות, תרכובות אורגניות, או פתוגנים.הבחירה התת-סטרית חייבת להתאים את המטרות האלה.

Nitrogen Removal

הסרת Nitrogen מתקדמת באמצעות nitrification (אירובי) ו denitrification (anoxic) ורטיציל זרמים זורמים ורטיציליים משנים אזורי אווירוביים ו anoxic, ומחכים עם דיפרנציות חמצן גבוהות (למשל, coarse Gravel או לבנה), לקדם nitrification. for denitrification, substrates אורגניים כגון מאחזים או aventuredbnance 70%.

Phosphorus Removal

הסרת Phosphorus היא בעיקר באמצעות מצעים ומשקעים, שכן עלייה ביולוגית מוגבלת. substrates עשיר בסידן, ברזל, או אלומיניום הם היעיל ביותר.מסננים של פלדה הוכיחו יעילות של phosphorus להסרת יעילות מעל 95% בניסויים טייסים, אבל ה- pH הגבוה שלהם (10-12 יכול להיות מזיק למפעלים ועשוי לדרוש התאמות לאחר טיפול.

מתכת כבדה ו-Cretaminants

מתכות כבדות כגוןעופרת, נחושת, אבץ מוסרים באמצעות sorption ומשקעים. substrates עם תוכן חומר אורגני גבוה, כגון אפונה, ביעילות כוויות מתכת. biochar ו zeolites הם מבטיחים במיוחד להסרת טווח של מתכות, כולל קדמיום ניקל, באמצעות חילופי יון ומורכבות פני השטח.

מחקרים מצביעים על ביצועים סובכים

כמה פרויקטים מלאים בנוי רטובים מדגימים את החשיבות של בחירה תת-קרקעית בארצות הברית, אראטה מארש וחיות בר מקלט בקליפורניה משתמשת בשילוב של קברל וחול substrates במשטח המים החופשי שלה, השגת סטנדרטים משניים לטיפול עבור עיר של 17,000 אנשים.הבחירה substrate תומך צמיחה מקרופילית חזקה ומספק שטח רב לפיתוח ביופיל.

באירופה, זרימה אנכית שנבנתה רטובות לטיפול פסולת כפרי בדרך כלל להשתמש substrates שכבתי: שכבת העליון של 20-30 ס"מ של חול או חמור קנס על שכבת ניקוז של קבר coarse. עיצוב זה השיג 90% של הביקוש חמצן ביוכימי (BOD) ומדכא מוצקות, עם שיעורי כרית נמוך מעל עשור של ניתוח.

באקלים טרופי, כגון בתאילנד וברזיל, תת-שכבות בשילוב מקומי זמין מאוחר יותר או pumice נבדקו.מאוחר יותרite (קרקע עשירה ברזל) הפגינו יכולת ראייה גבוהה זרחן ותמיכה צמיחה בריאה של Cyperus papyrus. A מחקר שפורסם בכתב העת FLT:0Falphationalological EngineeringLTF:2F:2Falcioal: 80%

שיטות הטובות ביותר עבור בחירה ותחזוקה

בהתבסס על מחקר נוכחי ונתונים תפעוליים, שיטות העבודה הטובות ביותר הבאות יכולות להנחות את בחירת המצע:

  • לבצע ניתוח מעמיק של מטעני מטרה, טעינה הידראולית ותנאי האתר לפני בחירת תת-סטריט.
  • השתמש בשילוב של חומרים כאשר קיימים מטרות טיפול מרובות - למשל, אזור תגובתי של slag או ביוכריז מוטבע במריצה חמורה.
  • להבטיח את הנפיחות נאותה: תיעוב עיצוב צריך להיות לפחות 30% כדי להימנע מהדבקה מוקדמת.
  • עבור SSF רטובלנד, השתמש בחצץ אחיד (5-20 מ"מ) עבור זרימה אופקית וחומרים מדורגים עבור זרימה אנכית.
  • שקול את היציבות ארוכת הטווח של תת-הטווח: להימנע מחומרים שעלולים לפגוע או לשחרר את המזונאים לאורך זמן.
  • כולל תוכנית גישה לתחזוקה: כמה תת-שכבות ניתן לשטוף או לפרק; אחרים דורשים תחליף מוחלט לאחר 10-20 שנים.
  • מעקב אחר ביצועים תת-התחול לאורך זמן: דגימת הליבה המחזורית יכולה לחשוף אזורי אחסון ושינויים בפעילות מיקרוביאלית.

מגמות וחדשנות עתידיים ב- Substrate Technology

המחקר דוחף את הגבולות של פונקציונליות תת-קרקעית.אזור מבטיח אחד הוא השימוש ביוכריז כתיקון תת-קרקעי. Biochar לא רק מסירים אתמזהמים, אלא גם משפר את פליטת הפחמן ומפחית פליטות גזי החממה ממערכות רטובות.חדשנות נוספת היא שילוב של ברזל אפס-ערך (ZVI) חלקיקים לתוך תערובת תת-מעורבת לכדי להסיר כלור פתרונות וחנקן של חומרים מטבוליים, כמו גם מטבוליים.

בתחום הטיפול במים הסוערים, תת-שכבות המחקות פרופילי אדמה טבעיים עם שכבות ממונדס מפותחות כדי להתמודד עם גמישות גבוהה של זרימה וספיציונות מזוהמים.הסוכנות להגנת הסביבה של ארה"ב (EPA) פרסמה הדרכה על ⁇ :0reaFLT:1constructed רטובה קרקע עיצוב:2cioph 3, אשר מדגישה את המצע להשגה של דרישות מים אמינות, כמו גם דרישות תקנים מתקדמים יותר, כמו גם עבור עלויות רגולטוריות.

מסקנה

תת-התחסין אינה רק חומר ממלא ברוטלנד הבנויה – זהו היסוד הנדסי המכתיב ביצועי הטיפול, יושרה הידראולית ותוחלת החיים של המערכת. מחצץ וחול ועד ל- biochar ו- Steel slag, כל חומר מביא יתרונות ומגבלות ברורים.מהנדסים חייבים להעריך את הניתוח הפיזי, הכימי והביולוגי של תת-שכבות בהקשר של תנאים ספציפיים לאתר ומטרות.