Comprendere le foreste costrutte per il trattamento delle acque grigie residenziali

La scarsità di acqua è una sfida globale crescente, spingendo i proprietari di case, costruttori e responsabili politici a esplorare soluzioni di gestione decentralizzate e sostenibili dell'acqua. Tra queste, le zone umide costruite per il trattamento delle acque grigie si distinguono come un approccio naturale, a bassa energia e ecologicamente vantaggioso.

Un impianto costruito per la bagnatura è un sistema progettato per filtrare, assorbire e abbattere i contaminanti utilizzando una combinazione di suolo, ghiaia, sabbia e impianti di bagnatura appositamente selezionati.

Questo articolo fornisce un'occhiata approfondita a come le zone umide costruite funzionano, i loro vantaggi e limitazioni, considerazioni di progettazione, selezione delle piante, requisiti di manutenzione e come si confrontano con altre opzioni di trattamento delle acque grigie.

Come costruito Wetlands Trattare Greywater

Le zone umide costruite trattano l'acqua grigia attraverso una combinazione di filtrazione fisica, sedimentazione, adsorbimento e degradazione biologica.

  • Filtrazione fisica: Poiché l'acqua grigia scorre attraverso la ghiaia e gli strati di sabbia, particelle più grandi come lint, capelli, scarti alimentari e schiuma di sapone sono intrappolati. Il mezzo filtrante fornisce anche l'area superficiale per l'attaccamento microbico.
  • Dimensione:[ I solidi più pesanti si stabiliscono nella parte inferiore del bacino o in un serbatoio di pre-fissazione (spesso chiamato una vasca settica o una trappola del grasso) prima che l'acqua entri nella zona umida.
  • assorbimento:[[] Le cationi e le molecole organiche aderiscono alle particelle del suolo e alle superfici delle radici vegetali, riducendo le concentrazioni inquinanti.
  • Degradazione microbica:[ batteri aerobici e anaerobici che vivono sulle radici vegetali e all'interno della gravel rompere la materia organica, nutrienti (nitroge e fosforo), e patogeni.
  • Apprendere il piano:[ Le piante umide assorbono i nutrienti (soprattutto azoto e fosforo) e alcuni contaminanti di traccia, incorporandoli nella loro biomassa, forniscono anche habitat per i microrganismi e aiutano a isolare il sistema in inverno.

L'efficienza complessiva del trattamento dipende dalla progettazione del sistema, dal tasso di carico idraulico, dalle specie vegetali, dal clima e dalla qualità dell'acqua grigia in entrata. I sistemi ben progettati raggiungono l'80-95% di rimozione della domanda di ossigeno biochimico (BOD), dai solidi sospesi totali (TSS), e dagli agenti patogeni, con significative riduzioni di nutrienti e tensioattivi.

Tipi di terreni edificati per uso residenziale

Due tipi principali di zone umide costruite sono utilizzate per il trattamento delle acque grigie: zone umide libere (FWS) e zone umide (SSF), con vantaggi e compromessi distinti.

Superficie dell'acqua libera (FWS) Wetlands

In una zona umida di FWS, l'acqua scorre sopra la superficie del suolo, tipicamente a profondità di 10-30 cm (4-12 pollici). Le piante emergenti come le coppe, i ricci e le canne crescono con le loro radici nel sedimento e si sviluppano sopra l'acqua. Questi sistemi imitano le paludi naturali da vicino e forniscono un habitat naturale eccellente. Tuttavia, sono meno comuni per l'acqua grigia residenziale a causa di maggiori esigenze di terra, perdite di evaporazione più elevate, e il potenziale di coltivazione

Flusso di sottosuolo (SSF) Wetlands

In una zona umida del SSF, l'acqua grigia scorre orizzontalmente o verticalmente attraverso un mezzo poroso (gravel, sabbia o altri mezzi), rimanendo sotto la superficie. Il livello dell'acqua viene mantenuto o sotto la parte superiore dei media, eliminando il contatto diretto dell'uomo e riducendo gli odori e le emissioni di zanzare.

  • Horizontal Subsurface Flow (HSSF): L'acqua entra in un'estremità e scorre orizzontalmente attraverso il letto di ghiaia, alla fine uscendo dall'altra estremità. Questo design è semplice ma richiede un'attenta dimensionamento per evitare cortocircuiti. È efficace per la rimozione BOD e TSS ma meno efficiente per la rimozione di azoto a meno che non utilizzato in serie con altri stadi.
  • Vertical Subsurface Flow (VSSF): Greywater è dosato intermittentemente sulla parte superiore del letto e percola verticalmente verso il basso attraverso i supporti strati. Questo comporta un migliore trasferimento di ossigeno, supportando più attività microbiche aerobiche e ottenendo livelli più elevati di rimozione di azoto e riduzione patogena.
  • Sistemi ibridi:[[ Molti progetti residenziali combinano fasi di flusso orizzontali e verticali o integrano un serbatoio di settling preliminare (serbatoio settico o trappola del grasso) seguito da una zona umida SSF. Alcuni sistemi avanzati incorporano anche un filtro a ghiaia ricircolante o un passo di lucidatura finale come un filtro sabbia o una disinfezione UV.

Per la maggior parte delle case monofamiliari, una superficie di dimensioni adeguate costruita bagnato (sia HSSF che VSSF) combinata con un serbatoio di fissaggio è sufficiente per trattare l'acqua grigia per il riutilizzo non potabile come l'irrigazione del paesaggio.

Considerazioni chiave per i sistemi residenziali

La progettazione di una zona umida costruita per l'acqua grigia richiede un'attenta pianificazione per garantire un trattamento efficace, una longevità e una sicurezza.

Volume e qualità dell'acqua grigia

La produzione giornaliera di acqua grigia stimata (di solito 50-150 litri per persona al giorno, a seconda delle abitudini e degli apparecchi). L'acqua grigia della cucina contiene spesso grassi e solidi alimentari più elevati, così tanti disegni escludono lavello o richiedono una trappola per grasso. L'acqua del bagno e della lavanderia è generalmente più facile da trattare.

Sizing the Wetland

L'area di superficie della zona umida è determinata dalla velocità di carico idraulico (HLR) e dalla velocità di carico organico (OLR). I valori comuni delle HLR per le zone umide SSF variano da 20 a 50 litri al giorno (L/m2/giorno). Per una famiglia di quattro persone che genera 400 L/giorno di acqua grigia, sarebbe necessaria una zona umida di 8-20 m2.

Selezione media

I mezzi di filtraggio dovrebbero fornire una adeguata porosità, superficie e stabilità strutturale. Le scelte comuni includono ghiaia di fiume lavato (5-20 mm di diametro) per il letto principale, con uno strato di ghiaia grossolana (20-40 mm) nelle zone di ingresso e di uscita per aiutare la distribuzione. Alcuni progettisti aggiungono strati di sabbia in cima per una distribuzione uniforme di sistemi di flusso verticale.

Selezione delle specie vegetali

Scegli piante che sono autoctone dell'ecoregione locale o ben adattate alle condizioni della zona umida. Le specie più comuni per le zone umide costruite includono:

  • Cattails[] ([]Typha spp.): Eccellente per l'assorbimento dei nutrienti e fornire solidi sistemi di root, possono essere invasivi in alcune aree, quindi contengono all'interno della zona umida.
  • Bulrushes[] ([]Schoenoplectus[ spp.): radici profonde, buone prestazioni di stagione e aspetto attraente.
  • Reeds[] ([[]]Phragmites australis[[]]): Comune in sistemi europei; altamente efficiente ma considerato invasivo in Nord America.
  • Iris[] [[[]Iris pseudacorus[[]]]]: Ornamentale ed efficace nella rimozione dei nutrienti, ma cautela: può essere invasiva.
  • Regola] [[[]Juncus[ spp.]]]: Tollerante dei livelli di acqua fluttuante, buono per i letti di flusso verticali.
  • Straw sedge[[] ([]Carex spp.): bassa crescita, buona per le zone umide più piccole.

La densità di impianto di 3-5 piante per metro quadrato è tipica. Un mix diversificato di specie migliora la resilienza e le prestazioni durante tutto l'anno. Nei climi freddi, scegliere le piante che muoiono di nuovo in inverno ma hanno rizomi robusti che sopravvivono al congelamento, assicurando che il sistema rimanga attivo anche quando la crescita del terreno è dormiente.

Liner e Contenimento

Le zone umide costrutte devono essere allineate per prevenire la contaminazione delle acque sotterranee e per mantenere i livelli di acqua. Utilizzare una fodera in polietilene ad alta densità (HDPE) o una base di cemento armato. Il liner dovrebbe essere protetto dalle punture da uno strato geotessile sotto e sopra.

Strutture di ingresso e uscita

La distribuzione dell'acqua all'ingresso dovrebbe essere anche attraverso la larghezza della zona umida per evitare la canalizzazione. Utilizzare un tubo perforato o una scatola di weir. La presa dovrebbe essere regolabile per controllare la profondità dell'acqua nel letto. Un sump di uscita con una pompa o un flusso di gravità a un serbatoio di stoccaggio o sistema di irrigazione è tipico.

Protezione del clima e del congelamento

Nelle regioni in cui le temperature scendono sotto il congelamento, le zone umide a flusso subsuperficiale sono meno soggette alla formazione del ghiaccio perché l'acqua è sotto la superficie. Tuttavia, i tubi di distribuzione e le strutture di uscita hanno ancora bisogno di isolamento. I tubi di bloccaggio sotto la linea di gelo, utilizzando il nastro di calore, o progettando il sistema da drenare durante il freddo estremo sono opzioni.

Requisiti di manutenzione e best practice

La manutenzione ordinaria è essenziale per mantenere un funzionamento efficiente delle zone umide costruite. Le seguenti attività sono tipiche per i sistemi residenziali:

  • Settimana:[] Controllare il livello dell'acqua e la distribuzione del flusso. Rimuovere qualsiasi detrito galleggiante, foglie cadute, o eccessiva litter vegetale dalla superficie.
  • Molto:[] Ispezionare le strutture di ingresso e di uscita per intasamento. Pulire il serbatoio di fissaggio o la trappola del grasso come necessario (solitamente ogni 3-6 mesi).
  • Stagionevolmente:[] In primavera, tagliare gambi di piante morte (permettete alcuni per habitat della fauna selvatica, ma rimuovete l'eccesso).
  • Infine:[] Controllare l'integrità del liner, ispezionare tubi e raccordi, e testare la qualità effluente (turbidità, pH, agenti patogeni) se il riutilizzo è destinato a lavaggio del water o altri usi a contatto più elevato.
  • Ogni 5-10 anni:[] Il letto a terra umida può avere bisogno di sostituzione parziale dei media se l'intasamento riduce la permeabilità.

Le esigenze di manutenzione sono relativamente basse rispetto ai sistemi di trattamento convenzionali, ma non sono zero. I proprietari dovrebbero essere istruiti su abitudini di acqua grigia adeguate: evitare di disporre di sostanze chimiche dure, vernici, solventi o oggetti non biodegradabili negli scarichi (scarico e detergenti antibatterici dovrebbero essere minimizzati).

Vantaggi Oltre il riciclaggio di acqua

Le zone umide costruite offrono una gamma di co-benefici che li rendono attraenti per i proprietari di case eco-coscienti:

  • Miglioramento della biodiversità:[ Anche le piccole zone umide attirano uccelli, anfibi, insetti benefici e impollinatori, creando microhabitat in paesaggi suburbani o urbani che potrebbero altrimenti essere sterili.
  • Gestione acque reflue:[ Il bacino della zona umida può anche catturare e trattare il deflusso delle acque piovane da tetti e vialetti, riducendo il rischio di inondazione e ricaricando le acque sotterranee.
  • Istruzione e Estetica:[[] Una zona umida ben progettata può essere una bella caratteristica giardino, fornendo una classe vivente per bambini e vicini. Il suono di acqua ingannevole e la vista di canne e fiori aggiungono valore sensoriale.
  • Carburo Ridotto:[ A differenza dei sistemi di aerazione ad alta intensità energetica, le zone umide costruite funzionano sulla gravità e sull'energia solare, con requisiti minimi di energia elettrica (solo pompe se necessario).
  • Compliance with Green Building Standards:[ Molti programmi di certificazione per edifici verdi (LEED, Living Building Challenge, ecc.) punti di riconoscimento per il riutilizzo delle acque grigie e le zone umide costruite.

Sfide e come superare

Nonostante i loro vantaggi, le zone umide costruite non sono adatte per ogni sito. Le principali sfide e soluzioni includono:

Requisiti di spazio

Le zone umide SSF richiedono circa 3-5 metri quadrati per persona per il trattamento completo. Su un piccolo lotto urbano, questo può essere un vincolo. Le soluzioni includono l'utilizzo di un sistema di flusso verticale più compatto o l'integrazione della zona umida in un cortile, giardino o anche un cortile abbronzato. Alcuni proprietari di casa installano un letto rialzato bagnato su una terrazza sul tetto o balcone (con un adeguato supporto strutturale).

Arredo regolatore

Molti giurisdizioni hanno severe normative sul riutilizzo delle acque grigie, soprattutto per il riutilizzo indoor. Alcuni richiedono permessi, ispezione e design professionale. Ricercare le leggi locali prima della costruzione. Il programma WaterSense [[[] offre indicazioni sui sistemi di riutilizzo dell'acqua approvati. In alcune aree, le zone umide costruite sono classificate come sistemi di trattamento alternativo delle acque reflue e devono soddisfare standard specifici.

Odore e zanzare

Per i sistemi FWS, mantenere un flusso d'acqua costante (senza zone stagnanti), introdurre pesci mangianti di zanzare (Gambusia), o utilizzare larvicidi biologici. Un sistema SSF adeguatamente progettato dovrebbe essere inodore se il serbatoio di allestimento è mantenuto e la zona umida non è sovraccaricata.

Congelamento e Prestazioni Stagionali

Come accennato, il design della subsuperficie mitiga il congelamento. Nei climi freddi, le prestazioni possono cadere in inverno a causa di una ridotta attività microbica, ma il sistema fornisce ancora la filtrazione fisica. Alcuni proprietari di casa aggiungono una piccola pompa di ricircolo o un elemento riscaldante nel serbatoio di settling. In alternativa, progettare la zona umida per essere sovradimensionato per il flusso estivo e accettare una ridotta efficienza invernale.

Chiusura dei media

La chiusura è il più comune fallimento operativo, spesso a causa di un eccessivo carico di solidi o di una bassa conducibilità idraulica. Prevenire con un serbatoio di regolazione di dimensioni adeguate e limitando l'acqua grigia ad alto livello (ad esempio, da lavatrici con lint). Se si verifica l'intasamento, il riposo del letto per alcuni mesi o la sostituzione dello strato superiore dei media può ripristinare la funzione.

Studi sui casi: Successive implementazioni residenziali

Esempi reali illustrano la fattibilità delle zone umide costruite per l'acqua grigia residenziale:

  • EcoVillage, Ithaca, New York: Una comunità di cohousing a 30 case utilizza una serie di zone umide costruite (sia FWS che SSF) per trattare tutte le acque grigie combinate con l'acqua di tempesta. Il sistema opera dal 2002 con una coerente rimozione BOD >90%. La zona umida è anche una caratteristica di paesaggio centrale utilizzata per l'istruzione e la ricreazione.
  • Casa di famiglia di 4 persone ha installato una superficie verticale bagnata (10 m2) alimentata da doccia e lavandaia acque grigie. Dopo un serbatoio di raccolta, l'acqua scorre attraverso un letto di ghiaia piantato e in un serbatoio di stoccaggio utilizzato per l'irrigazione subsuperficiale di alberi di frutta e piante autoctone. Il sistema costa circa $3,000 in materiali di manutenzione (escluso l'orario di lavoro
  • Retrofit di Urban, Berlino, Germania: In un quartiere densamente costruito, un proprietario di casa ha costruito una piccola zona umida di SSF rialzata su un tetto piatto per trattare l'acqua grigia da un appartamento sopra un negozio. Il sistema utilizza un aggregato di argilla espansa leggera invece di ghiaia e tollera l'ombra parziale. L'acqua trattata viene riutilizzata per l'irrigazione di tetto di un tetto di un tetto verde fornito.

Questi casi dimostrano che con un design e un impegno adeguato, le zone umide costruite possono essere una soluzione affidabile, a bassa manutenzione e esteticamente piacevole per l'acqua grigia.

Integrazione delle zone umide costruite con altre strategie di risparmio idrico

Per la massima sostenibilità, combinare una zona umida costruita con la raccolta delle acque piovane, i dispositivi a basso flusso e la copertura antisiccità. La zona umida può ricevere acqua piovana dalle grondaie durante le stagioni umide, fornendo ulteriori diluzioni e trattamenti. L'acqua grigia trattata può essere immagazzinata in una cisterna per l'uso durante i periodi asciutti, riducendo ulteriormente la dipendenza dalle acque urbane e dai flussi di acqua.

I sistemi avanzati possono incorporare una zona umida costruita come parte di una macchina vivente, una serie di serbatoi aerobici e anaerobici che trattano tutte le acque reflue domestiche (incluse le acque nere) per il riutilizzo.

Considerazioni sui costi e periodo di rimborso

Il costo di una zona umida residenziale varia ampiamente in base alle dimensioni, alla complessità, al lavoro e alle normative locali. Una gamma tipica è di $ 2.000 a $ 8.000 per un'installazione fai da te (escluse le connessioni idraulico) e $ 5.000 a $15,000 per un sistema professionalmente progettato e installato. Questo costo può essere compensato da risparmi sulle bollette dell'acqua (a seconda dei tassi locali e del potenziale di riutilizzo), così come possibili riduzioni da regioni di siccità di reddito da anni verdi.

Ad esempio, una famiglia di quattro persone che utilizzano 200 galloni/giorno di acqua grigia per l'irrigazione può risparmiare fino a 40.000 litri di acqua potabile all'anno. Ad una velocità d'acqua di 0,01 dollari al galoppo, cioè 400 dollari all'anno, coprendo il costo del sistema in circa 10 anni.

Conclusione: Una scelta naturale, resiliente

Le zone umide costruite sono una tecnologia comprovata e a basso impatto per il trattamento delle acque grigie in ambienti residenziali. Convertono un flusso di rifiuti in una risorsa creando valore ecologico, riducendo l'uso di energia e abbassando le bollette dell'acqua. Sebbene richiedano un design premuroso, una quantità modesta di spazio e un mantenimento di routine, i benefici si estendono molto oltre la conservazione dell'acqua per la valorizzazione dell'habitat, la resilienza del clima e il benessere della comunità.

Poiché i codici edili e gli atteggiamenti si spostano verso la gestione decentralizzata dell'acqua, le zone umide costruite sono probabilmente una caratteristica standard delle case verdi.Per chiunque consideri un aggiornamento sostenibile, una zona umida grigia è un investimento nella salute sia della famiglia che del pianeta.

Per ulteriori informazioni e linee guida tecniche, consultare le risorse dell'Associazione Nazionale delle Acque Terrestri sulle zone umide costruite[[[] e ]] Il manuale di progettazione dettagliato della Penn State Extension[].