Zonele umede construite (ZUC) sunt folosite pentru epurarea biologica naturala a apelor uzate
menajere, a compostului şi levigatului de la depozitele de deşeuri, a deversărilor de la crescătorii/ferme, precum şi a apelor uzate industriale .Într-o ZUC, parametri constructivi hidrologici, geotehnici şi biologici care influenţează procesele în relaţie cu epurarea, pot fi modificaţi artificial, aceasta antrenând controlul anumitor procese, faţă de modul desfăşurării lor în natură .
Utilizarea ZUC este o soluție relativ simpla, ieftina și robusta pentru epurarea apelor uzate. Fata de statiile de
epurare mecano-biologice, ZUC au cheltuieli mult mai mici de investitie, operare și întreținere si aduc alte beneficii
suplimentare cum sunt toleranța la variatia de incarcare, usurinta in reutilizarea apei si reciclare, furnizarea de habitat pentru multe organisme și incadrare in peisajul natural, fara emisie de mirosuri si deseuri (namol) .
Astazi,cele mai utilizate sunt zonele umede construite cu descarcare verticala cu incarcare secventiala(ZUC-DV-IS),
pentru că elimina azotul amoniacal prin nitrificare si denitrificare completa . Apa este încărcată intermitent si este infiltrata în substrat, apoi se scurge treptat în jos pe verticală, unde este colectată la baza, printr-o retea de drenaj. Aerul reintră sistem la următoarea etapa de încărcare și se realizeaza o rata de transfer mare de oxigen . ZUC-DV-IS sunt, prin urmare, adecvate atunci când este necesare nitrificarea si alte procese strict aerobe.
DRAUZUC este un acvifer artificial împărțită în două zone, zona nesaturată sau zona vadoasa care este plină de buzunare de aer umplute cu puțină apă și zona saturată care are toate spațiile umplute cu apă. În zona saturata, presiunea apei este mai mare decât presiunea atmosferică. Masa de apă reprezintă un punct în care presiunea apei este egală cu presiunea atmosferică. Zona nesaturata apare pe masa de apă unde gradientul de presiune este negativ, iar apa care umple porii materialului este sub aspirație. În regiunea nesaturată, apa este menținută de o forță adezivă de suprafață și se ridică peste masa de apă prin acțiune capilară, pentru a satura zona mai mică deasupra zonei saturate printr-un proces numit tensiune de saturatie.
DRAUZUC realizeaza
1. Obtinerea unui regim hidric stagnant prin amplasarea in bazine
impermeabilizate cu membrana sau folie PVC sau PE.
Regimul hidric stagnant apare in mod natural în soluri argiloase (greu permeabile) din
regiuni umede, în conditii de relief (suprafete plane, depresiuni, baza versantilor) si care
favorizează stagnarea apei în exces, în partea lor superioară (uneori chiar până la
suprafată)aceaasta neafectand panza de apa freatica.
2. Cresterea componentului gazos al solului pana la 60 %
Componentul gazos al solului natural este reprezentat de aerul (gaze + vapori de apă)
aflat în porii acestuia. Detine între 15 şi 35% din volumul solului în functie de umiditate.
DRAUZUC realizeaza prin absortia de aer suplimentar obtinuta prin tuburile de absorie si
evacuare prin efectul natural cos de fum, o dublare a componentului gazos al solului .
După finalizarea drenajului, porii mari ai solului sunt umpluti atât cu apă cât şi cu aer, în
timp ce porii mici sunt încă plini cu apă. Treptat, apa înmagazinată în sol este preluată de către
rădăcinile plantelor sau se evaporă de la suprafata solului în atmosferă. Fără aport suplimentar
de apă solul se va usca progresiv. Solul contine o cantitate foarte redusă de apă (apa
higroscopică şi peliculară), care este legată (retinută) mai puternic, cu o fortă (peste 20
atmosfere), care o depăşeşte pe aceea de suctiune a plantelor (sub 20 atmosfere). Solul
natural inglobează apa peliculară mai slab legată şi apa capilară. Capacitatea de apă utilă
(disponibilă) depinde în mare măsură de textura şi structura solului. DRAUZUC prin folosirea
unui strat de pietris cu granulatie mare pe 75% din adancime adauga la aceasta capacitate ,
volumul golului dintre pietre care reprezinta peste 40 % din volumul pietrisului.
La nivel multianual evaporaţia pe teritoriul României variază între 300 mm/an şi 800 mm/an,
cu cele mai mari valori în partea de sud est a ţării şi în lunca Dunării (cu valori > 1000 mm/an),
în partea de vest şi în extremitatea sud vestică a ţării valorile ajung şi la peste 800 mm/an *)
DRAUZUC obtine prin remodelarea solului dar si datorita aportului de caldura adus de
apa uzata deversata si proceselor biologice exotermice ale microorganismelor din sol, valori ale
evapotranspiratiei 6 mm/zi (medie anuala) . Irigarea se efectueaza conform STAS 9450/88
referitoarea la indicatorii de analiză a apei pentru irigarea culturilor agricole nealimentare.
Astfel folosirea DRAUZUC corespunde cerintelor exprimate in comunicarea Administratiei
Nationale a Apelor romane anexata si nu impune alte avize si certificari necesare pentru
deversare in emisari naturali sau soluri permeabile ca in cazul foselor septice sau statiilor de
epurare traditionale.
Alimentarea cu apa uzata se face prin cadere libera, in timp ce amestecarea,
filtrarea , denisiparea este asigurată prin procese mecanice naturale cum sunt : ,,
efectul Coanda” , energia cinetica a canalizarii, curgerea turbionara a lichidelor in
corpuri cilindrice.
Aerarea se face prin ventilatie naturala folosindu-se efectul natural ,,cos de fum”.
Similar cu procesele din statiile de epurare mecano biologice adaosul de oxigen în
soluție favorizează multiplicarea bacteriilor aerobe și consumul de substanțe nutritive.
Populatia acestora este insa numeric mult mai mare si calitativ mult mai diversificata
si eficienta. Acest proces încurajează conversia azotului in nitriti și nitrati .Pentru a
îndepărta compuși ai fosforului din lichid, nu este necesara adăugarea de substante
chimice. Pe parcursul acestei etape nămolul format din bacteri si produse ale digestiei
acestora, este lăsat să se depună. Microorganismele aerobe continuă să se
înmulțească in partea superioara până când oxigenul dizolvat este consumat. In
partea de jos, datorita stratului de lichid permanent, se dezvolta microorganismele
anaerobe . Multe dintre acestea dar si o parte din cele aerobe care utilizeaza, azot
oxidat, în loc de oxigen, transformă nitritii si nitratii in gaz, sub formă de diazot .
Stabilizarea are loc in patul de pietris si are ca efect fixarea temporara a substatelor
solide in suspensie pana la digestia acestora .
Efluentul este absorbit de stratul de pamant vegetal si apoi de plantelele existente in
mod natural pe acesta.
Procesul este continuu si constă din:
Tratament mecanic in rezervor
La caderea apei uzate in rezervor, partea lichida patrunde in tubul filtru repartitor prin fante , si curge pe canalul de scurgere de la baza acestuia, repartizandu-se uniform in stratul de pietris, prin fantele situate in afara rezervorului. Corpurile organice cu dimensiuni peste latimea fantelor sunt retinute.
Tratament biologic in rezervor si in zona umeda construita
In rezervor, digestia anaerobă a materialelor biodegradabile alterneaza cu digestia aeroba, functie de variatia
fluxului de apa uzata si a incarcarii zonei umede construite. Aerarea se realizeza prin circulatia aerului intre tubul de absortie si tubul de evacuare dar si datorita fluxului de apa care patrunde in rezervor din zona umeda construita la atingerea nivelulul tubului filtru repartitor. Acest aflux imbogateste si continul de microorganisme aerobe, cu cele din zona umeda construita. In rezervor sunt retinute pana la transformarea in lichid prin biodigestie aeroba, fecalele si hartia. Datorita turbulentei generate de variatiile de nivel periodice intr-un spatiu cilidric baza, biodigestia este amplificata, timpul de lichefiere reducandu-se la cateva zile. In aceste conditii volumul necesar al rezervorului este de 5-10 ori mai redus decat cel al foselor septice sau statiilor de epurare traditionale.
In rezervor se realizeaza in faza anaeroba si denitrificare pentru eliminarea azotului gazos, dupa nitrificarea in zona umeda construita si faza anoxica a eliminarii fosforului . Aici are loc digestia aerobă a materialelor
biodegradabile de catre bio-media staționara existenta in sol care, datorita debitului variabil al apelor uzate si variatiilor de nivel in multistratrat, este scufundata și aerata in mod alternativ, la fiecare depasire a nivelului tubului filtru repartitor, de catre apa din interiorul rezervorului si iesirea acesteia in stratul de pietris si retragerea acesteia datorita absortiei prin capilaritate de catre stratul de sol naturali. Aerarea în interiorul stratului de pietris si in sol este intensificată atât de convecţia cauzată de mişcarea de infiltrare a apei prin mediul granular cât şi de difuzia aerului de la suprafaţa spre stratul de material granular, prin absorbţie in medii poroase. Are loc si nitrificarea amoniului (oxidare biologică)datoritabacteriilor chemoautotrofe dar si denifricarea la baza acestuia, prin microorganismele aerobeatunci când oxigenul dizolvat consuma azot oxidat în loc de oxigen, si prin microorganismeleanaerobe. Acestea transformă nitritii si nitratii in gaz, sub formă de diazot(N2). Datorita incarcaturii organice din sol si aerarii permanente are loc si eliminarea fosforului.
Tratament mecanic in zona umeda construita
ZUC epureaza apele si prin intermediul a doua procese de filtrare, şi anume:- filtrarea superficială a apei supuse tratamentului , prin care suspensiile solide dedimensiuni medii sunt înlăturate prin reţinere în porii patului de pietris, pana la dizolvareaportionata in efluent. Având în vedere că suspensiile solide reţinute sunt atât de origineminerală cât şi biologică, rezultă că prin procesul de filtrare superficială se elimină materialele in suspensie şi o parte semnificativă din încărcarea organică a apei supuse tratamentului;- filtrarea finala a apei supuse tratamentului, prin care suspensiile solide sunt înlăturate aproape in totalitate la depasirea de catre apa a nivelului membranei geotextile carenu permite decat trecerea apei curate. Biodegradarea si dezintegrarea compusilor organici si filtrarea, este continuata decătre microorganismele aerobe
din solul vegetal, activate si acestea de aerul absorbit.
Evapotranspiratia este un proces complex de transformare a apei în vapori
printr-o serie de procese fizice (evaporare în cazul fazei lichide si sublimare în cazul
zapezii si ghetii) si biologice (transpiratie).
Transformarea apei în vapori se produce la suprafata terenului, în teren (la
adâncimi reduse) si în învelisul vegetal (natural sau cultivat).
În zonele de câmpie cu climat arid cea mai mare parte a apei ajunsa sub
forma de precipitaitii la suprafata solului revine în repede in atmosfera sub forma de vapori.
Sansa ca apa din precipitaii sa ajunga în acvifere este favorizata de panta redusa a
suprafeei topografice, permeabilitatea mare a formaiunilor acoperitoare,
temperatura redusa a aerului (deasupra celei de înghet).
1.4.1. Evaporarea
Evaporarea poate afecta toate formele de apa lichida:
• apa meteorica din atmosfera, reinuta de învelisul vegetal si apa
cazuta pe suprafaa terenului;
• suprafetele de apa libera ale Oceanului Planetar, lacurilor si
cursurilor de apa;
• apa subterana din profilul de sol, din zona vadoasa, din zona
capilara si chiar din acviferele freatice situate la mica adâncime.
Procesul de evaporare consta în “desprinderea” moleculelor de la suprafaa
apei sau din terenul umed sub aciunea radiaiei solare si trecerea lor în stare de
vapori care revin în atmosfera. În toate cazurile, viteza de evaporare este influenata
de: puterea evaporanta a atmosferei, tipul suprafetei evaporante si aptitudinea
de alimentare a evaporarii.
Puterea evaporanta a atmosferei se refera la starea acesteia în vecinatatea
suprafetei evaporante si la capacitatea sa de a provoca evaporarea.
Factorii care determina puterea evaporanta sunt: deficitul de saturatie al
atmosferei, temperatura aerului si a apei, presiunea barometrica, chimismul apei,
altitudinea etc. Numai o determinare in situ poate sa tina seama, simultan, de toti
acesti factori.
Suprafetele umede evaporante sunt studiate din punct de vedere al
disponibilitailor de apa si al aptitudinii lor de a alimenta evaporarea. În acest sens, în
cercetarea hidrogeologica este interesanta evaporarea la suprafata unui teren lipsit
de vegetaie, precum si în condiiile unor stari de umiditate diferite:
• teren (sol) saturat cu apa;
• teren nesaturat;
• acvifer freatic situat la adâncime redusa.
Daca terenul este saturat cu apa, viteza de evaporare este egala cu cea de la
nivelul unei suprafee libere de apa.
În afara de caracteristicile fizice ale terenurilor din zona vadoasa (porozitate,
granulaie, grad de saturaie), evaporarea la suprafaa unui teren lipsit de vegetaie
depinde si de adâncimea acviferului freatic.
Când nivelul piezometric al acviferului freatic se gaseste la adâncime
redusa, evaporarea atinge valori maxime, determinate de puterea evaporanta a
atmosferei, deoarece alimentarea suprafeei evaporante se face continuu prin
miscarea capilara ascendenta a apei acviferului. Prin experiene în teren se poate
determina adâncimea de la care evaporarea devine nesemnificativa, aceasta fiind
adâncimea critica sub care nu se mai depun saruri în profilul de sol.
Când nivelul piezometric al acviferului freatic se gaseste la adâncime mare
evaporarea este alimentata numai de apele meteorice infiltrate la adâncimi reduse.
Terenul este saturat numai periodic, dupa precipitaii abundente, iar
evaporarea este limitata numai la umiditatea reinuta în stratul superficial de sol.
Procesul de evaporare depinde si de distribuia gradientului de umiditate precum si
de componenta data de difuzia masei apa-vapori.
Evaporarea în teren înceteaza atunci când se atinge umiditatea higroscopica
este în echilibru cu cea a atmosferei si nu poate fi eliminata prin evaporare.
Evaporarea la suprafata unui acvifer freatic poate fi determinata prin
masuratori de regim în foraje. Rata evaporarii scade o data cu cresterea adâncimii
nivelului piezometric, respectiv a grosimii zonei vadoase .
Evolutia ratei evaporarii pe adâncime si în timp depinde de litologia zonei
vadoase si de condiiile climatice.
1.5. Umiditatea aerului
Cantitatea de vapori de apa din aerul atmosferic este rezultatul fenomenului
de evaporare a apei prin procese fizice si biologice. Umiditatea aerului atmosferic
este variabila în timp si spaiu si contribuie semnificativ la alimentarea apelor
subterane prin infiltrare. Fenomenul nu trebuie limitat numai la atmosfera terestra ci
trebuie extins si la atmosfera subterana, respectiv la coninutul în vapori de apa din
zona de aerare.
