CZ29565U1 - Ekologická kořenová čistička vody - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká čističek vod pomocí biologické degradace kontaminantů v kořenových soustavách rostlin.

Dosavadní stav techniky

Jsou známy čističky odpadních vod, které využívají kodstranění kontaminantů rostliny ajejich kořenové soustavy. Nej častěji jsou tyto čističky konstruovány na vodních nádržích, či pomalých tocích, do kterých jsou svedeny odpadní vody ze zdrojů znečištění, například z obydlené zástavby. Při stavbě kořenové čističky vody je nutné nejprve zabránit průsakům vody z nádrže do podzemí. Toho je docíleno použitím nepropustných folií, vytvořením betonové vany, použitím jílového materiálu, atp. Následně se dno nádrže zaveze štěrkem hrubé frakce, na který je navezen štěrk jemné frakce a písek, čímž se vytvoří lože pro zakořenění rostlin. Na konci stavby kořenové čističky se lože nádrže osadí rostlinami.

Nevýhody stávajícího řešení spočívají vtom, že stavba takové čističky je velice nákladná a pracná. Navážený materiál pro tvorbu lože se musí vytěžit a nadrtit, transportovat a citlivě usadit na dno, aby nedošlo k porušení nepropustnosti dna, např. v případě použitých nepropustných folií. Doba růstu rostlin ovlivňuje pracovní kapacitu kořenové čističky vody, takže čistička vody dosáhne maximálního výkonu až v době vegetačního maxima rostlin. Tento jev se každoročně opakuje, neboť některé druhy rostlin na zimu odumírají. S odumíráním rostlin a s jejich vegetačním procesem je také spojeno zanášení dna vodní nádrže čističky, které se musí po nějaké době činnosti čističky vody odtěžit a znovu vybudovat. To opět znamená finanční náklady a nešetrný zásah do biotopu čističky vody.

Jsou rovněž známy čističky odpadních vod, které lze například umístit na rovné střechy budov, jako je například prezentováno v dokumentu českého užitného vzoru CZ 28 668. Technické řešení nejenom čistí odpadní vodu, ale i ochlazuje budovu a chrání ji před přímým slunečním světlem. Výhodou této čističky je použití pěnového skla u nepropustného dna vodní nádrže. Pěnové sklo je lehké a chemicky stabilní, takže adekvátně nahrazuje štěrk velké frakce, který by jinak znamenal nevyhovující zátěž pro konstrukci střechy budovy. Pěnové sklo, které je lehčí, než voda, je fixováno ke dnu pomocí mřížky a současně je zatíženo jemnou frakcí štěrku.

Nevýhody tohoto řešení spočívají vtom, že lože z pěnového skla a štěrku zarůstá a zanáší se stejně, jako běžná kořenová čistička, přičemž v tomto případě je čištění komplikovanější, neboť se jedná o střechu budovy. Při čištění dojde k odstranění všech vrstev lože, které se musí instalovat znovu. V případě použití v terénu je technické řešení obdobně nevýhodné, jako standardní kořenová čistička odpadních vod.

Úkolem technického řešení je vytvoření ekologické kořenové čističky vody, která by měla mít nízké pořizovací náklady, která by měla být snadno obnovitelná, která by měla mít nenáročnou údržbu, která by neměla znamenat další ekologickou zátěž pro životní prostředí, která by byla zhotovitelná bez větších omezení na vodních nádržích a tocích různého typu.

Podstata technického řešení

Vytčený úkol je vyřešen vytvořením ekologické kořenové čističky vody podle tohoto technického řešení.

Ekologická kořenová čistička vody zahrnuje vodní nádrž pro zadržení vody určené k vyčištění, nebo vodní tok. Součástí kořenové čističky vody je alespoň jedno lože pro zakořenění rostlin a samotné rostliny pro kořenové čištění vody.

Podstata technického řešení spočívá v tom, že lože je tvořeno alespoň jednou vrstvou z pěnového skla uloženou v propustném plášti. Pěnové sklo je chemicky stabilní materiál, takže nijak nezatě-1 CZ 29565 Ul žuje životní prostředí, současně je vyrobeno z recyklovaného skla, takže je výrobkem ekologického zpracování skleněných odpadů a je druhotně zužitkováno. Objemová hmotnost pěnového skla je nižší, než je hmotnost vody, takže pěnové sklo má tendenci stoupat k hladině vody, přičemž je nenasákavé. Současně granulová struktura umožňuje snadný prostup vody a kontaminantů ke kořenům rostlin zasazených v alespoň jedné vrstvě pěstebního substrátu pro růst rostlin uspořádané na vrstvě z pěnového skla. Aby držela vrstva z pěnového skla pohromadě, je uložena v propustném plášti. Propustný plášť nejenom drží pěnové sklo pohromadě, ale i tvoří z vrstvy pěnového skla ucelené těleso, se kterým je možné manipulovat. Současně je mezi vrstvu z pěnového skla a vrstvu pěstebního substrátu vložena geotextilie, která brání míchání substrátu do vrstvy pěnového skla, ale nebrání prorůstání kořenů rostlin a vzlínání vody. Geotextilie leží v úrovni hladiny vody, nebo nad hladinou vody, aby nedošlo ke smývání vrstvy pěstebního substrátu.

V dalším výhodném provedení ekologické kořenové čističky vody podle technického řešení má pěnové sklo ve své vrstvě frakci 16 až 32 mm. Takto veliká frakce nemůže pronikat prostupným pláštěm, přičemž je ve vrstvě z této velikosti frakce dostatek prostoru k prorůstání kořeny rostlin.

V dalším jiném výhodném provedení ekologické kořenové čističky vody podle technického řešení je propustný plášť tvořen sítí, tkaninou, nebo perforovanou pevnou konstrukcí. Propustný plášť má jako hlavní funkci držet při sobě pěnové sklo, ale současně nesmí bránit např. průsaku vody, pronikání malých vodních živočichů do kořenové struktury a prorůstání kořenů do volného objemu vody.

V dalším jiném výhodném provedení ekologické kořenové čističky vody podle technického řešení je pěstební substrát tvořen pískem se základními živinami, zahradnickým substrátem, či hlínou. Nejenom, že pěstební substrát slouží k zakořenění a k prvnímu vývoji rostlin, ale současně tvoří zátěž, aby celková objemová hustota lože byla dostatečná pro částečný nebo kompletní ponor vrstvy pěnového skla do vody.

V dalším jiném výhodném provedení ekologické kořenové čističky vody podle technického řešení je vrstva pěstebního substrátu opatřena protierozním pláštěm. V případech, kdy není hladina vody klidná, může hladina vody, zejména vlny, smývat pěstební substrát. Protierozní vrstva tento nežádoucí jev neklidné hladiny značně omezuje.

V dalším jiném výhodném provedení ekologické kořenové čističky vody podle technického řešení je lože tvořeno alespoň dvěma stavebními elementy různého nebo stejného tvaru půdorysu, které jsou k sobě připojeny pro vytvoření souvislého lože v podobě ostrovu nebo poloostrovu. Pokud má lože velké plochy plavat u hladiny vodní nádrže, je technicky těžko proveditelné, aby lože kopírovalo plochu vodní nádrže. Proto je vhodnější výslednou plochu lože sestavit z jednotlivých stavebních elementů, které lze různě kombinovat, vyměňovat, předpěstovat, atp. Současně tepelně izolační vlastnosti pěnového skla částečně chrání vodní sloupec pod kořenovou čističkou proti promrzání.

V dalším jiném výhodném provedení ekologické kořenové čističky vody podle technického řešení je stavební element opatřen manipulačními úchyty a/nebo kotevními prostředky. Manipulační úchyty slouží k transportu stavebních elementů, k jejich spojování do větší plochy výsledného lože. Kotevní prostředky brání volnému pohybu po hladině vodní nádrže a drží stavební elementy na místě.

Mezi výhody ekologické kořenové čističky vody patří snadná instalace do stávajících vodních nádrží, případně snadná demontáž, převoz, se zachováním živého biotopu. Lože lze dočasně odstranit při čištění nánosů u dna vodní nádrže a opětovně vrátit na místo. Další výhodou jsou nízké ekologické dopady na životní prostředí, dlouhá životnost ekologické kořenové čističky vody, velká variabilita řešení celkového tvaru lože pro růst rostlin.

Objasnění výkresů

Uvedené technické řešení bude blíže objasněno na následujících vyobrazeních, kde:

-2CZ 29565 Ul obr. 1 znázorňuje řez ekologickou kořenovou čističkou s mělkou vodní nádrží, obr. 2 znázorňuje řez ekologickou kořenovou čističkou vody s hlubokou vodní nádrží, obr. 3 znázorňuje pohled shora na kořenovou čističku vody zaujímající polovinu hladiny vodní nádrže, obr. 4 znázorňuje řez příkladem tvorby lože kořenové čističky vody tvořícího ukotvený ostrov na vodní hladině.

Příklad uskutečnění technického řešení

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní případy uskutečnění technického řešení jsou představovány pro ilustraci, nikoliv jako omezení technického řešení na uvedené příklady. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zajistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním technického řešení, která jsou zde popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících nároků na ochranu.

Na obr. 1 je vyobrazena ekologická kořenová čistička I vody v řezu, kde je její vodní nádrž 2 mělká. Vodní nádrž 2 je například řešena jako povrchový průtočný kanál s pomalým prouděním vody. Hlavním součástí kořenové čističky I vody je vrstva 4 z pěnového skla, která vyplňuje téměř celý objem vodní nádrže 2. Celistvost vrstvy 4 zajišťuje krycí síť tvořící propustný plášť 5.

V nevyobrazených příkladech provedení může být propustný plášť 5 tvořen např. kanavou z plastových textilních vláken, nebo umělohmotnou skořepinou opatřenou perforacemi. Voda tedy protéká skrz objem pěnového skla. Velikost frakce pěnového skla je 16 až 32 mm. Na homí straně vrstvy 4 z pěnového skla je položena vrstva 6 pěstebního substrátu, přičemž je mezi vrstvami 4 a 6 vložena geotextilie 7, která tvoří dělící rovinu mezi dvěma druhy materiálu. Pěstební substrát je tvořen zahradnickým substrátem, kterým prorůstají rostliny 3. Za standardního provozu nepřekročí úroveň hladiny vody úroveň geotextilie 7.

V jiném nevyobrazeném příkladu provedení čističky I je vodní tok uměle vytvořen. V terénu s mírným spádem, přírodním, či umělým, je vytvořeno koryto pro pomalý tok vody určené ke kořenovému čištění. Koryto je vytvořeno instalací bočnic, tvořících kanál. Bočnice mohou být dvě klády, desky, betonové obrubníky, atp. Na dno koryta je buď položena vodotěsná folie, nebo je terén např. přirozeně jílovitý s odpovídající přírodní nepropustností, skalnatý, atp. Do koryta se vkládají jednotlivé elementy kořenové čističky tvořené vrstvou 4 z pěnového skla v propustném plášti 5, na kterém se následně nachází vrstva 6 substrátu pro zakořenění rostlin 3. Náklady na zhotovení čističky I jsou nízké a čistička 1 se velmi jednoduše vybuduje a demontuje.

Na obr. 2 vyobrazena ekologická kořenová čistička I vody v řezu, kde je její vodní nádrž 2 hluboká. Stavba lože je obdobná jako u příkladu z obr. 1 s rozdílem, že kořeny rostlin 3 mají více prostoru k růstu a vznášejí se ve vodním sloupci pod ložem. Tento typ provedení je vhodný pro vodní nádrže 2 typu rybníky, umělá jezera, rekultivované hasičské nádrže, atp.

Na obr. 3 je vyobrazen příklad použití jednotlivých stavebních elementů 8 tvořících souvislé lože pro růst rostlin 3 kořenové čističky I vody, která je realizovaná na části hladiny vodní nádrže 2. U hladiny vodní nádrže 2 jsou stavební elementy 8 pospojovány do souvislé plochy tvořící ostrov. Aby lože neputovalo po hladině vodní nádrže 2, jsou stavební elementy 8 po obvodu lože ukotveny pomocí kotevních prostředků 11. Ostrovní lože může reagovat na kolísání hladiny vody, ale nemůže změnit svoji polohu na vodní ploše. Stavební elementy 8 mohou mít půdorys různých geometrických tvarů, např. čtverec, obdélník, trojúhelník, lichoběžník, atp.

Na obr. 4 je vyobrazen jeden z možných příkladů realizace manipulačních úchytů 10 stavebních elementů 8 a kotevních prostředků il. Manipulační úchyty 10 jsou ocelové kolíky pronikající ložem kořenové čističky i vody, kde pod ložem jsou zakončeny opěrným pevným pásem a nad ložem jsou opatřeny klasickým okem. Kotevní prostředek li je vytvořen jako ocelová spojka pro uchycení k manipulačnímu úchytu 10 a s vlastním okem k uchycení ke kotvícímu kůlu s betonovou patkou sedící na dně vodní nádrže 2.

-3CZ 29565 Ul

Průmyslová využitelnost

Ekologická kořenová čistička vody podle technického řešení nalezne uplatnění při rekultivaci nepoužívaných vodních nádrží, v chráněných krajinných oblastech s preferovaným ekologickým likvidováním znečistění, v průmyslové výrobě týkající se rychle a snadno dostupných kořenových čističek a rovněž i v oblasti architektury týkající se vodohospodářské péče.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (7)

1. Ekologická kořenová čistička (1) vody zahrnující vodní nádrž (2) nebo vodní tok, alespoň jedno lože pro zakořenění rostlin (3) a rostliny (3) pro kořenové čištění vody, vyznačující se tím, že lože je tvořeno alespoň jednou vrstvou (4) z pěnového skla uloženou ve propustném plášti (5), a alespoň jednou vrstvou (6) pěstebního substrátu pro zakořenění rostlin (3) uspořádanou na vrstvě (4) z pěnového skla, kde mezi vrstvou (4) z pěnového skla a vrstvou (6) pěstebního substrátu je vložena geotextilie (7), přičemž geotextilie (7) leží v úrovni hladiny vody, nebo nad hladinou vody.

2. Ekologická kořenová čistička podle nároku 1, vyznačující se tím, že pěnové sklo ve vrstvě (4) má velikost frakce 16 až 32 mm.

3. Ekologická kořenová čistička podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že propustný plášť (5) je tvořen sítí, tkaninou, nebo perforovanou pevnou konstrukcí.

4. Ekologická kořenová čistička podle alespoň jednoho z nároků laž3, vyznačující se tím, že pěstební substrát je ve vrstvě (6) tvořen pískem obohaceným základními živinami, zahradnickým substrátem, hlínou.

5. Ekologická kořenová čistička podle alespoň jednoho z nároků laž4, vyznačující se t í m , že vrstva (6) pěstebního substrátu je opatřena protierozním pláštěm.

6. Ekologická kořenová čistička podle alespoň jednoho z nároků laž5, vyznačující se tím, že lože je tvořeno alespoň dvěma stavebními elementy(8) různého nebo stejného půdorysu, které jsou k sobě připojeny pro vytvoření souvislého ostrovu (9) nebo poloostrovu.

7. Ekologická kořenová čistička podle nároku 6, vyznačující se tím, že stavební element (8) je opatřen manipulačními úchyty (10) a/nebo kotevním prostředkem (11).