CZ32426U1 - Denitrifikační bariéra v podpovrchových odtocích ze zemědělských půd - Google Patents

Description

Technické řešení se týká zařízení ke snižování obsahu dusíkatých látek v podpovrchových odtocích ze zemědělských půd.

Dosavadní stav techniky

K vyplavování dusíku ze zemědělské půdy v rozmezí 1,0 až 54,0 kg.ha¹ dochází v závislosti na druhu půdy, aplikované plodiny, četnosti srážek a na způsobu využití a obdělávání půdy. Pokud se nitrátový dusík dostane mimo kořenovou zónu rostlin (0,8 až 1 m) směrem do podloží, je denitrifikace jediný způsob, jak snížit obsah nitrátů v podpovrchových vodách před tím, než kontaminují recipient - vodní tok nebo vodní nádrž. Na pozemcích intenzívně zemědělsky obhospodařovaných s alespoň částečně Zachovalým melioračním systémem podpovrchová voda proudí v podstatě vymezenými koridory, které lze poměrně snadno identifikovat. V opačném případě dochází k neřízenému odtoku znečištěné podpovrchové vody, přičemž ve většině situací dochází k toku vody ve směru sklonu terénu, tj. k vodnímu recipientu.

Jsou známy způsoby a zařízení k odstraňování dusíkatých látek z podpovrchových vod. CN 101987760 AI popisuje horizontální konstrukci schopnou posílit denitrifikační proces v podmáčených půdách. Jedná se o výkop vyhloubený v půdě, ve kterém voda prochází postupně horizontálně uspořádanými vrstvami hrubozmného a jemnozmného zeolitu. Tato náplň je zespod provzdušňována a nahoře osazena rostlinstvem.

Samočisticí schopnost půd při nakládání s odpadními vodami využívají extenzivní čistírenské technologie jako půdní filtr nebo kořenová čistírna s horizontálním prouděním. V příkopu nebo nádrži, které jsou na dně i na bocích opatřeny hydroizolací, protéká voda nejprve několika filtračními vrstvami kameniva a dále filtračním prostředím, jehož pórovitou strukturu vyplňuje kořenový systém rostlin osázených na povrchu. Voda určená k vyčištění je do takto řešených filtrů přiváděna potrubím z přívodní šachty a odváděna do regulační šachty, která umožňuje nastavit hladinu v čistírně.

Popsaná zařízení nelze využít pro ošetření podpovrchových vod na velkých zemědělsky obdělávaných plochách, jelikož stěžejním kontaminantem je dusičnanový dusík, který popsané filtrační systémy nejsou schopny odstraňovat.

Technické řešení si klade za úkol navrhnout zařízení pro odstraňování dusičnanového dusíku z vod opouštějících pole, a to vod právě vsáklých a podpovrchově odtékajících půdním profilem i vod odtékajících drenážním systémem.

Podstata technického řešení

Uvedený úkol splňuje denitrifikační bariéra v podpovrchových odtocích ze zemědělských půd, jejíž podstata spořívá v tom, že je tvořena v příčném směru vůči sklonu terénu vodorovně situovaným podélným výkopem, který je na dně i na stěnách opatřen kompaktní hydroizolací a zcela zaplněn perforovanými vaky obsahujícími pórovitý materiál organického původu, přičemž na vstupu je výkop propojen alespoň jednou přívodní trubicí se zakrytou nátokovou šachtou, která má ve stěně vstup podpovrchové vody, a na výstupu je výkop propojen alespoň jednou odváděči trubicí se zakrytou regulační šachtou, jejíž odtokové potrubí je zaústěno do recipientu, a přičemž odváděči trubice je v regulační šachtě vyhnuta vzhůru a její konec je uzpůsoben k nastavení polohy ve svislém směru.

- 1 CZ 32426 UI

Ve výhodném provedení zajišťujícím rovnoměrný průtok vody a jeho regulaci je výkop rozdělen přepážkami z hydroizolačního materiálu po délce na n sekcí, z nichž každá je samostatnou přívodní trubicí propojena s nátokovou šachtou a samostatnou odváděči trubicí propojena s regulační šachtou, přičemž v nátokové šachtě je vytvořeno n komor, z každé z nich vychází jedna přívodní trubice, a přičemž je každá komora otvorem ve své stěně propojena s nátokovým prostorem nátokové šachty.

Pro lepší rozložení proudění uvnitř filtrační náplně může být konec přívodní trubice opatřen T kusem.

Aby se zamezilo zanášení výkopu a šachet zeminou a povrchové vody se svedly ke vstupu do nátokové šachty, vyčnívají obě šachty nad úroveň terénu a po obvodu podélného výkopu je vytvořena zemní hrázka.

Hydroizolační fólie je s výhodou alespoň vespod chráněna geotextilií.

Aby se omezil přístup hmyzu na hladinu ve výkopu, měl by obsah vaků svou horní úrovní dosahovat nad úroveň hladiny.

Objasnění výkresů

Technické řešení bude dále objasněno pomocí výkresu, na kterém obr. 1 až 3 představují schematicky výhodné provedení denitrifikační bariéry pro podpovrchové odtoky, a to obr. 1 v podélném svislém řezu a obr. 2 a 3 v půdorysu, přičemž na obr. 3 je podélný výkop vyobrazen s odejmutými vaky.

Příklady uskutečnění technického řešení

Denitrifikační bariéra podle obr. 1 až 3 je soustavou několika sériově zapojených prvků, z nichž je hlavním prvkem filtrační prostor v podélném výkopu 1, vyplněný organickým pórovitým filtračním materiálem. Prvním prvkem ve směru proudění pak je nátoková šachta 2, napojená na podélný výkop £ pomocí soustavy paralelních přívodních trubic 3, uložených na úrovni dna výkopu £, přičemž každá dílčí přívodní trubice 3 vede do jedné ze tří, hydroizolačními přepážkami 4 vzájemně oddělených sekcí 5 výkopu £. To zajistí přibližně konstantní dobu zdržení znečištěné vody ve filtračním prostoru. Výkop £ je vyplněn perforovanými vaky 6, vyplněnými organickým materiálem, zajišťujícím zdroj organického uhlíku pro denitrifikační bakterie, jejichž prostřednictvím dochází k odstranění dusičnanů z protékající vody.

Čištěná voda protéká převážně v horizontálním směru přes filtrační materiál v sekci 5 výkopu £ až k příslušné odváděči trubici 7, kterou dále odtéká do regulační šachty 8 a následně odtokovým potrubím 9 do nezobrazeného recipientu. Horní vrstva filtračního materiálu je vystavena atmosférickým podmínkám. Tím se zajišťuje volný přestup dusíku z filtračního materiálu do atmosféry a zároveň to umožňuje kontrolu stavu a úrovně filtračního materiálu. Podélný výkop £ naplněný filtračním materiálem musí být zabezpečen proti vniknutí povrchového smyvu, v ideálním provedení např. vytvořením nízké zemní hrázky po svém obvodu, přičemž je možné využít tuto hrázku k odvedení vody do místa, kde se vsákne a je svedena do nátokové šachty 2.

Vnitřní prostor nátokové šachty 2 je rozdělen tak, že kromě nátokového prostoru jsou vytvořeny tri od něj oddělené komory 10, z nichž každá je s nátokovým prostorem propojena otvorem 11 ve své stěně a vychází z ní příslušná přívodní trubice 3 do sekce 5, kterou napájí. Otvory 11 ve stěnách komor 10 mohou být umístěny v různých výškách podle požadovaných a očekávaných průtoků. Tím je zajištěn požadovaný průtok, resp. doba zdržení vody ve filtračním materiálu, dle

-2CZ 32426 UI průtoků a charakteristického znečištění se dimenzuje taková doba zdržení vody, aby byla zajištěna maximální efektivita zařízení.

Jako filtrační materiál organického původu uložený v perforovaných vacích 6, může sloužit dřevěná štěpka, mulč, kůra a jiné pórovité materiály o velikosti částic v rozmezí 16/32 až 32/64 mm, přičemž perforované vaky 6 jsou upraveny prostřednictvím ok tak, aby to umožnilo jejich vytažení v případě potřeby, např. při výměně již inertního a rozloženého filtračního materiálu na konci jeho životnosti.

Přívodní trubice 3 uvnitř filtračního materiálu jsou zakončeny T-kusem 12, který zabraňuje vytvoření zkratového proudu v horizontálním směru. Na protilehlé straně sekce 5 filtračního tělesa před dělící hydroizolační přepážkou 4, tvořenou stejným izolačním materiálem jako je hydroizolační fólie 13 použitá na dně a na stěnách výkopu 1, se nachází ústí odváděči trubice 7. Výkop 1 je hydraulicky izolován od okolního prostředí hydroizolační fólií 13 s výhodou oboustranně chráněnou vhodnou geotextilií, přičemž hydroizolace vytváří kompaktní těsnící prvek.

Vyčištěná voda z každé sekce 5 odtéká odváděči trubicí 7 do regulační šachty 8 umístěné mimo výkop 1. Horní okraj regulační šachty 8 je umístěn nad úrovní terénu, přičemž voda ve vnitřním prostoru regulační šachty 8 nejprve protéká vzhůru svislou částí odváděči trubice 7 nebo flexibilní hadice, jejíž konec je uchycen u horního okraje šachty 8 s možností regulace výšky výtoku. Odtud voda padá na dno regulační šachty 8 a následně odtokovým potrubím 9 odtéká dále do recipientu.

Byla testována denitrifikační bariéra tvořená izolovaným výkopem 1 s jedinou sekcí 5 o délce 4 m, hloubce 1 m a šířce 1 m a šachtami 2, 8 o průměru a výšce 1,2 m. Náplň tvořila štěpka ze smrkového dřeva. Test probíhal na venkovní výzkumné laboratoři se zatravněným pozemkem. Testována byla aplikace srážkových vod s uměle zvýšenou koncentrací dusičnanů přídavkem živin, přičemž vody byly akumulovány v dešťových nádržích a následně pozvolna čerpány do šachty 2. Tím byla simulována přirozená situace. Test byl prováděn za běžných klimatických podmínek. Během zimního období byl sledován pokles teploty vody v izolovaném výkopu U Po 60 dnech od instalace se ve filtračním materiálu vytvořila vhodná bakteriální kultura. Následovalo měření, které ukázalo, že při průtoku odpovídajícímu době zdržení 10 hodin obsah dusíkatých látek zjištěný vnátokové šachtě 2 poklesl po průchodu filtračním materiálem z původních 60 mg/1 na výsledných 8 mg/1.

Výsledky ukazují, že uvedené denitrifikační zařízení může významně přispět k řešení ekologického problému, kterým je kontaminace povrchových vod dusičnany.

Claims (5)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Denitrifikační bariéra v podpovrchových odtocích ze zemědělských půd, vyznačující se tím, že je tvořena v příčném směru vůči sklonu terénu vodorovně situovaným podélným výkopem (1), který je na dně i na stěnách opatřen kompaktní hydroizolací (13) a je zcela zaplněn perforovanými vaky (6) obsahujícími pórovitý materiál organického původu, přičemž na vstupu je výkop (1) propojen alespoň jednou přívodní trubicí (3) se zakrytou nátokovou šachtou (2), která má ve stěně vstup podpovrchové vody, a na výstupu je výkop (1) propojen alespoň jednou odváděči trubicí (7) se zakrytou regulační šachtou (8), jejíž odtokové potrubí (9) je zaústěno do recipientu, a přičemž odváděči trubice (7) je v regulační šachtě (8) vyhnuta vzhůru a její konec je uzpůsoben k nastavení polohy ve svislém směru.
2. 2. Denitrifikační bariéra podle nároku 1, vyznačující se tím, že výkop (1) je přepážkami (4) z hydroizolačního materiálu rozdělen po délce na n sekcí (5), z nichž každá je samostatnou

   -3CZ 32426 Ul přívodní trubicí (3) propojena s nátokovou šachtou (2) a samostatnou odváděči trubicí (7) propojena s regulační šachtou (8), přičemž v nátokové šachtě (2) je vytvořeno n komor (10), z každé z nich vychází jedna přívodní trubice (3), a přičemž je každá komora (10) otvorem (11) ve své stěně propojena s nátokovým prostorem nátokové šachty (2).
3. 3. Denitrifikační bariéra podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že konec přívodní trubice (3) je opatřen T kusem (12).
4. 4. Denitrifikační bariéra podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že šachty (2, 8) ίο vyčnívají nad úroveň terénu a po obvodu podélného výkopu (1) je vytvořena zemní hrázka.
5. 5. Denitrifikační bariéra podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že hydroizolační fólie (13) je alespoň vespod chráněna geotextilií.

   15 6. Denitrifikační bariéra podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že obsah vaků (6) svou horní úrovní dosahuje nad úroveň hladiny.

   1 výkres