PL249589B1 - Sekwencyjny ogród deszczowy - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sekwencyjny ogród deszczowy o przepływie grawitacyjnym, który ma na celu oczyszczanie wód opadowych pochodzących ze spływu powierzchniowego. Sekwencyjny ogród deszczowy o przepływie grawitacyjnym jest umieszczony poniżej zlewni i składa się z osadnika (1), poziomego systemu rozprowadzenia wody (2), rękawa do redukcji uderzenia hydraulicznego (3), strefy wegetacyjnej o pionowym przepływie wody (4) obsadzonej makrofitami wynurzonymi, obniżonej w stosunku do górnej krawędzi zbiornika, w której się znajduje, od 10 do 20 cm, strefy infiltracyjnej z piasku gruboziarnistego 0,2 - 4 mm (5), strefy anaerobowej (6), wypełnionej grysami o frakcji w zakresie od 2 - 16 mm ze źródłem węgla, strefy wegetacyjnej o przepływie poziomym (7) obniżonej od 0 do 10 cm w stosunku do górnej krawędzi zbiornika, w którym się znajduje, gdzie odpływ wody do kolejnej strefy znajduje się na końcu przeciwległego najdłuższego boku w postaci możliwości swobodnego infiltrowania przez dno, strefy anaerobowej wypełnionej węglem o przepływie poziomym (8), umieszczonym w geokracie, z której odpływ zostaje opóźniony przez bariery poprzeczne w niej umieszczone, skąd woda przepływa na przeciwległym brzegu do infiltracji ze strefy wegetacyjnej o przepływie poziomym (7) do strefy redukcji fosforanów (9).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sekwencyjny ogród deszczowy o przepływie grawitacyjnym, który ma na celu oczyszczanie wód opadowych pochodzących ze spływu powierzchniowego. Służy poprawie jakości wody opadowej trafiającej do odbiorników wód opadowych ze zlewni miejskiej, zwłaszcza w odniesieniu do niewielkich cieków typu struga czy zbiorników retencyjnych użytkowanych rekreacyjnie bądź o wysokich walorach przyrodniczych.

Z polskiego opisu patentowego nr 162431 znana jest oczyszczalnia ścieków, która ma osadnik wykonany w postaci walca, którego część denną stanowi powierzchnia ukośnego przecięcia walca, posiadający w najniższej części dna otwór przepływowy. Do osadnika wprowadzony jest przewód do odprowadzania osadu nadmiernego związany z kołem czerpakowym komory napowietrzania oraz przewód do recyrkulacji osadu związany z dodatkowym wirnikiem osadzonym w komorze napowietrzania. Na dennej części osadnika w pobliżu otworu przepływowego umieszczony jest występ kierujący strumieniem cieczy w osadniku. Osadnik wyposażony jest ponadto w rynnę do zbierania kożucha z powierzchni cieczy. Przewód związany z kołem czerpakowym łączący komorę napowietrzania z kanałem pierścieniowym w pobliżu dna pojemnika poprowadzony jest ukośnie do dna pojemnika.

Z polskiego opisu patentowego nr 198680 znana jest biologiczna oczyszczalnia ścieków z odkrytym zbiornikiem wyposażonym w filtr biologiczny o pionowym przepływie ścieków, złożony w przekroju pionowym kolejno od dołu z warstwy żwiru, warstwy gruboziarnistego piasku i zawierającej trociny, zrębki drewniane i korę drzew, organicznej warstwy obsadzonej bagienną roślinnością w postaci turzycy sztywnej, sitowia, manny mielec, pałki szerokolistnej oraz pałki wąskolistnej. Ścieki zbierane są drenażem umieszczonym na dnie zbiornika i odprowadzane do denitryfikacyjnego stawu wyposażonego na skarpach i dnie w filtracyjną warstwę zawierającą żwir, piasek i wióry żelazne i obsadzonego bagienną roślinnością. Odpływ wody ze stawu realizowany jest poprzez infiltrację do drenażu umieszczonego w dnie i skarpach stawu.

Z polskiego opisu zgłoszenia wynalazku P.369348 znany jest sposób i oczyszczalnia do biologicznego oczyszczania ścieków bytowych, wykorzystujący naturalne biocenozy terenów podmokłych, który polega na tym, że po wprowadzeniu ścieków do oczyszczalni wymusza się dynamiczny, stały lub okresowy przepływ ścieków w strefie pod zintegrowanym złożem biologicznym, z prędkością uniemożliwiającą sendymentację, z jednoczesnym intensywnym napowietrzaniem. Korzystnie jest, gdy przepływ dynamiczny prowadzi się z prędkością nie mniejszą niż 1 m/sek., zaś napowietrzanie prowadzi się z natężeniem nie mniejszym niż 50 l/min. Oczyszczalnia w koncentrycznie rozmieszczonych kanałach ma zintegrowane złoże biologiczne, zbudowane warstwowo, przy czym pod złożem znajduje się strefa przepływu ścieków, na dnie której znajdują się pompy, wymuszające przepływ. Korzystnie, złoże biologiczne składa się z usytuowanej w górnej części warstwy granulatu o pływalności dodatniej oraz usytuowanej w dolnej części błony biologicznej. W górnej części warstwy granulatu zakorzeniona jest strefa roślinna, zaś warstwa granulatu, znajdująca się pod nią zasiedlona jest mikroorganizmami i bezkręgowcami, natomiast pod nią usytuowana jest błona biologiczna.

Z polskiego opisu zgłoszenia wynalazku nr P.399015 znana jest także mechaniczno-biologiczna oczyszczalnia ścieków, przeznaczona głównie do oczyszczania ścieków bytowo-gospodarczych. Część mechaniczna oczyszczalni to dwukomorowy zbiornik do wstępnego oczyszczania ścieków. Pierwsza komora o pojemności 2 m³ służy do mechanicznego podczyszczenia ścieków, a w drugiej, o pojemności 1 m³, umieszczona jest jednofazowa pompa, służąca do podniesienia sklarowanych ścieków i rozprowadzenia ich po powierzchni bioreaktora o przepływie VF (vertical flow). Bioreaktor wykonany jest w wykopie ziemnym, odseparowanym od kontaktu ze środowiskiem geomembraną, na której umieszczona jest rura drenarska, zbierająca oczyszczone ścieki i odprowadzająca je do kontrolnej studzienki chłonno-zanikowej. Pierwszą od dołu warstwę tworzy frakcja kamieni/tłucznia lub żwiru gruboziarnistego, następnie piasku średniego, warstwa kompostu wzbogaconego węglanem wapnia w ilości 1 kg/l m² i warstwa keramzytu. Ponadto powierzchnia bioreaktora roślinnego obsadzona jest roślinnością makrofitową: Skrzyp bagienny (Equisetum fluviatile L.), Mozga trzcinowata (Phalaris arundinacea L.), Tatarak zwyczajny (Acorus calamus L.), Oczeret jeziorny (Schoenoplectus lacustris (L.) i Palla). Oczyszczone ścieki wprowadzane są do kontrolnej studzienki zanikowo-chłonnej, do której w celu poprawy warunków hydraulicznych podłączony jest system kaskadowej infiltracji.

W innym rozwiązaniu ujawnionym w polskim opisie zgłoszenia wynalazku P.408014 przedstawiona została roślinna oczyszczalnia ścieków. Składa się ona z osadnika gnilnego z filtrem cząstek stałych, studzienki rozdzielczej, odkrytego zbiornika z drenażem z rur PCV i izolacją z folii PCV, oraz studzienki kontrolnej na odpływie ze zbiornika, który jest wypełniony warstwami żwiru i piasku i obsadzony roślinnością hydrofilową, której obszar penetracji układu korzeniowego jest większy od 1/3 wysokości złoża filtracyjnego. Złoże filtracyjne tworzą trzy warstwy: dolna wypełniona żwirem obłym gruboziarnistym, w którym na 2/3 wysokości ułożony jest dren rozsączający połączony pojedynczą rurą zasilającą ze studzienką rozdzielczą i zakończony kominkiem wentylacyjnym, pośrednia wypełniona żwirem obłym drobnoziarnistym, oraz górna wypełniona piaskiem, w którym w połowie wysokości ułożony jest dren zbierający z wyprowadzeniem do studzienki kontrolnej. Poziom ścieków w osadniku gnilnym, doprowadzanych grawitacyjnie do zbiornika rurą zasilającą, jest usytuowany poniżej poziomu drenu zbierającego. Ponadto dren rozsączający ma poprzeczne szczeliny wykonane na bocznej części obwodu drenu.

Znana jest także z polskiego opisu zgłoszenia wynalazku P.328219 biologiczna oczyszczalnia ścieków, która rozwiązuje zagadnienie biologicznego oczyszczania wód opadowych, zwłaszcza obszarowych wód opadowych, pochodzących z terenów miejskich, w tym osiedlowych, szczególnie dachów, autostrad itp. Istota tego rozwiązania polega na tym, że filtr biologiczny stanowi odkryty zbiornik o równym poziomie wody i dnie ziemnym, który ma w obszarze dolotowym umieszczony pierwszy strumień wód opadowych z terenów utwardzonych oraz drugi strumień wód opadowych z dachów, zaś obszar dolotowy połączony jest kaskadowo z obszarem płytkim filtra biologicznego, zawierającym dwa tarasy, połączone kaskadowo, z których ostatni połączony jest kaskadowo z obszarem głębokim zbiornika ścieków, przy czym pierwszy taras obsadzony jest sitowiem, korzystnie gęstą strefą trzciny, zaś drugi taras obsadzony jest roślinnością wodną, zanurzoną w wodzie, natomiast obszar głęboki obsadzony jest roślinnością wodną, pływającą. Obrzeża zbiornika mają biologiczno-mechaniczne wzmocnienie, zaś obszar dolotowy wyłożony jest kamieniem, korzystnie dolomitem.

Problem techniczny, który rozwiązuje niniejszy wynalazek, dotyczy niewystarczającego stopnia oczyszczania wód opadowych pochodzących ze spływów powierzchniowych, zwłaszcza na terenach zurbanizowanych. Wody te często zawierają szerokie spektrum zanieczyszczeń, takich jak metale ciężkie, pestycydy, pozostałości środków farmaceutycznych, a także związki azotu i fosforu, które stanowią zagrożenie dla ekosystemów wodnych. Istnieje zatem potrzeba opracowania skutecznego systemu, który w sposób pasywny i wykorzystujący naturalne procesy będzie w stanie efektywnie redukować te zanieczyszczenia przed wprowadzeniem wód opadowych do odbiorników, takich jak rzeki, jeziora czy zbiorniki retencyjne.

Celem wynalazku jest dostarczenie rozwiązania w postaci sekwencyjnego ogrodu deszczowego o przepływie grawitacyjnym, którego budowa wymusza określoną kolejność procesów biogeochemicznych w celu maksymalizacji skuteczności usuwania zanieczyszczeń z wód opadowych. Konstrukcja ta ma na celu poprawę jakości wód opadowych trafiających do odbiorników, zwłaszcza w przypadku wód pochodzących ze zlewni miejskiej.

Sekwencyjny ogród deszczowy według wynalazku o przepływie grawitacyjnym charakteryzuje się tym, że jest umieszczony poniżej zlewni i składa się z osadnika, po wypełnieniu którego woda przepływa do poziomego systemu rozprowadzenia wody. Z systemu rozprowadzenia woda grawitacyjnie spływa na znajdujący się poniżej rękaw do redukcji uderzenia hydraulicznego umieszczony na górze strefy wegetacyjnej o pionowym przepływie wody obsadzonej makrofitami wynurzonymi, obniżonej w stosunku do górnej krawędzi zbiornika, w której się znajduje, od 10 do 20 cm; strefy infiltracyjnej z piasku gruboziarnistego 0,2-4 mm; strefy anaerobowej, wypełnionej grysami o frakcji w zakresie od 2-16 mm ze źródłem węgla. W strefie anaerobowej znajduje się układ rur PVC drenarskich i kanalizacyjnych, za pomocą którego woda przepływa do strefy wegetacyjnej o przepływie poziomym obniżonej od 0 do 10 cm w stosunku do górnej krawędzi zbiornika, w którym się znajduje, gdzie odpływ wody do kolejnej strefy znajduje się na końcu przeciwległego najdłuższego boku w postaci możliwości swobodnego infiltrowania przez perforowane dno; strefy anaerobowej wypełnionej węglem o przepływie poziomym, umieszczonym w geokracie, z której odpływ zostaje opóźniony przez bariery poprzeczne w niej umieszczone, skąd woda przepływa na przeciwległym brzegu do strefy redukcji fosforanów.

Rękaw do redukcji uderzenia hydraulicznego jest korzystnie zaszczepiony grzybnią saprofitów.

Osadnik ma w jednej wersji kształt walcowaty.

W innej wersji wynalazku osadnik ma kształt prostopadłościenny.

Poziomy system rozprowadzenia wody stanowi układ perforowanych rur PVC.

W innej wersji wynalazku poziomy system rozprowadzenia wody stanowi układ otwartych kanałów wody, korzystnie wypełnionych płaskimi kamieniami.

Strefa wegetacyjna o pionowym przepływie wody obsadzona jest makrofitami wynurzonymi z gatunków: trzcina pospolita (Phragmites australis), mozga trzcinowata (Phalaris arundinacea), manna mielec (Glyceria maxima), turzyca zaostrzona (Carex acuta), turzyca nibyciborowata (Carex pseudocyperus), pałka wąskolistna (Typha angustifolia), oczeret jeziorny (Scirpus lacustris) sit rozpierzchły (Juncus effusus), kosaciec żółty (Iris pseudacorus), mięta wodna (Mentha aquatica), skrzyp zimowy (Equisetum hyemale), tojeść rozesłana (Lysimachia nummularia).

Strefa anaerobowa wykonana jest z naturalnych materiałów mineralnych, korzystnie z kruszyw węglanowych o frakcji nie mniejszej od 2 mm do 32 mm z wymuszonym deficytem tlenu i dodatkiem źródła węgla organicznego.

Strefa wegetacyjna o przepływie poziomym obsadzona jest krwawnicą pospolitą (Lythrum salicaria) i tojeścią rozesłaną (Lysimachia nummularia).

Strefa anaerobowa wypełniona węglem aktywnym o przepływie poziomym ma w składzie także kruszywa węglanowe.

Strefa redukcji fosforanów składa się z kruszyw węglanowych, przy czym preferowana frakcja jest w zakresie 0,2-2 mm.

Sekwencja następujących po sobie procesów zachodzących w wymuszonych warunkach w sekwencyjnym ogrodzie deszczowym o przepływie grawitacyjnym prowadzi do maksymalizacji procesów oczyszczania wód opadowych, w tym przede wszystkim tzw. pierwszej fali spływu (ang. First Flush), czyli początkowej, najbardziej zanieczyszczonej części spływu powierzchniowego, pojawiającej się na początku opadu deszczu, odpowiadającej 20% wielkości deszczu miarodajnego z prawdopodobieństwem 50%, występującego raz na 2 lata. Dzięki zaproponowanej kolejności elementów systemu przepływu wzmocniono procesy biogeochemiczne dla redukcji zanieczyszczeń w wodach opadowych. Rękaw z trocinami zmniejsza wypłukiwanie i nierówne osiadanie podłoża na skutek uderzenia hydraulicznego, ale przede wszystkim przyczynia się do filtrowania zanieczyszczeń dzięki grzybni w procesach sorpcji, bioakumulacji i biodegradacji trudno usuwalnych zanieczyszczeń jak na przykład: ksenobiotyki, metale ciężkie (Cu, Zn, Fe, Mn), pestycydy i pozostałości środków farmaceutycznych, ale też azotanów i fosforanów.

Zastosowanie rękawa z trocinami, nawet bez dodatku grzybni, sprawia, że dzięki właściwościom lipofilnym i hydrofobowym węglowodory aromatyczne gromadzą się w materii organicznej. Zaszczepienie grzybnią nie jest niezbędne, choć korzystne. Jako podłoże dla grzybni zostały wybrane trociny lub przekompostowane zrębki drzew liściastych, lub inne materiały będące źródłem węgla. Ponieważ w mulczu dochodzi do akumulacji niebezpiecznych substancji chemicznych należy ją wymieniać częściej niż inne elementy systemu, rekomendowane co dwa lata. Umieszczenie materii organicznej będącej pożywką dla grzybów w formie zamkniętego rękawa pozwala na łatwą i szybką podmianę materiału.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładzie wykonania i na rysunku schematycznym, na którym fig. 1 przedstawia rzut z góry, fig. 2 przekrój podłużny i fig. 3 przekrój poprzeczny.

Sekwencyjny ogród deszczowy o przepływie grawitacyjnym jest umieszczony poniżej zlewni i składa się z osadnika 1 o kształcie walcowatym. Kolejnym elementem jest poziomy systemu rozprowadzenia wody 2, który stanowi układ otwartych kanałów wody, wypełnionych płaskimi kamieniami, połączony z osadnikiem. Kolejnym elementem jest rękaw do redu kcji uderzenia hydraulicznego 3, umieszczony pod systemem rozprowadzania wody, zaszczepiony grzybnią saprofitów. Dalej w skład ogrodu wchodzi strefa wegetacyjna o pionowym przepływie wody 4 obsadzona makrofitami wynurzonymi z gatunków: trzcina pospolita (Phragmites australis), mozga trzcinowata (Phalaris arundinacea), manna mielec (Glyceria maxima), turzyca zaostrzona (Carex acuta), turzyca nibyciborowata (Carex pseudocyperus), pałka wąskolistna (Typha angustifolia), oczeret jeziorny (Scirpus lacustris) sit rozpierzchły (Juncus effusus), kosaciec żółty (Iris pseudocarus) mięta wodna (Mentha aquatica), skrzyp zimowy (Equisetum hyemale), tojeść rozesłana (Lysimachia nummularia), obniżona w stosunku do górnej krawędzi zbiornika, w której się znajduje, o 5 cm. Kolejnym elementem jest strefa infiltracyjna 4a z piasku gruboziarnistego 0,2-4 mm, a następnie strefa anaerobowa 4b, wypełniona grysami o frakcji z zakresie od 2-16 mm ze źródłem węgla, wykonana z grysu dolomitowego z wymuszonym deficytem tlenu i dodatkiem źródła węgla organicznego. W strefie tej znajduje się układ rur PVC drenarskich i kanalizacyjnych, za pomocą którego woda przepływa do strefy wegetacyjnej o przepływie poziomym 5, obniżonej o 5 cm w stosunku do górnej krawędzi zbiornika, w którym się znajduje, obsadzona krwawnicą pospolitą (Lythrum salicaria) i tojeścią rozesłaną (Lysimachia nummularia), gdzie odpływ wody do kolejnej strefy 5a znajduje się na końcu przeciwległego najdłuższego boku w postaci możliwości swobodnego infiltrowania przez perforowane dno, strefy anaerobowej 5b wypełnionej węglem o przepływie poziomym, umieszczonym w geokracie, przy czym ma ona w składzie także grysy węglanowe, z której odpływ zostaje opóźniony przez bariery poprzeczne w niej umieszczone, skąd woda przepływa na przeciwległym brzegu do strefy redukcji fosforanów 6, wypełnionej skałą węglanową o frakcji 0,2-2 mm.

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sekwencyjny ogród deszczowy o przepływie grawitacyjnym, służący do oczyszczania wód opadowych pochodzących ze spływu powierzchniowego, znamienny tym, że jest umieszczony poniżej zlewni i składa się z osadnika (1), po wypełnieniu którego woda przepływa do poziomego systemu rozprowadzenia wody (2), połączonego z osadnikiem, a następnie z systemu rozprowadzenia woda grawitacyjnie spływa na znajdujący się poniżej rękaw do redukcji uderzenia hydraulicznego (3), umieszczony na górze strefy wegetacyjnej o pionowym przepływie wody (4) obsadzonej makrofitami wynurzonymi, obniżonej w stosunku do górnej krawędzi zbiornika, w której się znajduje, od 10 do 20 cm, strefy infiltracyjnej (4a) z piasku gruboziarnistego 0,2-4 mm, strefy anaerobowej (4b), wypełnionej grysami o frakcji w zakresie od 2-16 mm ze źródłem węgla, przy czym w strefie anaerobowej znajduje się układ rur PVC drenarskich i kanalizacyjnych, za pomocą którego woda przepływa do strefy wegetacyjnej o przepływie poziomym (5), obniżonej od 0 do 10 cm w stosunku do górnej krawędzi zbiornika, w którym się znajduje, gdzie odpływ wody do kolejnej strefy (5a) znajduje się na końcu przeciwległego najdłuższego boku w postaci możliwości swobodnego infiltrowania przez perforowane dno, strefy anaerobowej (5b) wypełnionej węglem o przepływie poziomym, umieszczonym w geokracie, z której odpływ zostaje opóźniony przez bariery poprzeczne w niej umieszczone, skąd woda przepływa na przeciwległym brzegu do strefy redukcji fosforanów (6).
2. 2. Ogród według zastrz. 1, znamienny tym, że rękaw do redukcji uderzenia hydraulicznego (3) jest zaszczepiony grzybnią saprofitów.
3. 3. Ogród według zastrz. 1, znamienny tym, że osadnik (1) ma kształt walcowaty.
4. 4. Ogród według zastrz. 1, znamienny tym, że osadnik (1) ma kształt prostopadłościenny.
5. 5. Ogród według zastrz. 1, znamienny tym, że poziomy system rozprowadzenia wody (2) stanowi układ perforowanych rur PVC.
6. 6. Ogród według zastrz. 1, znamienny tym, że poziomy system rozprowadzenia wody (2) stanowi układ otwartych kanałów wody, wypełnionych płaskimi kamieniami.
7. 7. Ogród według zastrz. 1, znamienny tym, że strefa wegetacyjna o pionowym przepływie wody (4) obsadzona jest makrofitami wynurzonymi z gatunków: trzcina pospolita Phragmites australis, mozga trzcinowata Phalaris arundinacea, manna mielec Glyceria maxima, turzyca zaostrzona Carex acuta, turzyca nibyciborowata Carex pseudocyperus, pałka wąskolistna Typha angustifolia, oczeret jeziorny Scirpus lacustris, sit rozpierzchły Juncus effusus, kosaciec żółty Iris pseudocarus, mięta wodna Mentha aquatica, skrzyp zimowy Equisetum hyemale, tojeść rozesłana Lysimachia nummularia.
8. 8. Ogród według zastrz. 1, znamienny tym, że strefa anaerobowa (4b) wykonana jest z kruszyw węglanowych o frakcji nie mniejszej od 2 mm do 32 mm z wymuszonym deficytem tlenu i dodatkiem źródła węgla organicznego.
9. 9. Ogród według zastrz. 1, znamienny tym, że strefa wegetacyjna o przepływie poziomym (5) obsadzona jest krwawnicą pospolitą Lythrum salicaria i tojeścią rozesłaną Lysimachia nummularia.
10. 10. Ogród według zastrz. 1, znamienny tym, że strefa anaerobowa (4b), wypełniona węglem aktywnym o przepływie poziomym, ma w składzie grysy węglanowe.
11. 11. Ogród według zastrz. 1, znamienny tym, że strefa redukcji fosforanów (6) wypełniona jest skałą węglanową, przy czym preferowana frakcja jest w zakresie 0,2-2 mm.