System SED-BIO jest pionierską i całkowicie nieinwazyjną technologią, służącą oczyszczaniu i poprawie stanu wód powierzchniowych. Dzięki zastosowaniu innowacyjnego rozwiązania w znacznym stopniu można zredukować stężenia związków azotu i fosforu w wodach (nawet 70-99%), wpłynąć na poprawę parametrów fizycznych, stanu mikrobiologicznego i sanitarnego wody, a także pośrednio ograniczyć tzw. zakwity i przyduchę. Poniższy wykres przedstawia wszechstronność i skuteczność naszej technologii.
Poziomy redukcji zanieczyszczeń biogennych i biologicznych bądź poprawa parametrów fizycznych
Źródło: projekt GEKON, 2016 rok, Struga Gnieźnieńska.
System SED-BIO to instalacja filtracyjna do kompleksowej redukcji zanieczyszczeń na ciekach (nr zgłoszenia patentowego: P422056). Rozwiązanie umożliwia redukcję i usuwanie szerokiego spektrum zanieczyszczeń z cieków, jak i poprawę ich stanu fizycznego, chemicznego, biologicznego i sanitarnego. W systemie stosowane są wyłącznie metody nieinwazyjne inspirowane naturą, a materiały konstrukcyjne stosowane przy budowie instalacji są naturalne i biodegradowalne. Warto również dodać, że system oddziałuje pozytywnie na szereg składowych ekosystemu wodnego, a nie tylko na wybrane pojedyncze parametry wody. System lokalizuje się najczęściej na osobnym stawie, umiejscowionym w pobliżu cieku, do którego przekierowuje się wody cieku. Pewne warianty tego rozwiązania pozwalają na umiejscowienie go również bezpośrednio na cieku.
Zasadniczo system SED-BIO zbudowany jest z trzech segmentów:
- Sedymentacji i aktywności mikrobiologicznej – w części sedymentacyjnej, aplikuje się wyselekcjonowane konsorcja probiotycznych mikroorganizmów w postaci specjalnie przygotowanego preparatu stałego.
- Sorpcji fosforu, bariery biogeochemicznej do wiązania fosforanów – filtry z substratem mineralnym sorbującym fosfor, umieszczonym w specjalnie skonstruowanych koszach zawieszonych na pływakach. Filtry umieszczone są pomiędzy dwoma równoległymi gabionami filtrującymi wodę z zawiesiny (konstrukcje bioinżynieryjne), poprzecznie do przepływu, przegradzających zbiornik na dwie części. W przypadku wysokich stężeń fosforu montuje się dodatkowo na jednym z gabionów specjalną matę adsorbującą fosfor.
- Biofiltra roślinnego ze specjalnie dobraną mieszanką roślin wodnych, dostosowaną do parametrów fizyczno-chemicznych wody i hydromorfologicznych cieku. W biofiltrze montuje się również złoża denitryfikacyjne pozwalające na redukcję nadmiaru azotu.
Najważniejsze, pozytywne aspekty działania systemu SED-BIO na ekosystem wodny:
- zmniejsza stężenia związków azotu – azotany i azotyny o 70%, azot amonowy do 99%,
- zmniejsza stężenia związków fosforu o 50%,
- poprawia parametry fizyczne wody takie jak natlenienie, konduktywność, pH,
czy zawiesina, ponieważ zabiegi rekultywacyjne nie wpływają negatywnie na zmianę żadnych parametrów fizycznych wody przepływającej przez instalację, - zmniejsza ilości poszczególnych grup fitoplanktonu (zielenice, okrzemki, kryptofity) oraz kwasów humusowych, w stosunku do ilości pojawiającej się w całym systemie,
- poprawia stan mikrobiologiczny wód przepływających przez system, dlatego że wpływa korzystnie zarówno na strukturę populacji i różnorodność mikroorganizmów oraz funkcjonalność metaboliczną drobnoustrojów,
- poprawia stan sanitarny wody w końcowym odcinku instalacji – różnica liczebności E. coli między punktem przed i za systemem może wynosić aż 91%,
- poprawia wskaźnik równowagi biologicznej określanej stosunkiem liczby bakterii oligotroficznych do bakterii kopiotroficznych,
- ogranicza zagrożenie ze strony toksycznych dla ekosystemu wodnego oraz człowieka cyjanobakterii,
- powoduje biodegradację substancji ropopochodnych,
- zapewnia niski koszt budowy i eksploatacji przy jednocześnie długim czasie użytkowania, co może przyczynić się do powszechnej aplikacji zarówno na terenach zurbanizowanych jak i niskozainwestowanych,
- szerokie spektrum wykorzystania – redukcja różnych typów zanieczyszczeń
w rekultywacji wód oraz podczyszczaniu ścieków.
Prototyp systemu SED-BIO
W celu zaprezentowania sposobu działania naszego systemu i określenia poziomu skuteczności w oczyszczaniu wód z substancji biogennych skonstruowaliśmy jego prototyp na cieku wodnym o nazwie Struga Gnieźnieńska, kończącym swój bieg w jeziorze Jelonek.
Ocena poziomu skuteczności oczyszczania systemu sedymentacyjno-biofiltracyjnego na podstawie skonstruowanego prototypu na Strudze Gnieźnieńskiej.
Oceny jakości wody Strugi Gnieźnieńskiej w części stawowej i rzecznej wnoszonej do Jeziora Jelonek pod względem parametrów fizykochemicznych, przed i za systemem sedymentacyjno-biofiltracyjnym dokonano na podstawie pobieranych w 10 punktach próbek wody (Rys. 1):
- 1 – na rzece Struga Gnieźnieńska;
- 2, 3 i 3a – w stawie;
- 4 – na odcinku pomiędzy stawem, a biofiltrem z systemem sedymentacyjnym;
- 5, 6 i 7 – w systemie sedymentacyjno-biofiltracyjnym;
- 8 – za w/w systemem, przed wlotem rzeki do jeziora;
- 8a – w jeziorze Jelonek.
Wyniki z uzyskanych poborów próbek przedstawiono w poniższej tabeli.
| Parametr | Klasa | Uwagi | |
| przed systemem
(pkt. 1) |
za systemem
(pkt. 2) |
||
| temperatura | klasa I | klasa I | < 22oC |
| pH | klasa II | klasa I | pH wynosiło od 7,4 do 8,1 |
| konduktywność | > klasy II | klasa I | konduktywność wynosiła od 880 na wlocie do systemu (pkt. 1) do 790 za biofiltrem (pkt. 8) |
| średnie stężenie tlenu[1] | klasa II | klasa II | Średnie stężenie tlenu wahało się od 7,6 na wlocie do systemu (pkt. 1) do 8,4 za całym systemem (pkt. 8). W strefie za całym systemem (pkt. 8) warunki tlenowe były zawsze lepsze niż na wejściu ze Strugi Gnieźnieńskiej (pkt. 1) |
| fosfor fosforanowy | klasa III
lub > klasy czystości |
klasa I | Fosfor fosforanowy wnoszony ze Strugi Gnieźnieńskiej, w połowie przypadków (szczególnie w miesiącu czerwcu i lipcu), znacznie przekraczał wartość 0,1 mg/l. Jednak za systemem sedymentacyjno-biofiltracyjnym (pkt. 8), przed dopływem do Jeziora Jelonek, we wszystkich terminach badawczych notowano jego nieznaczne ilości |
| ładunek fosforu ogólnego | 0,2 do 0,64 mgTP/l
klasa III lub > klasy czystości |
klasa II | Ładunek wahał się od 0,2 do 0,64 mgTP/l. Najwyższe stężenia fosforu ogólnego (> 0,4 mg/l) wnoszonego do systemu stwierdzono po okresach intensywnych opadów deszczu. Należy podkreślić, iż po przejściu przez system sedymentacyjno-biofiltracyjny dla 4 z 7 analizowanych próbek był w zakresie poniżej 0,2 mg/l |
| azotem azotanowym | klasa III i > klasy czystości | klasa II | Wody SG były wysoko obciążone azotem azotanowym (stężenie > 2 mg/l w pkt. 1), co mogło wskazywać na zanieczyszczenia pochodzenia rolniczego, pochodzące z górnej części zlewni. Wykazano znaczną redukcję tej formy azotu, po przejściu wód przez cały system sedymentacyjno-biofiltracyjny (< 0,5 mg/l), w 4 z 7 analizowanych próbek |
Ocena jakości wody pod kątem występowania toksycznych zakwitów z udziałem cyjanotoksyn
Szczególnie poprawę jakości wody pod kątem ilości fitoplanktonu było widać
po okresie ustabilizowania się i „wpracowania” nowoskonstruowanych stref sedymentacyjno-biofiltracyjnych na stawie i w części cieku, tzn. po okresie około 4-5 tygodni od zakończenia prac konstrukcyjnych i wypełnienia stawu ponownie wodą. Analizując wyniki 5 miesięcznego monitoringu (lipiec – listopad) najwyższą ilość fitoplanktonu zaobserwowano w sierpniu, w części stawowej za systemem sedymentacyjno-biofiltracyjnym (pkt. 3a), wówczas to wartość stężenia chlorofilu a (łączna wartość dla sinic, zielenic, okrzemek i kryptofitów) przekroczyła 200 µg/l. Jednakże część systemu sedymentacyjno-biofiltracyjnego usytuowanego na rzece przed wlotem do Jeziora Jelonek spowodowała przeszło dwukrotną redukcję w/w wartości. Sinice, wykryto w każdym punkcie poboru, w całym okresie monitoringowym. Jednakże, ilość sinic w Jeziorze Jelonek, w punkcie poboru usytuowanym niedaleko wlotu oczyszczonej w systemie sedymentacyjno-biofiltracyjnym wody (pkt. 8a) była niska (<10 µg/l). Natomiast potencjał do produkcji mikrocystyn (hepatotoksyn sinicowych) został potwierdzony tylko dla części analizowanych próbek. Nie wykryto niepokojących stężeń mikrocystyn (≥1 µg/l) w Jeziorze Jelonek, w punkcie poboru usytuowanym niedaleko wlotu oczyszczonej przez system wody (pkt. 8a).
Ocena wpływu strefy aktywacji mikrobiologicznej w sekwencyjnym systemie sedymentacyjno-biofiltracyjnym.
W procesie oczyszczania wody populacje rozwijających się mikroorganizmów zmieniały się w miarę upływu czasu związanego z ustabilizowaniem się zainstalowanego systemu sedymentacyjno-biofiltracyjnego. Wyraźnie zwiększała się liczebność promieniowców i grzybów, które poprzez wytwarzanie licznych enzymów mają znaczący udział wśród gatunków wyspecjalizowanych w reakcjach prowadzących do usuwania zanieczyszczeń ze środowiska, utylizacji materii organicznej i mineralizacji, a tym samym stanowią dobry wskaźnik aktywności biologicznej. Ilość promieniowców i grzybów po aplikacji biopreparatu (dodatkowej puli mikroorganizmów) na najwyższym poziomie utrzymywała się wewnątrz zainstalowanego biofiltra (pkt. 6), a w przypadku promieniowców także w stawie, w części sedymentacyjnej (pkt. 2). W miarę działania systemu obniżała się stopniowo, szczególnie wysoka w stawie (pkt. 2), liczebność bakterii kopiotroficznych, uznawanych za organizmy allochtoniczne dla danego środowiska i wymagających do wzrostu obecności substancji organicznych w znacznym stężeniu. Liczebność bakterii oligotroficznych, reagujących negatywnie na zbyt wysokie stężenie węgla i uznawanych za organizmy autochtoniczne w środowisku, pozostawała wyższa, o co najmniej rząd wielkości w porównaniu do bakterii kopiotroficznych, co należy uznać za pozytywny wskaźnik równowagi biologicznej.
Badania nad czystość sanitarną wody, w kierunku wykrywania bakterii zanieczyszczeń ściekowych (bakterii grupy coli, E. coli i paciorkowców kałowych), wskazały, że potencjalne patogeny dostawały się do systemu poprzez Strugę Gnieźnieńską (pkt. 1) z przepełnionej kanalizacji burzowej, kiedy w rejonie prowadzonych badań odnotowano kilkukrotnie intensywne opady deszczu. Bakterie ściekowe kumulowały się jednak w stawie (pkt. 2), który stanowił jednocześnie zabezpieczenie i barierę przed przedostawaniem
się patogenów do dalszych części systemu i do Jeziora Jelonek, gdzie ich liczebność była znacznie mniejsza.
PODSUMOWUJĄC:
- Skonstruowany na Strudze Gnieźnieńskiej system sedymentacyjno-biofiltracyjny przyczynił się do poprawy parametrów fizykochemicznych i biologicznych wody wnoszonej do Jeziora Jelonek.
- Dzięki zastosowanym rozwiązaniom parametry fizyczne takie jak konduktywność czy pH, utrzymywały się w normie przewidzianej dla I klasy czystości.
- Wody przepływające przez skonstruowany system były lepiej natlenione w stosunku
do wód wpływających do systemu. - System wywarł pozytywny efekt na stan mikrobiologiczny wód wpływających do Jeziora Jelonek, w tym:
- na strukturę populacji mikroorganizmów,
- różnorodność,
- funkcjonalność metaboliczną drobnoustrojów,
oraz:
- wpłynął na czystość sanitarną wody,
- ograniczył toksyczne zakwity wody,
- wpłynął korzystnie na stan jeziora,
- pierwszy raz od wielu lat nie wystąpiły na nim zakwity oraz tzw. przyducha.
[1] Warunki tlenowe ze względu na aplikację mikroorganizmów ulegały wahaniom. Jednak w ciągu 2-ch tygodni od aplikacji system wracał do równowagi.