Kluczem do piękna i czystości zbiornika wodnego jest jego właściwe zaprojektowanie oraz  pielęgnacja. Do tego celu warto wybrać techniki opierające się na zasadach ekologii.

Miejskie zbiorniki wodne (niezależnie od tego, czy są budowane w celach retencji wody, jako zbiorniki ozdobne czy też kąpielowe) w zasadzie funkcjonują na tych samych prawach jak naturalne płytkie i niewielkie zbiorniki. Woda, którą miesza wiatr, znajduje się w ciągłym kontakcie z osadami dennymi, a z nimi przedostają się z powrotem do toni wodnej tzw. nutrienty. O ile w głębokich jeziorach biogeny akumulowane są w warstwach dennych i ich dopływ do warstw powierzchniowych zbiornika jest w naturalny sposób ograniczony (np. poprzez tzw. stratyfikację termiczną), o tyle w przypadku zbiorników, w których zjawisko to nie występuje, chcąc uzyskać dobrą jakość wody, należy stosować odpowiednie strategie projektowania czy zarządzania zbiornikiem.

W celu oczyszczania zbiorników wodnych, oprócz stosowania odpowiednich zabiegów (np. biomanipulacji czy usuwania osadów) oraz środków pielęgnacyjnych (np. wytrącających fosforany), wykorzystuje się urządzenia techniczne, wśród których na szczególną uwagę zasługują tzw. filtry bagienne.

Zasady funkcjonowania zbiorników

Produktywność, czyli tzw. stopień trofii, uzależniona jest od stężenia biogenów (np. azotu i fosforu). Od nich zależy to, czy zbiornik będzie szybko zarastał, czy dojdzie do zakwitu glonów i czy powstanie w nim dużo osadów. Związkami mającymi wpływ na produktywność w lądowych ekosystemach wodnych są fosforany. Na podstawie ich stężenia można podzielić wody – niezależnie czy są to zbiorniki naturalne czy sztuczne – na oligotroficzne, eutroficzne i politroficzne.

Zbiorniki oligotroficzne, charakteryzujące się niewielkimi stężeniami fosforanów, odznaczają się stosunkowo niewielką produkcją roślinną. Żyją w nich wyspecjalizowane rośliny oraz występuje raczej mała ilość glonów.

Zbiorniki eutroficzne cechuje znacznie wyższa produktywność. Zależnie od tego, jak dużo występuje w nich roślin wodnych, mogą być one bardzo przezroczyste – szybko jednak zarastają, a biomasa z obumarłych roślin akumulowana jest w formie torfu w strefach przybrzeżnych. Zbiorniki o takiej samej ilości fosforanów, ale pozbawione roślinności wodnej posiadają zieloną, nieprzezroczystą wodę, która na skutek działania zooplanktonu przejściowo bywa przezroczysta (tzw. efekt grazing).

W efekcie obumierania planktonu pojawia się półpłynny muł, czyli osady pokrywające całe dno. Takie wody łatwo ulegają zamąceniu. W okresach zakwitów glonów powierzchnia pokrywa się mało estetycznym, zielonym kożuchem. Dla tych wód charakterystyczne jest występowanie znacznych ilości glonów, tzw. nitkowatych, które często w wyniku wytwarzania sporej ilości tlenu wypływają na powierzchnię zbiornika. Nocą wskutek oddychania szybko dochodzi do niedostatku tlenu, co może spowodować obumieranie wodnych organizmów.

Politrofia odznacza się trwałym zielonym zabarwieniem wody oraz tworzącymi się na jej powierzchni kożuchami. Często spotykane jest seledynowe zabarwienie wody wywoływane przez toksyczne sinice, czemu niejednokrotnie towarzyszy „rybi” zapach. Rosnące w takim stawie rośliny nie są w stanie zmagazynować nutrietów. Permanentny brak tlenu, na skutek rozkładu materii organicznej w zacienionych warstwach, prowadzi do silnych procesów redukcyjnych, którym towarzyszy wydobywanie się gazów o niezbyt przyjemnym zapachu, takich jak metan czy siarkowodór. Konieczne staje się zatem wprowadzenie odpowiedniej roślinności.

Słów kilka o glonach

Glony są integralną częścią ekosystemów wodnych, produkują tlen i stanowią ważny element sieci pokarmowej. Ich masowy rozwój wskazuje na to, że w stawie doszło do zakłócenia równowagi biologicznej. Gdy występuje zbyt dużo miogenów, takich jak: węgiel (C), azot (N), fosfor (P) + światło w stosunku C:N:P 130:15:1 (formuła Redfielda), wówczas powstaje biomasa glonów. W przypadku, kiedy parametry wody ulegają pogorszeniu, dochodzi do zwiększonego występowania glonów.

Jednokomórkowe glony zabarwiają wodę na zielono. Często występują wiosną przed rozpoczęciem sezonu wegetacyjnego roślin wodnych. Większość z nich należy do zielenic. W dobrze funkcjonującym stawie drobne skorupiaki redukują populację glonów pływających (stanowią ich pokarm).

Sinice należą do cyjanobakterii. Pokrywają kamienie, dno i rośliny wodne szybko rozwijającą się powłoką o niebieskawym kolorze. Potrafią wiązać azot atomowy z powietrza. Sinice są trujące, ponieważ produkują toksyczne związki (cyjanotoksyny), które mogą wywoływać uszkodzenia ciała i symptomy zatrucia także u ludzi.

Glony nitkowate, również należące do gromady zielenic, występują w skupiskach na kamieniach i roślinach wodnych lub w formie pływającej „waty”. Można je zaobserwować także na powierzchni wody, głównie wtedy, gdy zredukowano glony pływające bez następującego po tym związania fosforanów. Osiągnięta w ten sposób czysta i przejrzysta woda stwarza optymalne warunki życia dla glonów nitkowatych. Pojawiają się już przy stężeniach fosforanów powyżej 0,01 mg/l. Chętnie osiedlają się w potokach i na wylotach z filtrów, gdyż tam opływa je strumień substancji odżywczych. Najważniejsze gatunki glonów nitkowatych występujących w stawach to skrętnica, gałęzatka, uwikło, zrostnica i mużocja.

Systemy filtracji

Celem stosowania systemów filtracyjnych jest usunięcie z wody ciał stałych, cząsteczek oraz zawiesin, zanim rozłożą się w wodzie i będą obciążały produktami rozkładu cały system. Odpowiednio skonstruowane filtry biorą także udział w usuwaniu substancji odżywczych. W trakcie filtracji wody zachodzą zarówno procesy mechaniczne, fizyczne, biologiczne, jak i chemiczne. Dlatego ze względu na rodzaj procesu zachodzącego w złożu filtracyjnym można wyróżnić filtry do mechanicznego cedzenia zawiesin zawartych w wodzie oraz filtry biologiczne. W tych drugich na ziarnach złoża lub na specjalnie do tego celu spreparowanych powierzchniach zostaje wytworzona błona biologiczna, zawierająca mikroorganizmy wykorzystujące w swych procesach życiowych zanieczyszczenia zawarte w wodzie, chemicznie aktywne oraz sorpcyjne, których materiał filtracyjny wchodzi w reakcje chemiczne z substancjami zawartymi w wodzie.

Uzdatnianie wody może odbywać się in situ, czyli na miejscu, w zbiorniku, oraz ex situ, a więc poza nim. Systemy ex situ dzieli się na trzy grupy: systemy hydrobotaniczne, bagienne oraz systemy pozbawione roślin, oparte na substratach mineralnych.

Najważniejszy z podziałów to rozróżnienie filtrów hydrobotanicznych (z udziałem roślin) oraz glebowych (bez udziału roślin).

Filtry mechaniczne

Filtry mechaniczne przechwytują zanieczyszczenia poprzez osadniki, komory sedymentacyjne, siatki, włókniny, gąbki, szczotki, piaski lub żwiry filtracyjne oraz inne materiały do tego służące. Osadniki służą do wychwytywania zanieczyszczeń stałych (tj. liści i zawiesin) zawartych w wodzie. Działanie osadnika oparte jest na zjawisku sedymentacji, czyli rozdziału fazy „woda – zawiesina” w warunkach przepływu laminarnego.

Filtry biologiczne

Filtry biologiczne wykorzystują zdolność błony biologicznej (biofilmu) do usuwania zanieczyszczeń, w tym rozpuszczonych związków biogennych. Zaliczyć do nich można komory wypełnione materiałem filtracyjnym, filtry hydrobotaniczne, porośniete złoża filtracyjne czy pozbawione roślin filtry mineralne.

Komory filtracyjne zazwyczaj są wypełnione szczotkami filtracyjnymi, specjalnymi włóknami lub plastikowymi kształtkami o dużych powierzchniach. Interesującym rozwiązaniem filtra biologicznego jest tzw. biofilmreaktor. To stosunkowo niewielkie urządzenie składa się z rur wypełnionych nośnikami z tworzywa sztucznego. Jest szczególnie przydatne tam, gdzie inne systemy nie mogą być wprowadzone (np. z uwagi na brak miejsca).

Systemy hydrobotaniczne

W systemach hydrobotanicznych główną rolę w oczyszczaniu wody odgrywają rośliny oraz zooplankton. Wyróżnia się systemy o roślinach wynurzonych (emersyjnych), jak i systemy z wykorzystaniem zanurzonych roślin podwodnych (submersyjnych). Filtry hydrobotaniczne składają się ze zbiorników, w których umieszczono rośliny wynurzone (szuwarowe), takie jak: trzcina, irys bagienny i sit. W filtrach mogą znajdować się także gatunki podwodne, do których zaliczają się: osoka, moczarka, wywłócznik, lub pływające – rzęsa, żabiściek. Oczywiście swe zastosowanie w nich znajdą także rośliny o wynurzonych liściach – grążel, lilia wodna bądź rdestnica, a w krajach tropikalnych – sałata wodna oraz narcyz wodny.

Filtry bagienne

Do najbardziej wydajnych systemów oczyszczania zaliczają się urządzenia ze złożem filtracyjnym, ponieważ oprócz filtrowania przez same rośliny, dochodzi w nich do efektywnego oczyszczania w złożu pokrytym błoną bakteryjną (peryfyton) oraz do reakcji chemicznych z komponentami złoża. Szczególnymi zaletami naturalnych systemów oczyszczania są wysoka stabilność zachodzących w nich procesów, odporność na przeciążenia oraz niedobory wody.

Filtry bagienne submersyjne

Ze względu na kierunek przepływu przez złoże można wyróżnić filtry o przepływie poziomym, pionowym, w kierunku góra-dół oraz dół-góra (filtr inwersyjny), a także filtry o przepływie mieszanym. Urządzenia mogą być budowane jako złoża wynurzone lub podtopione. Natomiast te ostatnie mogą być tworzone z dodatkową strefą hydrobotaniczną na swojej powierzchni. Stosowane w nich rośliny to przede wszystkim trzcina, która posiada system korzeniowy sięgający 1 m głębokości, a także sit, wierzby czy turzyce. Jako materiały filtracyjne wykorzystuje się np. odpowiednio spreparowane gleby ilaste, a także materiały filtracyjne o porowatych powierzchniach, takie jak: lawy, tufy wulkaniczne, keramzyt, żużel i dodatki o właściwościach sorpcyjnych (minerały zawierające żelaza, margle wapienne i dolomity). W profesjonalnie budowanych zbiornikach dobiera się media filtracyjne do właściwości filtrowanej wody, z uwzględnieniem pożądanego efektu oraz przewidywanego okresu działania złoża.

Emersyjny filtr bagienny

Filtry zraszane typu Neptun zalicza się do glebowo-korzeniowych filtrów wertykalnych. Można je zintegrować z naturalnym wyglądem otoczenia. Dostępne są zarówno wersje bez roślin, jak i te porośnięte roślinnością bagienną. Stosuje się je głównie w dużych kąpielowych obiektach publicznych. Gwarantują wysoką jakość uzdatniania, nawet przy intensywnym użytkowaniu. Filtrowane medium dozuje się w sposób pulsacyjny, więc złoże jest dotlenione i panują w nim bardzo korzystne warunki oksydacyjno-redukcyjne.

Często wykorzystuje się komputerowe sterowanie pracą filtra. Najpierw automatycznie dokonywana jest analiza ilościowa, fizyczna oraz chemiczna przeznaczonej do filtrowania wody, a następnie uzyskane poprzez aparaturę kontrolną parametry sterują systemem dozowania medium. Dane o pracy filtrów przesyłane są do serwera firmy, gdzie praca całego systemu jest w pełni monitorowana.

Renaturyzacja i rewitalizacja

Do podstawowych i nowoczesnych strategii zagospodarowywania cieków wodnych na terenach miejskich zaliczane są renaturyzacja (czyli powrót do stanu zbliżonego do naturalnego) oraz rewitalizacja (czyli poprawa w zakresie praktycznie możliwym do zrealizowania, czyli z uwzględnieniem istniejących ograniczeń).

Renaturyzacja polega na przywróceniu pierwotnej dynamiki cieku wodnego poprzez usunięcie umocnień brzegowych, nadanie mu naturalnego kształtu oraz odtworzenie polderów zalewowych. W środowisku miejskim prowadzenie działań renaturyzacyjnych ma na celu zapewnienie bezpieczeństwa przeciwpowodziowego poprzez zwiększenie zdolności retencyjnych. Obok odtwarzania terenów zalewowych przez zwiększanie przekrojów oraz wydłużanie okresu spływu dąży się do poprawy jakości wody. W realizacji tych zadań bardzo przydać się mogą filtry roślinne. Warto wspomnieć, że rośliny bagienne odznaczają się wysokim przyrostem biomasy i mogą być wykorzystywane w celach energetycznych. Filtry hydrofitowe można lokalizować bezpośrednio na ciekach, tworzonych odnogach oraz przy wypływach instalacji kanalizacji deszczowych z osiedli czy dróg. Mogą retencjonować wody na swojej powierzchni (fitry retencyjne) bądź stanowić rodzaj zapory zarówno oczyszczającej, jak i wyrównującej przepływy wody. Istotna jest ochrona środowiska przez odtwarzanie czynnych biologicznie korytarzy i walorów krajobrazowo-estetycznych oraz rekreacyjnych.

 

Marcin Gąsiorowski

architekt krajobrazu