Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3931
Main Title: Effect of depth and plants on pollutant removal in horizontal subsurface flow constructed wetlands and their application in Ethiopia
Translated Title: Einfluss von Filterschichthöhe und Bepflanzung auf die Schadstoffeliminierung in horizontalen durchströmten Bodenfiltern und deren Anwendung in Äthiopien
Author(s): Ayano, Kinfe Kassa
Referee(s): Barjenbruch, Matthias
Langergraber, Günter
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät VI - Planen Bauen Umwelt
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Die vorliegende Arbeit behandelt die Schadstoffeliminierung, das Nitrifikationspotenzial und das hydrodynamische Verhalten horizontal durchflossener Bodenfilter (subsurface flow-constructed wetlands, HSSFCW) in Abhängigkeit von ihrer Beettiefe und Bepflanzung. Die betreffenden Untersuchungen erfolgten in Langenreichenbach (Deutschland) von September 2010 bis September 2012 und in Arba Minch (Äthiopien) von Juli 2012 bis März 2013. An beiden Standorten wurden unbepflanzte und bepflanzte (planted, p) Bodenfilter mit Beettiefen von 25 cm (H25) und 50 cm (H50) im Pilotmaßstab bei hydraulischen Aufenthaltszeiten (hydraulic resicence time, HRT) von 6 Tagen untersucht. In Arba Minch erfolgten zudem durch Einstellung erhöhter flächenbezogener Belastungsraten (hydraulic loading rate, HLR) Untersuchungen bei HRT von 1,5 Tagen (H25) und 3 Tagen (H50). Während in Arba Minch nur die Influenten und Effluenten untersucht wurden, erfolgten in LRB zusätzlich Analysen von Lösungen verschiedener Probenahmepunkte in den Bodenfiltern selber. Tracer-Studien in LRB belegten einen höheren hydraulischen Wirkungsgrad von Bodenfiltern mit einer Tiefe von nur 25 cm. In Filtern beider Beettiefen zeigte Pflanzenbewuchs diesbezüglich nur geringe Effekte. In LRB waren bei gleichen HRT die flächenbezogenen Eliminierungsraten in Bodenfiltern mit Beettiefen von 50 cm für BSB5, TOC, TN und E. coli signifikant höher als die in Bodenfiltern mit 25 cm Tiefe. Für NH4+-N zeigten sich hier keine Unterschiede. Die volumenbezogenen Eliminierungsraten der Bodenfilter H25p und H50p für TN und NH4+-N waren durch signifikante Unterschiede gekennzeichnet. Hingegen wurden die BSB5, TOC, TN, NH4+-N und E. coli nicht durch die Beettiefe beeinflusst. Der Effekt der Bepflanzung auf die Eliminierung von TN und NH4+-N war im Gegensatz zu der von CBSB5, TOC und E. coli sowohl bei Volumen- als auch Flächenbezug signifikant. Bei gleicher HLR und damit unterschiedlichen HRT differierten in Arba Minch die flächenbezogenen Eliminierungsraten für TSS, BSB5, CSB, TKN, PO43--P und NH4+-N in Bodenfiltern mit 25 cm und 50 cm Bodentiefe nicht signifikant voneinander. Hinsichtlich der volumenbezogenen Raten zeigte sich für TKN eine signifikant höhere Eliminierung in den H25 Becken. Die Bepflanzung wirkte sich hier sowohl auf die flächen- als auch volumenbezogenen Eliminierungsraten von TKN, NH4+-N und PO43-- P positiv aus. Unter Verwendung des P-k-C* Modells war die Konstante kA, bei 20°C für TN und NH4+-N in der Anlage Arba Minch erhöht und der BSB5 in beiden unbepflanzten Becken auf einem ähnlichen Niveau.
This study investigated the effect of depth and plants on pollutant removal in Horizontal Subsurface Flow Constructed Wetlands (HSSFCW). The hydrodynamic behaviour and nitrification potential of the wetlands were also assessed. In order to study the effect of depth and plants on HSSFCW, two independent studies were conducted. The first was from September 2010 to September 2012 at Langenreichenbach (LRB), Germany and the second was from July 2012 to March 2013 in Arba Minch, Ethiopia. At both sites four pilot-scale beds (planted and unplanted) with a water depth of 25 cm and 50 cm were constructed. The systems at LRB were operated at the same hydraulic residence time (HRT) and samples were collected from the influent, effluent and from internal points along the wetland length. At Arba Minch, only inlet and outlet monitoring was conducted at the same HRT and at the same hydraulic loading rate (HLR). Tracer studies in LRB demonstrated that the 25 cm deep systems had higher hydraulic efficiency than the 50 cm deep beds and there was little difference in hydraulic efficiency between planted and unplanted beds at the same depth. At the same HRT (LRB), the areal mass removal rate for CBOD5, TOC, TN and E.coli of 50 cm deep beds were significantly greater than 25 cm deep beds while the NH4+-N was the same. The volumetric mass removal rate was significantly different for TN and NH4+-N between H25p and H50p but the same for CBOD5, TOC, TN, NH4+-N and E.coli with respect to depth. The areal and volumetric mass removal rate of the CBOD5, TOC and E.coli were not significantly different but TN and NH4+-N of planted beds were significantly greater than the unplanted beds. At the same HLR (Arba Minch), the areal mass removal rate of TSS, CBOD5, COD, TKN, PO43--P and NH4+-N were not significantly different for 25 cm and 50 cm deep wetlands. The volumetric mass removal rate of TKN was significantly different but TSS, CBOD5, COD and NH4+-N were not significantly different with respect to the 25 cm and 50 cm deep beds. The areal and volumetric mass removal rate of TSS, COD and CBOD5 were not significantly different between planted and unplanted beds. However, areal and volumetric rates for planted beds were significantly greater than the unplanted beds for TKN, NH4+-N and PO43--P. In conclusion, 25 cm deep beds are more advantageous in performance than 50 cm deep beds at the same hydraulic loading rates. Based on the P-k-C* model, the kA, at 200C of CBOD5 for LRB and Arba Minch were the same for unplanted wetlands at the same HRT and the kA of TN and NH4+-N of the Arba Minch was higher than that of LRB.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-46787
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4228
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3931
Exam Date: 11-Dec-2013
Issue Date: 31-Jan-2014
Date Available: 31-Jan-2014
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften
Subject(s): Flächenbezogene Eliminationsrate
Pflanzenkläranlage
Verdunstung
Tiefeneffekte
häusliche Abwasser
hydraulische Beschickungsrate
semi-arides Klima
Ascaris lumbridous
Äthiopien
Areal mass removal rate
constructed wetland
evapotranspiration
depth effects
domestic wastewater
hydraulic loading rate
semi-arid climate
tracer
Ethiopia
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