This diploma thesis is focused on creation of complex design of constructed wetland for village Bezděčí near Trnávka, which needs to solve the problem of wastewater management. The introductory part of the thesis, which is focused on the research of professional knowledge and information, familiarizes with the problematics of constructed wetlands, focuses on description of technological objects of the constructed wetlands and the description of their functions. Relevant legislation is also mentioned because knowledge of legislation is necessary for the project. The following part of this diploma thesis deals with the design of the constructed wetland itself. Solution of the design is based on the best available technologies that deliver high-quality research results into practice. The proposed root plant meets all the requirements for the quality of the discharged water according to the relevant legislation. An important part of the diploma thesis are annexes, which contain a completely elaborated project documentation for the issuance of a joint permit for the purpose of realization of the new building of a constructed wetland plant for the village Bezděčí near Trnávka.

Subject of this thesis is ecologic wastewater treatment with little organic load. Treated wastewater for infiltration must contain low values of nitrogen. This thesis is about to design two-stage subsurface vertical flow constructed wetland.

The diploma thesis deals with the possibilities of sewerage and wastewater disposal in the recreational centre near Vřesovice. The purpose of the diploma thesis is the elaboration of variant solutions of sewerage, including the proposal of possibilities of wastewater treatment, economic evaluation of variants, their subsequent comparison and recommendation of the most suitable variant. The diploma thesis deals with the design of variants of wastewater treatment with subsequent discharge into surface waters. Finally, the advantages and disadvantages of the individual variants of sewerage are summarized with a comparison of costs and subsequent recommendation of the variant.

The constructed wetlands, which have been being created in the Czech Republic since early 90s, are designed so they do not allow successful removal of ammonia nitrogen. Almost all of these 300 registered constructed wetlands suffer from the colmatage which leads to the lowest effectiveness of treatment in nearly all parameters. The main effort of the Institute of landscape water management is to get rid of bad reputation and to clarify the reason that leads to unsatisfactory conditions of constructed wetlands. The diploma thesis focuses on the selected constructed wetland in Dražovice (850 EO), which removes ammonia nitrogen with the effect just below the limit values in the long term. The pressure of the Morava river basin and Department of environment (Building Authority in Bučovice) has led to the necessity of taking measures leading to the increase of treatment efficiency especially ammonia nitrogen. The diploma thesis includes both, actual project documentation concentrating on the adjustment of watercourse to nitrify ammonia nitrogen, and effective choice of suitable filtration material supported by testing method in situ. The practical part of the thesis deals with the implementation of the technical solution according to the project documentation. The adjustment of the constructed wetland is now nearly before completion. Last adjustments will be taking place during the spring 2017, the final inspection as well as the evaluation of the reconstruction will take place at the end of this year.

Plants in constructed wetlands serve as carriers for attached microbial growth. They mainly transfer oxygen and release exudates into the root zone. As a result, an area exists around the roots (rhizosphere) in which bacteria are stimulated by root growth. Our goals were to ascertain whether stimulating the microbial community only has a local effect on the rhizoplane, and to establish the importance of this stimulation for wastewater purification in the root zone. Observations were carried out in a planted and an unplanted laboratory batch reactor incubated with an artificial wastewater with a high concentration of ammonia. Samples were taken at intervals of 10 mm away from the roots. The chemical and physical conditions and enzyme activities in soil sections at various distances from the roots affecting the efficiency of microbial nitrogen removal were characterized. An influence on the nitrification and denitrification process was detected via several parameters up to a range of different root distances: microbial parameters such as the total bacterial number, respiratory activity, protein and DNA amount seem to be affected by roots up to a distance of 50 mm from the roots, whereas the oxygen concentration, DOC and redox potential are unaffected at a distance exceeding 20-30 mm. This indicates that improved nitrogen removal is also possible in the wider root surroundings. Given the average root-to-root distance of 35 mm, the root-influenced area could therefore be expanded to the whole rooted zone in a constructed wetland.

Treatment wetlands play an important role in reducing nitrogen content in wastewater and agricultural run-off water. The main removal process is denitrification and the removal efficiency depends on the hydrological and microbiological features of the wetland, especially in terms of water residence times and denitrification rates. The aim of this thesis was to increase the understanding of the coupled hydrological and microbiological processes regulating the denitrification capacity. This was done by applying a broad spectrum of analyses methods, including tracer experiment, water flow modeling, denitrification rate measurements, and analyses of the microbial community structures. The tracer experiment and flow modeling revealed that the wetland design, especially the vegetation, largely can affect the water residence time distributions in wetlands. In the investigated wetland, vegetation dominated the water flow, explaining 60-80% of the variance in water residence times, whereas basin shape only explained about 10% of the variance, but also mixing phenomena significantly affected the residence times and could considerably delay solutes. Measured potential denitrification rates in the wetland exhibited significant spatial variations, and the variations were best described by concentration of nitrogen in sediments and water residence time. Analyses of the denitrifying bacteria populations indicated that a few key populations dominated and that the community diversity increased with decreasing nutrient levels and increasing water residence times. Moreover, it was found that denitrification rates in terms of Menten and first order kinetics can be evaluated by fitting a mathematical expression, considering denitrification and other nitrogen transforming processes to measured product formation in nitrate limited experiments. / QC 20101110

<p>Detta examensarbete är utfört på plats i Lajaedo, Brasilien och i anslutning till Sanitário de Lajeado – RS, Brasilien, mellan januari till maj 2010. I samband med denna rapport utfördes två andra examensarbeten inom samma områden. Det är menat att denna rapport skall ligga till grund för framtida projekt och beslut om utökad lakvattenrening.Lajeado ligger i södra Brasilien ca 100 km från atlantkusten. 10 km utanför Lajeado ligger en ung avfallsdeponi på ca 15 000 m2 till ytan med tillhörande lakvattenrening med ett utjämningsmagasin, en syrsättningsbassäng samt sedimentering. Deponin tar emot 42 ton fast kommunalt avfall per dag och har ett lakvattenflöde på genomsnitt 0,5 – 1,0 m3/h.Syftet med denna rapport är att undersöka vilken inverkan vegetation har på reningen av lakvatten inom parametrarna TKN, BOD5 och COD, i småskaliga våtmarker av typen rotzonsanläggning. Då den befintliga reningen på plats har svårt att uppfylla vissa uppsatta lagkrav.Sammansättningen på och mängden av lakvatten beror främst på faktorerna, nederbörd, Temperatur och nedbrytningen i deponin.Vegetationens har många olika betydelser i en rotzonsanläggning. Plantan transporter ner syre till dess rotsystem där syremolekyler diffunderar ut. Vegetation fungerar även som en extern kolkälla vid denitrifikationsteget. Det är viktigt att vegetationen trivs och rotsystemet är välutvecklat, för att få en maximal reduktion av föroreningar i våtmarken.Åtta småskaliga våtmarker byggdes upp i anslutning till lakvattenreningen, i avkapade plasttunnor. Alla våtmarker byggdes upp med unika förutsättningar för att kunna jämföra resultatet. Två olika substrat användes och jämfördes, i fyra kar planterades vegetation och fyra utan, fyra hade kontinuerligt flöde som jämfördes med fyra kar med batch flow.Resultaten visar att växterna inte har någon större inverkan på reningsgraden av BOD5, COD och TKN. Men såg tydliga tecken på högre vattenavdunstning i våtmarkerna med biomassa och generellt högre halter av BOD5, COD och TKN i jämförelse med våtmarkerna utan biomassa. Vegetationen hann inte acklimatisera sig till miljön i våtmarkerna, men det var på god väg. För att få ett bättre resultat och en mer signifikant skillnad mellan våtmarkerna skulle försöken ha pågått under en längre tid. Det behövs mer forskning och projekt under en längre period.Detta examensarbete är utfört på plats i Lajaedo, Brasilien och i anslutning till Sanitário de Lajeado – RS, Brasilien, mellan januari till maj 2010. I samband med denna rapport utfördes två andra examensarbeten inom samma områden. Det är menat att denna rapport skall ligga till grund för framtida projekt och beslut om utökad lakvattenrening.Lajeado ligger i södra Brasilien ca 100 km från atlantkusten. 10 km utanför Lajeado ligger en ung avfallsdeponi på ca 15 000 m2 till ytan med tillhörande lakvattenrening med ett utjämningsmagasin, en syrsättningsbassäng samt sedimentering. Deponin tar emot 42 ton fast kommunalt avfall per dag och har ett lakvattenflöde på genomsnitt 0,5 – 1,0 m3/h.Syftet med denna rapport är att undersöka vilken inverkan vegetation har på reningen av lakvatten inom parametrarna TKN, BOD5 och COD, i småskaliga våtmarker av typen rotzonsanläggning. Då den befintliga reningen på plats har svårt att uppfylla vissa uppsatta lagkrav.Sammansättningen på och mängden av lakvatten beror främst på faktorerna, nederbörd, Temperatur och nedbrytningen i deponin.Vegetationens har många olika betydelser i en rotzonsanläggning. Plantan transporter ner syre till dess rotsystem där syremolekyler diffunderar ut. Vegetation fungerar även som en extern kolkälla vid denitrifikationsteget. Det är viktigt att vegetationen trivs och rotsystemet är välutvecklat, för att få en maximal reduktion av föroreningar i våtmarken.Åtta småskaliga våtmarker byggdes upp i anslutning till lakvattenreningen, i avkapade plasttunnor. Alla våtmarker byggdes upp med unika förutsättningar för att kunna jämföra resultatet. Två olika substrat användes och jämfördes, i fyra kar planterades vegetation och fyra utan, fyra hade kontinuerligt flöde som jämfördes med fyra kar med batch flow.Resultaten visar att växterna inte har någon större inverkan på reningsgraden av BOD5, COD och TKN. Men såg tydliga tecken på högre vattenavdunstning i våtmarkerna med biomassa och generellt högre halter av BOD5, COD och TKN i jämförelse med våtmarkerna utan biomassa. Vegetationen hann inte acklimatisera sig till miljön i våtmarkerna, men det var på god väg. För att få ett bättre resultat och en mer signifikant skillnad mellan våtmarkerna skulle försöken ha pågått under en längre tid. Det behövs mer forskning och projekt under en längre period.</p> / <p>The ability for a subsurface flow constructed wetland system to treat landfill leachate was evaluated in Lajeado, Rio Grande do Sul, Brazil. Eight 0.95 m x 0.6 m experimental (SSF) units with a depth 0.4 m were used. Each wetland had unique conditions. Four units were planted with Typha angustifolia L. and four units were unplanted. Two different substrate dimension were used, four units with sand and four with gravel. Four wetlands operated in batch mode and four units with continuous flow. Batch flow systems were drained and filled up each week. To review vegetations impact on BOD5, COD and nitrogen compounds reduced in a wetland. This project lasted between January until May 2010 and samples were analyzed in April to May in four weeks.The result from this project show higher evapotranspiration water loss in units with planted vegetation and higher effluents concentration of BOD5, COD and nitrogen compounds, than in unplanted units.The ability for a subsurface flow constructed wetland system to treat landfill leachate was evaluated in Lajeado, Rio Grande do Sul, Brazil. Eight 0.95 m x 0.6 m experimental (SSF) units with a depth 0.4 m were used. Each wetland had unique conditions. Four units were planted with Typha angustifolia L. and four units were unplanted. Two different substrate dimension were used, four units with sand and four with gravel. Four wetlands operated in batch mode and four units with continuous flow. Batch flow systems were drained and filled up each week. To review vegetations impact on BOD5, COD and nitrogen compounds reduced in a wetland. This project lasted between January until May 2010 and samples were analyzed in April to May in four weeks.The result from this project show higher evapotranspiration water loss in units with planted vegetation and higher effluents concentration of BOD5, COD and nitrogen compounds, than in unplanted units.</p>

The primary objective of this study was to evaluate the rates of nitrate removal for a nitrate containing, low organic carbon wastewater interacting with four different carbon-containing solid substrates (alder woodchips, corn silage, manure and woodchip biochar). Batch systems were tested for nitrate removal, and systems with a combination of three carbon substrates (75% woodchips, 12.5% silage, and 12.5% manure or woodchip biochar by mass) produced average nitrate removal rates of 571 and 275 mg-N L⁻¹ D⁻¹, and systems containing the carbon substrates individually produced rates between 11.4 - 3.3 mg-N L⁻¹ D⁻¹. Silage proved to be the dominant carbon substrate providing high quantities of organic carbon to fuel denitrification. With the introduction of semi-continuous flow, all systems had nitrate removal rates that converged to 13.3 – 6.4 mg-N L⁻¹ D⁻¹, which is approximately two orders of magnitude smaller than the rates of the mixture systems in the batch experiment. Silage appeared to be removed from of the systems with liquid exchange potentially causing the rate decreases. Columns filled with various volume fractions of woodchips (100%, 25%, 12.5%, and 0%) produced nitrate removal rates between 30.8 – 2.4 mg-N L⁻¹ D⁻¹ at a 24 hour and 12 hour hydraulic residence time (HRT). Greater nitrate removal was achieved with higher HRTs and larger fractions of woodchips (the 100% woodchip system at a 24 hour HRT produced the fastest nitrate removal rate of 30.8 mg-N L⁻¹ D⁻¹). When rates were normalized to the amount of woodchips in each column, higher efficiency was found in lower woodchip fraction systems (the 12.5% woodchip column produced the highest normalized nitrate removal rate of 56 mg-N L⁻¹ D⁻¹ L[subscript woodchips]⁻¹). Woodchips proved to be best suited as a long term carbon substrate for nitrate removal in a system containing a nitrate concentrated, low organic carbon wastewater. However, large amounts of woodchips were necessary to achieve nitrate removal greater than 50%. A 41 acre hypothetical wetland with a 3.3 day HRT and a nitrate influent concentration of 45 mg-N L⁻¹ would require 30,000 yd³ of woodchips to achieve 68% nitrate removal based on the values obtained in the bench scale column experiment. / Graduation date: 2012

The objective of this work was to understand microbial population density and diversity, both spatially and temporally, in wetland mesocosms to gain a better fundamental understanding for use in the optimization and design of constructed wetlands (CWs). A standardized community level physiological profiling (CLPP) data analysis protocol was adapted and utilized for CW mesocosms. A new one-dimensional metric was developed to track community divergence using BIOLOGTM ECO plate data. The method proved easy to use, did not require a background in multivariate statistics, and accurately described community divergence in mesocosm systems. To study mesocosm biofilm-bound bacterial communities an appropriate detachment protocol was required. Various shaking protocols were evaluated for their effectiveness in the detachment of bacteria from mesocosm pea gravel, with a focus on detachment of viable and representative bacterial communities. A protocol based on mechanical shaking with buffer and enzymes was identified as an optimal approach and used further in this study. The bacterial communities associated with the interstitial water, pea gravel media, and rhizospheric regions from both planted and unplanted CW mesocosms were profiled using the CLPP method and compared. Vertical community stratification was observed for all mesocosm systems. Rhizospheric communities were found to be significantly more active than their gravel-associated counterparts, suggesting that although rhizospheric bacteria were less abundant in the mesocosms they may play a more significant role in the removal and fate of water born contaminants. The start-up dynamics of CW mesocosms was investigated using the CLPP and standard CW characterization methods over an eight month period. All mesocosms showed a steep increase in interstitial community divergence until day 75-100, at which point a steady-state was reached. The interstitial communities were also characterized in terms of similarity based on experimental design treatments (planted/unplanted and origin of seeding inoculum). Four stages were identified during the start-up consisting of an initial stage where mesocosm communities were differentiated based on origin of the inoculum, a period where adjustments and shifts occurred in all mesocosm, a time where all mesocosm communities were quite similar, and a final state where community differentiations were made based plant presence in the mesocosms.

Detta examensarbete är utfört på plats i Lajaedo, Brasilien och i anslutning till Sanitário de Lajeado – RS, Brasilien, mellan januari till maj 2010. I samband med denna rapport utfördes två andra examensarbeten inom samma områden. Det är menat att denna rapport skall ligga till grund för framtida projekt och beslut om utökad lakvattenrening.Lajeado ligger i södra Brasilien ca 100 km från atlantkusten. 10 km utanför Lajeado ligger en ung avfallsdeponi på ca 15 000 m2 till ytan med tillhörande lakvattenrening med ett utjämningsmagasin, en syrsättningsbassäng samt sedimentering. Deponin tar emot 42 ton fast kommunalt avfall per dag och har ett lakvattenflöde på genomsnitt 0,5 – 1,0 m3/h.Syftet med denna rapport är att undersöka vilken inverkan vegetation har på reningen av lakvatten inom parametrarna TKN, BOD5 och COD, i småskaliga våtmarker av typen rotzonsanläggning. Då den befintliga reningen på plats har svårt att uppfylla vissa uppsatta lagkrav.Sammansättningen på och mängden av lakvatten beror främst på faktorerna, nederbörd, Temperatur och nedbrytningen i deponin.Vegetationens har många olika betydelser i en rotzonsanläggning. Plantan transporter ner syre till dess rotsystem där syremolekyler diffunderar ut. Vegetation fungerar även som en extern kolkälla vid denitrifikationsteget. Det är viktigt att vegetationen trivs och rotsystemet är välutvecklat, för att få en maximal reduktion av föroreningar i våtmarken.Åtta småskaliga våtmarker byggdes upp i anslutning till lakvattenreningen, i avkapade plasttunnor. Alla våtmarker byggdes upp med unika förutsättningar för att kunna jämföra resultatet. Två olika substrat användes och jämfördes, i fyra kar planterades vegetation och fyra utan, fyra hade kontinuerligt flöde som jämfördes med fyra kar med batch flow.Resultaten visar att växterna inte har någon större inverkan på reningsgraden av BOD5, COD och TKN. Men såg tydliga tecken på högre vattenavdunstning i våtmarkerna med biomassa och generellt högre halter av BOD5, COD och TKN i jämförelse med våtmarkerna utan biomassa. Vegetationen hann inte acklimatisera sig till miljön i våtmarkerna, men det var på god väg. För att få ett bättre resultat och en mer signifikant skillnad mellan våtmarkerna skulle försöken ha pågått under en längre tid. Det behövs mer forskning och projekt under en längre period.Detta examensarbete är utfört på plats i Lajaedo, Brasilien och i anslutning till Sanitário de Lajeado – RS, Brasilien, mellan januari till maj 2010. I samband med denna rapport utfördes två andra examensarbeten inom samma områden. Det är menat att denna rapport skall ligga till grund för framtida projekt och beslut om utökad lakvattenrening.Lajeado ligger i södra Brasilien ca 100 km från atlantkusten. 10 km utanför Lajeado ligger en ung avfallsdeponi på ca 15 000 m2 till ytan med tillhörande lakvattenrening med ett utjämningsmagasin, en syrsättningsbassäng samt sedimentering. Deponin tar emot 42 ton fast kommunalt avfall per dag och har ett lakvattenflöde på genomsnitt 0,5 – 1,0 m3/h.Syftet med denna rapport är att undersöka vilken inverkan vegetation har på reningen av lakvatten inom parametrarna TKN, BOD5 och COD, i småskaliga våtmarker av typen rotzonsanläggning. Då den befintliga reningen på plats har svårt att uppfylla vissa uppsatta lagkrav.Sammansättningen på och mängden av lakvatten beror främst på faktorerna, nederbörd, Temperatur och nedbrytningen i deponin.Vegetationens har många olika betydelser i en rotzonsanläggning. Plantan transporter ner syre till dess rotsystem där syremolekyler diffunderar ut. Vegetation fungerar även som en extern kolkälla vid denitrifikationsteget. Det är viktigt att vegetationen trivs och rotsystemet är välutvecklat, för att få en maximal reduktion av föroreningar i våtmarken.Åtta småskaliga våtmarker byggdes upp i anslutning till lakvattenreningen, i avkapade plasttunnor. Alla våtmarker byggdes upp med unika förutsättningar för att kunna jämföra resultatet. Två olika substrat användes och jämfördes, i fyra kar planterades vegetation och fyra utan, fyra hade kontinuerligt flöde som jämfördes med fyra kar med batch flow.Resultaten visar att växterna inte har någon större inverkan på reningsgraden av BOD5, COD och TKN. Men såg tydliga tecken på högre vattenavdunstning i våtmarkerna med biomassa och generellt högre halter av BOD5, COD och TKN i jämförelse med våtmarkerna utan biomassa. Vegetationen hann inte acklimatisera sig till miljön i våtmarkerna, men det var på god väg. För att få ett bättre resultat och en mer signifikant skillnad mellan våtmarkerna skulle försöken ha pågått under en längre tid. Det behövs mer forskning och projekt under en längre period. / The ability for a subsurface flow constructed wetland system to treat landfill leachate was evaluated in Lajeado, Rio Grande do Sul, Brazil. Eight 0.95 m x 0.6 m experimental (SSF) units with a depth 0.4 m were used. Each wetland had unique conditions. Four units were planted with Typha angustifolia L. and four units were unplanted. Two different substrate dimension were used, four units with sand and four with gravel. Four wetlands operated in batch mode and four units with continuous flow. Batch flow systems were drained and filled up each week. To review vegetations impact on BOD5, COD and nitrogen compounds reduced in a wetland. This project lasted between January until May 2010 and samples were analyzed in April to May in four weeks.The result from this project show higher evapotranspiration water loss in units with planted vegetation and higher effluents concentration of BOD5, COD and nitrogen compounds, than in unplanted units.The ability for a subsurface flow constructed wetland system to treat landfill leachate was evaluated in Lajeado, Rio Grande do Sul, Brazil. Eight 0.95 m x 0.6 m experimental (SSF) units with a depth 0.4 m were used. Each wetland had unique conditions. Four units were planted with Typha angustifolia L. and four units were unplanted. Two different substrate dimension were used, four units with sand and four with gravel. Four wetlands operated in batch mode and four units with continuous flow. Batch flow systems were drained and filled up each week. To review vegetations impact on BOD5, COD and nitrogen compounds reduced in a wetland. This project lasted between January until May 2010 and samples were analyzed in April to May in four weeks.The result from this project show higher evapotranspiration water loss in units with planted vegetation and higher effluents concentration of BOD5, COD and nitrogen compounds, than in unplanted units.