The ways of purifying waste water produced by human society are nowadays a great deal. With the increasing pressure on sustainable construction, technology using principles close to natural processes are at the forefront. Treatment wetlands have been in use for almost 30 years and thanks mainly to developments abroad, they prove they are a suitable option for smaller producers of pollution. When designing a treatment wetland for municipalities with a larger amount of inhabitants, it is necessary to modify the proposal in order to eliminate all types of pollution. This thesis therefore compares three sewage treatment plants with a multistage filtration system. Comparing the achieved parameters will be beneficial for defining the rules for optimal design of these types of wastewater treatment plant.

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 subject of this master thesis is a 300 EP wastewater treatment wetland proposal in Uhřice village. Wetland was designated as the most reasonable available technology for Uhřice village - the selection of a water treating process was preceded by an assessment of the investment plan, achievable results, and service requirement. The introduction part is focused on the area of interests, its basic information and describes the individual object proposal. Object proposal consists of input parametres for dimensioning individual objects and detailed calculations. Part of the thesis includes drawing documentary of individual objects and the complete wastewater treatment wetland as a complex area. The design of the solution is based on the knowledge gained during the bachelor thesis, on research and operational objects that are already designed and on which the Institute of Landscape Water Management in cooperation with the spin-off BUT, Conwe s.r.o. This master thesis will be used as a background for the individual stages of project management in the Uhřice village.

The main aim of this work was to investigate the extent of uranium and radium -fixation and mobilization at the interface of mining influenced surface water and sub-hydric soils, sediment and plant detritus. A freshwater ecosystem (stream channels in an alder swamp forest – Alno-Lemnetum with low residence time shallow ponds) developed directly below a mining site (Neuensalz) and influenced by uranium containing water served as investigation site for the identification of possible fixation and mobilization mechanisms. In addition, investigations were carried out on sediments in a water reservoir downstream of the examined abandoned mining site. It could be shown, that radium concentrations of the examined surface water (2001 – 2004) are only slightly higher compared to the range of geogenic levels for German surface waters, and that its activity concentrations decreased along the investigated flow path. In contrast, uranium concentrations are well above geogenic levels and the concentration level stays high along the whole water pathway through the study area. The U-238:Ra-226 ratio of the examined surface water from the spring to a pond outflow significantly increased. The uranium chain activity concentrations in the sediments determined in this study partly exceeded considerably the regional geogenic level. For the sediment water the 238U: 226Ra ratio in the first part of the flow path is significantly shifted in favor of radium while in the second part the ratio is shifted in favor of uranium. There were indications that the dissolved uranium is transported in the form of soluble carbonate complexes. Radium however is rather fixed under dominantly oxidizing conditions along the mainly turbulent mixed shallow water pathway. The fixation of uranium and radium in the upper section of the pathway (direct below the spring) was found to be inorganically, whereas in the second part organic bonds are more indicated. The influence of allochthonous organic carbon as main metabolic energy source for low order lotic ecosystems on the fixation of uranium was investigated by analyzing, the effects of leaves (coarse particulate organic matter: CPOM) and their degradation products (mainly fine particulate organic matter: FPOM and biofilms etc.). It was found that the highly mobile fraction of uranium in the water pathway, preferably present under the given conditions in the form different uranyl-carbonato-complexes, is efficiently fixed on fresh organic plant material (plant litter, leaves) in the first steps of organic matter decomposition within a few days. But it also can be immobilized relatively stable. It was also found that CPOM is a temporary sink for uranium, which may be sedimented depending on the turbulence flow and discharge. This may contribute to the directional removal of uranium from the water into the sediment. Finally this work analyzed the conditions in the pelagic and benthic zone of the Neuensalz pre dam of the Pöhl reservoir, which is located downstream of the mining site. It presents a periodically stagnant water body with seasonally continuous sedimentation, a possible stable sink of uranium and products of radioactive decay in early diagenesis. Water samples of the pelagic zone and undisturbed sediment cores were taken and analyzed during winter stagnation. The results are discussed in front of seasonal changes in water chemistry and load data. U-238 and Ra-226 showed a culmination of activity concentrations in the sediment horizons from 25 to 35 cm depth, in particular at a centrally located sampling point (K3). At this point highest activity concentrations of 238U were found with a median value of 770 Bq*kg-1 at a depth of 30 cm. At the same location 226Ra shows activity concentrations of 250 Bq*kg-1(median). Based on the Cs-137 dating method a sedimentation rate of 1.5 cm*yr-1 was calculated for the pre-dam Neuensalz sediment. On average sedimentation rates for 238U of 3,7 ± 1,1 kBq*m-2*yr-1 and for 226Ra of 3,5 ± 0,5 kBq*m-2*yr-1 were calculated. Furthermore, a total uranium stock of 68 ± 6 kg per hectare in the sediment was estimated. In connection with a sedimentation period of 23 years, the uranium inventory in the sediments would correspond to a portion of approx. 18 % of the uranium feed by the water influx estimated for the same period. This estimation did not take into account a geogenic portion and other sources like fertilizer. For radium, the situation is reversed. An extrapolation of the cumulative load for the same period results in a lower value by almost a factor of 100 compared to uranium. This compares with a radium inventory in the sediment, which is about 15 times higher than the projected load. This leads to the conclusion that in addition to the supply from the mining legacy also the geogenic background and/or discontinuous particulate import (via storm water stream runoff etc.) has to be considered. The analysis of the bonding stability and related potential mobilization of the sedimentary uranium using sequential chemical extraction shows that most of the uranium is found in the organic fraction over the entire sediment layer, which may be identified as organically bound or as uraninite. In conclusion not only radium is immobilized near to the source but also a relevant share of uranium is permanently fixed even in/on durably deposited organic matter despite eu-trophic conditions with high nitrate load, traceable in deeper sediment layers due to e.g intensive land use.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung und Zielstellung............................................................1 2 Stand des Wissens.......................................................................7 2.1 Natürliche Radionuklide in der Umwelt............................................7 2.1.1 Uran Vorkommen und Verhalten in der Umwelt..............................9 2.1.2 Radium Vorkommen und Verhalten in der Umwelt........................19 3 Material und Methoden...............................................................22 3.1 Untersuchungsgebiet..................................................................22 3.2 Probenahme und Probenvorbereitung...........................................25 3.2.1 Untersuchungen zur Radionuklidverteilung im Abstrom des ehemaligen Uranbergbaugebiets Neuensalz............................................................25 3.2.2 Untersuchungen zur Uranfixierung an abgebautem organischen Substrat...........................................................................................26 3.2.3 Sedimentbeprobung in der Vorsperre Neuensalz............................29 3.3 Analytische Verfahren.................................................................35 3.3.1 Physikalisch-chemische Charakterisierung der Blattproben..............35 3.3.2 Physikalisch-chemische Charakterisierung der Sedimente................38 3.3.3 Mikrowellenaufschluss ................................................................44 3.3.4 Instrumentalanalytische Verfahren...............................................44 3.4 Mathematische Verfahren...........................................................47 3.4.1 Berechnung der Sedimentationsrate.............................................47 3.4.2 Grafische Darstellung der Daten..................................................47 3.4.3 Statistische Berechnungen..........................................................48 4 Ergebnisse und Diskussion..........................................................49 4.1 Auswirkung zunehmender Einträge von Bestandesabfall auf die Festlegung von Radionukliden.............................................................49 4.1.1 Quellen- und Oberflächenwasser..................................................49 4.1.2 Radioaktivitätskonzentration (238U, 226Ra, 210Pb) im Oberflächenwasser entlang der Fließstrecke..........................................54 4.1.3 Urantransportverhalten im Oberflächenwasser entlang der Fließstrecke......................................................................................56 4.1.4 Räumliche Verteilung von Radionukliden (238U, 226Ra und 210Pb) im Gewässersediment entlang der Fließstrecke..........................................60 4.1.5 Maßgebliche Einflussfaktoren für die Fixierung von Radium im Gewässersediment entlang der Fließstrecke..........................................64 4.1.6 Maßgebliche Einflussfaktoren für die Fixierung von Uran im Gewässersediment entlang der Fließstrecke..........................................65 4.2 Einfluss von allochthonem organischen Kohlenstoff und seinen Abbauprodukten auf die Festlegung von Radionukliden...........................69 4.2.1 Anreicherung der Radionuklide 238U, 226Ra, 210Pb sowie 137Cs an der organischen Substanz (CPOM) während des Abbauprozesses.............69 4.2.2 Organisches Material als Senke für Uran während des Abbauprozesses................................................................................71 4.2.3 Spezifischer Einfluss von partikulärem Material und polymeren Kohlenstoffverbindungen im Verlaufe des Laubabbaus auf die Uranfixierung....................................................................................73 4.2.4 Bedeutung des abiotischen Einflusses auf die Uranfestlegung während des Abbauversuches von Laub im Fließgewässer....................................80 4.2.5 Transportverhalten von Uran während des Abbauversuches im Fließgewässer...................................................................................82 4.3 Sediment der Standgewässer als Senke von Uran und seinen Tochternukliden................................................................................87 4.3.1 Radionuklidkonzentration in rezenten Sedimenten der Vorsperre Neuensalz.........................................................................................87 4.3.2 Einflussfaktoren auf die Verteilung von Uran zwischen dem Porenwasser und der Festphase der Sedimente.....................................98 4.3.3 Bindungsformen von Uran und begleitenden Elementen im Sediment........................................................................................117 5 Zusammenfassende Diskussion, Schlussfolgerungen und Ausblick..124 6 Zusammenfassung...................................................................131 7 Literaturverzeichnis..................................................................137 8 Anhang...................................................................................175 / Hauptziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung des Umfangs der Festlegung bzw. Mobilisierung von Uran und Radium an der Grenzfläche von Bergbau beeinflußtem Oberflächenwasser und subhydrischen Böden, Sedimenten sowie Bestandsabfall (Detritus). Als Untersuchungsgebiet zur Identifizierung entsprechender Fixierungs- und Mobilisierungsmechanismen diente ein Süßwasser - Ökosystem (Bach in einem Erlenbruchwald – Alno-Lemnetum – und integrierte flache Teiche mit geringer Verweilzeit) unterhalb eines ehemaligen Uranerzbergbau-Gebietes (Neuensalz), das von uranhaltigem Wasser durchströmt ist. Darüber hinaus Sedimentanalysen eines periodisch stagnierenden Wasserkörpers (Vorsperre der Talsperre Pöhl) im Abstrombereich der untersuchten Bergbaualtlast vorgenommen. Es konnte gezeigt werden, dass die Radiumkonzentration des Oberflächenwassers (2001-2004) geringfügig über der des geogenen Niveaus für deutsche Oberflächenwässer liegt und dass die entsprechende Aktivitätskonzentration von Radium entlang der untersuchten Fließstrecke beginnend mit einer Quelle an einem Tailingdamm deutlich abnimmt. Dagegen liegen die Urankonzentrationen des Oberflächenwassers deutlich über dem geogenen Hintergrund. Seine Aktivitätskonzentrationen bleiben entlang der Fließstrecke weitgehend stabil. Das 238U:226Ra-Verhältnis des Oberflächenwassers wird sich entlang der Fließstrecke von der Quelle unterhalb des Tailingdammes bis zum Abfluss aus der ersten, schwächer durchflossenen kleinen Senke (Forellenteich) erhöht. Die in dieser Arbeit ermittelten Aktivitätskonzentrationen der untersuchten Nuklide der Sedimente lagen zum Teil erheblich über dem geogenen Niveau der Region. Das 238U:226Ra-Verhältnis des Bachsediments ist im ersten Teil der Fließstrecke deutlich zugunsten des Radiums verschoben, während es im zweiten Teil zugunsten von Uran verschoben ist. Dies weist darauf hin, dass das gelöste Uran in Form carbonatischer Komplexe transportiert wird. Radium wird dagegen unter den vorherrschenden oxidierenden Bedingungen entlangder Fließstrecke eher fixiert. Für die Festlegung von Uran und Radium wurde im oberen Teil der Fließstrecke (direkt unterhalb der Quelle) eher auf anorganische Bindungen geschlossen, während die Fixierung im zweiten Teil der Fließstrecke eher organischer Natur ist. Da im Oberlauf von Fließgewässern allochthoner organischer Kohlenstoff die wesentliche die Energiequelle für alle Ökosystemfunktionen bildet und eine besondere Funktion mit Blick auf Untersuchungsziel vermutet werden kann, wurde die Wirkung von Laub (grob- organisches Material: CPOM) und seinen Abbauprodukten (fein-partikuläres organisches Material: FPOM, Biofilm usw.) auf die Fixierung von Uran analysiert. Es wurde festgestellt, dass das im Wasserpfad sehr mobile Uran, welches unter den gegebenen Bedingungen vorzugsweise in verschiedenen Uranyl-Carbonato-Komplexen vorliegt, nicht nur an frischer organischer Substanz pflanzlichen Ursprungs (Bestandesabfall, Laub) im Verlauf biologischen Abbaus effizient gebunden und festgelegt wird, sondern auch sehr stabil immobilisiert werden kann. Es wurde auch ermittelt, dass CPOM ein temporärer Speicher für Uran ist, welcher je nach Fließgeschwindigkeit sedimentieren und damit zum gerichteten Transfer von Uran aus dem Wasser in das Sediment beitragen kann. Der anteilige Austrag über das verstärkt gebildete DOC über den Laubeintrag ist relativ gering. Schließlich wurden die Verhältnisse mit Bezug zur Fragestellung in der pelagischen und benthischen Zone der Vorsperre Neuensalz der Talsperre Pöhl analysiert, die stromabwärts des Bergbaugebietes anschießt. Die Vorsperre stellt einen periodisch stagnierenden Wasserkörper mit saisonaler kontinuierlicher Sedimentation dar und damit eine mögliche stabile Senke für Uran und seine radioaktiven Zerfallsprodukte in der Frühdiagenese. Wasserproben der pelagischen Zone und ungestörte Sedimentkerne wurden in der Phase der Winterstagnation entnommen, analysiert und unter Berücksichtigung saisonaler Unterschiede bezüglich Wasserchemie und Frachtdaten disskutiert. Für U-238 und Ra-226 zeigt sich eine Kulmination der Aktivitätskonzentration in den mittleren Sediment- Horizonten von 25-35 cm Tiefe, insbesondere an der Probenahmestelle K3. Dort fanden sich auch die höchsten Aktivitätskonzentrationen der Vorsperre für 238U mit einem Medianwert von 770 Bq*kg-1 in einer Tiefe von 30 cm. Für Ra-226 fand sich am selben Ort eine Aktivität von 250 Bq*kg-1 (Median). Anhand der Datierung mithilfe der Cs-137 Methode wurde für das Sediment der Vorsperre Neuensalz eine Sedimentationsrate von 1,5 cm*a-1 errechnet. Für Uran ergab sich eine Sedimentationsrate von 3,7 ± 1,1 kBq*m-2*a-1 und für Ra-226 eine solche von 3,50 ± 0,5 kBq*m-2*a-1. Darüber hinaus wurde die im Schnitt ca. 40 cm mächtigen Sedimente ein Uranvorrat von 68 ± 6 kg pro Hektar bilanziert. In Verbindung mit der Dauer des Bilanzzeitraumes der Sedimentation (23 Jahre) entspräche das in der Vorsperre vorgefundene Uraninventar einem Anteil von ca. 18 % der für diesen Zeitraum abgeschätzten Uranfracht im Wasserzufluss, wobei der geogene Anteil des Urans und die Ausbringung von Phosphatdüngemitteln in den Sedimenten noch nicht berücksichtigt ist. Für Radium sind die Verhältnisse umgekehrt. Wenn aus den gegenwärtigen Aktivitätskonzentrationen im Zufluss auf eine kumulative Fracht für den 23-jährigen Bilanzierungs- bzw. Betrachtungszeitraum hochgerechnet wird, ergibt sich ein fast um den Faktor 100 geringerer Wert, verglichen mit Uran. Dem steht ein Radiuminventar im Sediment gegenüber, welches etwa 15-mal größer als diese hochgerechnete Fracht ist. Daraus ist abzuleiten, dass neben der relativ geringen wassergelösten Zufuhr aus der Bergbaualtlast dem gegogenen Hintergrund im sedimentierenden Substrat sowie diskontinuierlich Partikel (über Regenwasserabfluss) Bedeutung beizumessen ist. Bei der Analyse der Bindungsverhältnisse des sedimentären Urans (sequentielle Extraktion) wurde der größte Anteil des Urans im Sediment als Uraninit bzw. als organisch gebunden identifiziert. Insgesamt ist zu schließen, dass nicht nur Radium in der Nähe von Quellen immobilisiert wird, sondern auch Uran eine dauerhafte Fixierung in ständig abgelagertem organischem Material erfährt. Diese Fixierung ist trotz eutropher Bedingungen mit hoher Niratbelastung stabil und in tieferen Sedimentschichten nachweisbar.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung und Zielstellung............................................................1 2 Stand des Wissens.......................................................................7 2.1 Natürliche Radionuklide in der Umwelt............................................7 2.1.1 Uran Vorkommen und Verhalten in der Umwelt..............................9 2.1.2 Radium Vorkommen und Verhalten in der Umwelt........................19 3 Material und Methoden...............................................................22 3.1 Untersuchungsgebiet..................................................................22 3.2 Probenahme und Probenvorbereitung...........................................25 3.2.1 Untersuchungen zur Radionuklidverteilung im Abstrom des ehemaligen Uranbergbaugebiets Neuensalz............................................................25 3.2.2 Untersuchungen zur Uranfixierung an abgebautem organischen Substrat...........................................................................................26 3.2.3 Sedimentbeprobung in der Vorsperre Neuensalz............................29 3.3 Analytische Verfahren.................................................................35 3.3.1 Physikalisch-chemische Charakterisierung der Blattproben..............35 3.3.2 Physikalisch-chemische Charakterisierung der Sedimente................38 3.3.3 Mikrowellenaufschluss ................................................................44 3.3.4 Instrumentalanalytische Verfahren...............................................44 3.4 Mathematische Verfahren...........................................................47 3.4.1 Berechnung der Sedimentationsrate.............................................47 3.4.2 Grafische Darstellung der Daten..................................................47 3.4.3 Statistische Berechnungen..........................................................48 4 Ergebnisse und Diskussion..........................................................49 4.1 Auswirkung zunehmender Einträge von Bestandesabfall auf die Festlegung von Radionukliden.............................................................49 4.1.1 Quellen- und Oberflächenwasser..................................................49 4.1.2 Radioaktivitätskonzentration (238U, 226Ra, 210Pb) im Oberflächenwasser entlang der Fließstrecke..........................................54 4.1.3 Urantransportverhalten im Oberflächenwasser entlang der Fließstrecke......................................................................................56 4.1.4 Räumliche Verteilung von Radionukliden (238U, 226Ra und 210Pb) im Gewässersediment entlang der Fließstrecke..........................................60 4.1.5 Maßgebliche Einflussfaktoren für die Fixierung von Radium im Gewässersediment entlang der Fließstrecke..........................................64 4.1.6 Maßgebliche Einflussfaktoren für die Fixierung von Uran im Gewässersediment entlang der Fließstrecke..........................................65 4.2 Einfluss von allochthonem organischen Kohlenstoff und seinen Abbauprodukten auf die Festlegung von Radionukliden...........................69 4.2.1 Anreicherung der Radionuklide 238U, 226Ra, 210Pb sowie 137Cs an der organischen Substanz (CPOM) während des Abbauprozesses.............69 4.2.2 Organisches Material als Senke für Uran während des Abbauprozesses................................................................................71 4.2.3 Spezifischer Einfluss von partikulärem Material und polymeren Kohlenstoffverbindungen im Verlaufe des Laubabbaus auf die Uranfixierung....................................................................................73 4.2.4 Bedeutung des abiotischen Einflusses auf die Uranfestlegung während des Abbauversuches von Laub im Fließgewässer....................................80 4.2.5 Transportverhalten von Uran während des Abbauversuches im Fließgewässer...................................................................................82 4.3 Sediment der Standgewässer als Senke von Uran und seinen Tochternukliden................................................................................87 4.3.1 Radionuklidkonzentration in rezenten Sedimenten der Vorsperre Neuensalz.........................................................................................87 4.3.2 Einflussfaktoren auf die Verteilung von Uran zwischen dem Porenwasser und der Festphase der Sedimente.....................................98 4.3.3 Bindungsformen von Uran und begleitenden Elementen im Sediment........................................................................................117 5 Zusammenfassende Diskussion, Schlussfolgerungen und Ausblick..124 6 Zusammenfassung...................................................................131 7 Literaturverzeichnis..................................................................137 8 Anhang...................................................................................175

Wetlands within South Africa are an important source of water and nutrients necessary for biological productivity and often the survival of the local people. In a country where the rural communities depend on wetlands for their day to day provision of water, food and materials it has become necessary to understand the functions within wetland systems, so that proper conservation measures can be applied in order to protect and ensure the sustainable use of wetlands. Due to the fact that South Africa has a semi arid climate, thereby affecting the availability of water it is sensible that studies are under-taken in which, more is explored about the water resources, the protection as well as the sustainable use of the wetlands within the region. Despite the fact that the total area which wetlands cover in South Africa is relatively small, the functions which they provide is of fundamental magnitude not only to wildlife but also as an essential part of the human life support system. Wetlands have the ability to regulate regional flow regimes and are often situated in areas of impeded drainage, which may contribute to the regulation of water. It is thus plausible that if headwater/palustrine wetlands are destroyed, many of the streams and rivers which under normal circumstance are perennial, would not only become non- perennial but the consequence of a drought would be far more severe, as well as increasing the risk in flood damage further down the river. In Giants Castle Game Reserve, situated in the KwaZulu-Natal Drakensberg, several palustrine wetlands where studied to identify the geomorphic attributes which contribute to the origin and maintenance of these wetlands. An added motive for the study was the fact that, according to Ramsar, one of the reasons for conserving the Drakensberg wetlands is to ensure the maintenance and production of water quality to KwaZulu-Natal. Seven wetlands within the Boesmans river upper catchment were identified and studied. Soil investigations were undertaken in an effort to determine the driving forces behind the origin and maintenance, as well as to improve the understanding relating to the functioning of the wetlands. The geomorphic attributes which were identified as being important to the genesis and maintenance of wetlands were found to be the following: low relief, soil piping within wetlands, sediment trapping ability of wetlands, the surface roughness of wetlands, channeling within wetlands, organic matter accumulation as well as geological barriers within wetland system. The adaptability of Longmore’s (2001) Hydro-Geomorphic classification to different catchment areas was also tested and was found suitable for these wetlands, although the influence of piping on wetlands evidently requires further investigation and incorporation into classifications. / Dissertation (MA)--University of Pretoria, 2006. / Geography, Geoinformatics and Meteorology / MA / Unrestricted

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Våtmarker förser oss människor med ett stort antal viktiga ekosystemtjänster, såsom vattenrening, vattenreglering, klimatreglering och rekreation. Delvis eftersom många våtmarker försvunnit och försämrats i Sverige under drygt de senaste hundra åren finns ett behov av att restaurera och anlägga våtmarker. Ekosystemtjänsternas värde uttrycks vanligtvis inte på marknaden, och restaureringstakten är för låg. Ett möjligt sätt att hantera detta är att värdera våtmarkers ekosystemtjänster ekonomiskt. Syftet med denna rapport är att utreda hur ekosystemtjänster och de värden de genererar synliggörs och påverkar beslut kring restaurering och anläggning av våtmarker i Sverige. Detta har uppnåtts genom att intervjua tre personer som varit inblandade i restaurering eller anläggning av våtmarker, samt att sammanställa syften som angetts för projekt inom bidragssystemet LONA våtmark. Resultatet visar att förbättring till tillgången till flera olika ekosystemtjänster eftersträvas, bland annat utjämning av vattenflöden, minskning av näringsämnen och rekreation. Våtmarkers ekosystemtjänster har dock sällan värderats och deras värden lyfts inte fram i någon större utsträckning. Hur värdering av ekosystemtjänster skulle kunna användas i större utsträckning vid restaurering och anläggning av våtmarker diskuteras också. / Wetlands provide us humans with a large number of important ecosystem services, such as water purification, water regulation, climate regulation and recreation. Partly because many wetlands have disappeared and deteriorated from Sweden for just over the last hundred years, there is a need to restore and build wetlands. The value of ecosystem services is usually not expressed in the market, and the rate of restoration is too low. One possible way to handle this is to evaluate wetland ecosystem services economically. The purpose of this report is to investigate how ecosystem services and the values they generate are made visible and influence decisions regarding the restoration and construction of wetlands in Sweden. This has been achieved by interviewing three people who have been involved in the restoration or construction of wetlands, as well as compiling objectives stated for projects within the LONA wetland grant system. The results show that improvement in access to several different ecosystem services is sought, including equalization of water flows, reduction of nutrients and recreation. However, wetland ecosystem services have rarely been evaluated and their values are not highlighted to any great extent. How valuation of ecosystem services could be used to a greater extent in the restoration and construction of wetlands is also discussed.

Dissertation (PhD)--University of Stellenbosch, 2006. / ENGLISH ABSTRACT: Constructed wetlands have been widely used in the treatment of industrial and domestic wastewater to reduce biological and chemical oxygen demand (BOD and COD), to remove nitrate and enteric viruses as well as to generally improve water quality. Distillery wastewater has a complex character due to high concentrations of sugars, lignins, hemicellulose, dextrins, resins, polyphenols and organic acids, leading to a high COD that may exceed 100 000 mg/L. The potential application for the treatment of distillery wastewater by means of constructed wetlands is relatively unexplored. In 1999 a study was initiated at Distell Goudini distillery, Western Cape, South Africa, to explore the possibility of using constructed wetlands to treat distillery wastewater. It was found that constructed wetlands do have the ability to treat distillery wastewater providing that the influent COD does not exceed 15 000 mg/L for extended periods and the correct substrate material is used. The present study expanded on the above-mentioned study and specifically aimed to provide information on the microbiological controls in wetland systems in an applied sense that may contribute to improved treatment efficiency. Furthermore, this project aimed to contribute to our fundamental understanding of the microbial ecology of constructed wetlands used for the treatment of distillery wastewater. This study revealed that a highly dynamic microbial composition exists within wetlands. Furthermore it was found that wetlands can efficiently remove COD even though a low degree of similarity exists between microbial communities in various zones of the same wetland and those between different wetlands, as well as low similarity between communities sampled from the same zone over time. This demonstrates that it will be difficult to define the ‘ideal’ degradative community in terms of microbiological criteria and serves as a reminder that various indicators should be considered for monitoring system health. Furthermore the shifts in microbial community composition illustrate the ability of microbial communities to adapt to changes in the environment without compromising their functional efficacy. When studying the attached microbial communities within wetland systems it was found that different morphotypes are detected at certain stages of biofilm development while some organisms are present at most phases of biofilm formation. Measurement of CO2 production and dissolved organic carbon (DOC) removal in laboratory scale columns showed that grazing protists had a notable effect on overall microbial activity and that organic loading influenced these predator-prey interactions. Interestingly, increased clogging of pores occurred in the presence of protists, resulting in reduced flow through the porous matrix. Terminalrestriction fragment length polymorphism (T-RFLP) analysis of biofilms on gravel in experimental wetlands indicated that the presence of protists and algae had an effect on the microbial community composition. Scanning electron microscopy (SEM) showed that the presence of algae also had an influence on biofilm structure suggesting that the algae provided labile nutrients that were utilized by the bacterial and yeast members of the community. Finally, augmentation with a commercial mixture or microbial populations isolated from distillery effluent demonstrated that the concentration at which supplements are applied influence degradative efficiency. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Kunsmatige vleilande word wêreldwyd gebruik in die behandeling van indusriële en huishoudelike afvalwater om biologiese en chemiese suurstof aanvraag (BSA en CSA) te verminder, om nitrate en ingewandsvirusse te verwyder asook om waterkwaliteit in die algemeen te verbeter. Distilleerafvalwater het komplekse eienskappe as gevolg van hoë konsentrasies suiker, lignien, hemisellulose, dekstrien, harpuis, polifenole en organiese sure, wat lei tot ‘n hoë CSA wat 100 000 mg/L kan oorskry. Daar is tot op hede relatief min studies gedoen oor die potensiële gebruik van kunsmatige vleilande vir die behandeling van distilleerafvalwater. In 1999 is ‘n studie by Distell Goudini distilleeraanleg in die Wes Kaap van Suid Afrika onderneem om die moontlikheid van kunsmatige vleilande vir die behandeling van distilleerafvalwater te bestudeer. Daar was bevind dat kunsmatige vleilande die vermoë het om distilleerafvalwater te behandel gegewe dat die invloeiende CSA nie 15 000 mg/L oorskry nie en dat die regte substraat materiaal gebruik word. Die huidige studie het by die bogenoemde studie aangesluit met die doel om informasie oor die mikrobiologiese kontroles in vleilandsisteme op ‘n toegepaste wyse te voorsien, wat tot verbeterde behandeling doeltreffendheid kan lei. Hierdie studie het verder beoog om by te dra tot ons fundementele kennis van die mikrobiese ekologie van kunsmatige vleilande wat gebruik word vir die behandeling van distilleerafvalwater. Dié studie het bevind dat daar ‘n hoogs dinamiese mikrobiese samestelling binne vleilande bestaan. Daar was verder bevind dat CSA steeds effektief deur vleilande verwyder kan word alhoewel daar ‘n lae graad van ooreenstemming is tussen mikrobiese gemeenskappe in verskeie sones van dieselfde vleiland en verskillende vleilande, asook ‘n lae graad van ooreenstemming tussen gemeenskappe wat in dieselfde sone oor tyd gemonster is. Dit demonstreer dat dit moeilik sal wees om die ‘ideale’ degraderende gemeenskap te vind in terme van mikrobiologiese kriteria en dien as ‘n herinnering dat verkeie indikatore in ag geneem moet word om die welstand van ‘n ekologiese sisteem te monitor. Die verskuiwings in mikrobiese gemeenskapsamestelling illustreer verder die vermoë van natuurlike sisteme om aan te pas by veranderinge in die omgewing sonder om funksionele doeltreffendheid te verminder. Die studie van aangehegte mikobiese gemeenskappe het aangedui dat veskillende morfotipes bespeur kan word tydens sekere fases van biofilm formasie terwyl sekere organismes tydens meeste van die fases teenwoordig is. Die bepaling van CO2 produksie en die verwydering van opgeloste organiese koolstof in laboratoriumskaal kolomme het geïlustreer dat voedende protiste ‘n waarneembare effek gehad op die algehele mikrobiese aktiwiteit en dat die organiese lading hierdie predator-prooi interaksie beïnvloed het. Dit was interessant om te vind dat die teenwoordigheid van protiste die verstopping van porieë aangehelp het en dus tot verlaagde vloei deur die poreuse matriks gelei het. Terminale-restriksie fragment lengte polimorfisme (T-RFLP) analiese van biolfilm op klipgruis in eksperimentele vleilande het aangedui dat die teenwoordigheid van protiste en alge ‘n effek gehad het op die mikrobiese gemeenskapsamestelling. Skandeerelektronmikroskopie (SEM) het bewys dat die teenwoordigheid van alge ook ‘n invloed op biofilm struktuur gehad het wat daarop dui dat alge maklik afbreekbare voedingstowwe aan die bakterieë en giste van die mikrobiese gemeenskap beskikbaar gestel het. Laastens was bewys dat die konsentrasie van toevoeging van ‘n kommersiële mikrobiese mengsel of mikrobiese populasies wat uit afvoer geïsoleer was, die effektiwiteit van degradering kan beïnvloed.