Constructed Wetland, Challenge-Approach-Design

Document Type : Review Paper

Authors

1 Department of Water Engineering, College of Agriculture, Bu-Ali Sina University

2 Department of Water Engineering, College of Agriculture, Isfahan University of Technology

Abstract

Wastewater/runoff reuse is one of the strategies for sustainable water resource management which, based on the consumption type, requires supplementary treatment and standardization due to a wide range of environmental contaminations. Wastewater recycling not only reduces the pressure on fresh water resources but also is so frugal in comparison to the huge costs and the environmental and socioeconomic impacts of water transfer projects, especially between the basins. Nowadays, the application of bio-methods such as constructed wetlands has increased significantly due to the high cost of conventional wastewater treatment approaches. Constructed wetland systems have different design methods depending on the desired outlook (wastewater or runoff treatment). With regards to the flow patern, the system classifies into free water surface flow, and horizontal and vertical subsurface flow. Design configurations of the constructed wetlands depend on the kinematic description of biological reaction as well as the designer’s knowledge of the flow pattern. In this paper, the related literature is reviewed and the required supplementary treatment of secondary effluent of the treatment plant is presented. Then the performance of different types of constructed wetlands in removal of pollutants is investigated. Finally the principles of constructed wetlands design with the aim of harvesting and treating runoff and wastewater have been thoroughly described. The design criteria are presented based on the observed obstacles for such evolution in the field of water recycling. The feasibility of constructed wetlands is then investigated, especially in arid and semi-arid regions. By presenting the justified plan for the system application, the required measures for site selection of such constructed wetland systems are expressed.

Keywords


 
اخروی، س.س.، (1393)، "بررسی توزیع جریان بر رفتار هیدرولیکی و راندمان تصفیه تالاب مصنوعی"، پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران. 
اخروی، س.س.، اسلامیان، س.س.، و فتحیان‌پور، ن.، (1396)، "مدل‎سازی نوع توزیع جریان ورودی بر رفتار هیدرولیکی داخلی سامانه تالاب مصنوعی زیرسطحی افقی"، دو ماهنامه علمی-پژوهشی آب و فاضلاب، 29(4)، 145-156.
اخروی، س.س.، اسلامیان، س.س.، و فتحیان‌پور، ن.، (1397)، "مطالعه عددی و آزمایشگاهی رفتار هیدرولیکی تالاب مصنوعی زیرسطحی افقی در توزیع‌های متفاوت جریان"، نشریه علمی-پژوهشی آب و خاک، 32(6)، 1041-1054.
اخروی، س.س.، اسلامیان، س.س.، و محمدزاده میاب، ن.، (1394-الف)، "بررسی و مقایسه کارکرد انواع سیستم‌های تالاب مصنوعی در جهت تصفیه پساب"، اولین کنفرانس مهندسی آب با محوریت تجاری‌سازی، کنفرانس و نمایشگاه مهندسی آب، 26-25 مهر ماه، مرکز همایش‌های صدرا تهران.
اخروی، س.س.، اسلامیان، س.س.، فتحیان‌پور، ن.، و حیدرپور، م.، (1394-ب)، "بررسی توزیع جریان بر زمان ماند و رفتار هیدرولیکی تالاب مصنوعی زیرسطحی افقی (مطالعه موردی: اصفهان)"، مجله علوم آب و خاک، 19(74)، 89-100.
اسلامیان، س.س.، و اخروی، س.س.، (1394)، "نگاه کمی به پدیده تغییر اقلیم و راهکارهای سازش با آن"، مجله علمی ترویجی سامانه‌های سطوح آبگیر باران، 8(3)، 15-26.
امینی‌راد، ح.، عظیمی، ع.ا.، ناصری، ن.، و گلبابایی، ف.، (1390)، "تصفیه تکمیلی فاضلاب صنایع داروسازی با استفاده از تالاب مصنوعی، مطالعه موردی کارخانه داروسازی ایران"، کنفرانس بین‌المللی آب و فاضلاب، 6-8 اردیبهشت ماه، شرکت مهندسی آب و فاضلاب کشور، تهران.
سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور، (1383)، طرح مطالعات برنامه‌ سازگاری با اقلیم خشک و نیمه‌خشک، گزارش آب مورد نیاز شهری و روستایی، شرکت مهندسین مشاور جاماب.
مشینچی، پ.، اقدسی‌نیا، ح.، پیغمبردوست، س.ج.، زارعی، م.، رهبری آسیابی، ح.، و محمدیان سودمند، ا.، (1398)، "مروری بر فرآیند جذب سطحی در حذف آلاینده‌های دارویی از محلول‌های آبی و پساب‌ها"، نشریه علمی علوم و مهندسی آب و فاضلاب، 4(4)، 34-50.
معاونت برنامه‌ریزی و نظارت راهبردی رییس جمهور، (1389)، ضوابطزیست‌محیطیاستفادهمجدداز آب‌هایبرگشتیوپساب‌ها، دفتر مهندسی و معیارهای فنی آب و آبفا، نشریه شماره 535.  
وزارت نیرو، (1392)، گزارش طرح کلان ملی دانش و فناوری بازیافت پساب‌های شهری، صنعتی و کشاورزی، شناسایی استانداردها و قوانین جهانی و کشور در زمینه تصفیه و بازیافت پساب‌ها، دانشگاه تهران، ایران.
EPA, (2012), Guidelines for water reuse, EPA Office of Research and Development: Washington, DC, USA.
Eslamian, S., Okhravi, S., and Eslamian, F., (2019), Constructed wetland: Hydraulic design, Taylor and Francis Group, CRC Press, 88 pages.
Fazlolahi, H., and Eslamian, S., (2014), “Using wetland plants in nutrient removal from municipal wastewater”, International Journal of Hydrology Science and Technology, 4(1), 68-80.
Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), (2010), Aquastat database, http://www.fao.org/nr/water/aquastat/main/index.stm
King, A.C., Mitchell, C.A., and Howes, T., (1997), “Hydraulic tracer study in a pilot scale subsurface flow constructed wetland”, Water Science and Technology, 35(5), 189-196.
Lautze, J., Stander, E., Drechsel, P., da Silva, A.K., and Keraita, B., (2014), Global experiences in water reuse, Colombo, Sri Lanka, International Water Management Institute (IWMI), CGIAR Research Program on Water, Land and Ecosystems (WLE), 31p., Resource Recovery and Reuse Series, 4.
Morel, A., and Diener, S., (2006), Grey water management in low and middle-income countries, Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology, Dubendorf, Switzerland.
Okhravi, S., Eslamian, S., and Dalezios, N.R., (2019), “Reducing water shortage crisis through rainwater reuse: lessons learned from ancient toward integrated technology”, International Journal of Hydrology Science and Technology, 9(6), 587-602.
Okhravi, S., Eslamian, S., and Fathianpour, N., (2017), “Assessing the effects of flow distribution on the internal hydraulic behavior of a constructed horizontal subsurface flow wetland using a numerical model and a tracer study”, Ecohydroloy & Hydrobiology, 17(4), 264-273.
Platzer, C., (1998), “Design recommendation for subsurface flow constructed wetlands for nitrification and denitrification”, Proceedings of the 6th International Conference on Wetland Systems for Water Pollution Control, Sao Paulo State, Brazil.
Sato, T., Qadir, M., Yamamoto, S., Endo, T., and Zahoor, A., (2013), “Global, regional, and country level need for data on wastewater generation, treatment, and use”, Agricultural Water Management, 130(2013), 1-13.
Seidel, K., Happel, H., and Graue, G., (1976), Contribution to revitalization of waters, Limnologische Arbeitsgruppe in der Max Planck Gesellschaft, Krefeld Hulserberg, Germany.
Sivakumar, B., (2011), “Water crisis: from conflict to cooperation-an overview”, Hydrological Sciences Journal, 56(4), 531-552.
Su, T.M., Yang, S.C., Shih, S.S., and Lee, H.Y., (2009), “Optimal design for hydraulic efficiency of free-water-surface constructed wetlands”, Ecological Engineering, 35(8), 1200-1207.
Tilley, E., Ulrich, L., Luethi, C., Reymond, P., and Zurbruegg, C., (2014), Compendium of sanitation systems and technologies, 2nd Revised Edition,Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology (Eawag), Duebendorf, Switzerland.
U.N. Water, (2017), Waste water: The untapped resources, facts and figure, The United Nations World Water Development Report.
UNESCO (United Nations Educational, Scientific, and Cultural Organization), (2010), Atlas of transboundary aquifers: Global maps, regional cooperation, and local inventories, International Hydrological Programme, Paris.
UN-HABITAT, (2008), Constructed wetlands manual, UN-HABITAT Water for Asian Cities Programme, Nepal, Kathmandu.
United Nations Department of Economic and Social Affairs, Population Division, (2007), World population prospects: The 2006 revision, highlights, Working Paper No. ESA/P/WP.2