The Role of Macrophytes in Constructed Surface-flow Wetlands for Mine Water Treatment : A Review

Titelangaben

Opitz, Joscha ; Alte, Matthias ; Bauer, Martin ; Peiffer, Stefan:
The Role of Macrophytes in Constructed Surface-flow Wetlands for Mine Water Treatment : A Review.
In: Mine Water and the Environment. Bd. 40 (2021) Heft 3 . - S. 587-605.
ISSN 1616-1068
DOI: https://doi.org/10.1007/s10230-021-00779-x

Volltext

Link zum Volltext (externe URL):

Abstract

Constructed wetlands are a standard sustainable technology in waste and mine water treatment. Whereas macrophytes actively contribute to decomposition and/or removal of wastewater’s organic pollutants, removal of hydrolysable metals from mine water is not attributable to direct metabolic, but rather various indirect macrophyte-related mechanisms. These mechanisms result in higher treatment efficiency of (vegetated) wetlands relative to (unvegetated) settling ponds. Contribution of macrophytes to treatment predominantly includes: enhanced biogeochemical oxidation and precipitation of hydrolysable metals due to catalytic reactions and bacterial activity, particularly on immersed macrophyte surfaces; physical filtration of suspended hydrous ferric oxides by dense wetland vegetation down to colloids that are unlikely to gravitationally settle efficiently; scavenging and heteroaggregation of dissolved and colloidal iron, respectively, by plant-derived natural organic matter; and improved hydrodynamics and hydraulic efficiency, considerably augmenting retention and exposure time. The review shows that constructed surface-flow wetlands have considerable advantages that are often underestimated. In addition to treatment enhancement, there are socio-environmental benefits such as aesthetic appearance, biotope/habitat value, and landscape diversity that need to be considered. However, there is currently no quantitative, transferrable approach to adequately describe the effect and magnitude of macrophyte-related benefits on mine water amelioration, let alone clearly assign optimal operational deployment of either settling ponds or wetlands. A better (quantitative) understanding of underlying processes and kinetics is needed to optimise assembly and sizing of settling ponds and wetlands in composite passive mine water treatment systems.

Abstract in weiterer Sprache

Pflanzenkläranlagen (sog. „Wetlands “) sind eine etablierte, nachhaltige Technologie im Bereich der Abwasser- und Grubenwasseraufbereitung. Während den Makrophyten in der Abwasserreinigung eine aktive Rolle bei Abbau bzw. Entfernung organischer Schadstoffe zukommt, ist der Beitrag zur Entfernung hydrolysierbarer Metalle aus Grubenwasser eher indirekter als metabolischer Natur. Nichtsdestotrotz bedingen verschiedene pflanzenbasierte Mechanismen eine höhere Reinigungsleistung und Effizienz von (bepflanzten) Wetlands im Vergleich zu (unbepflanzten) Absetzbecken. Der Beitrag von Makrophyten zur Grubenwasseraufbereitung umfasst insbesondere: Verstärkung der biogeochemischen Oxidation und Ausfällung von hydrolysierbaren Metallen durch katalytische Prozesse und mikrobielle Aktivität insbesondere auf Pflanzenoberflächen; physikalische Filtration von suspendierten Eisenhydroxiden bis hin zu kleinsten, nicht-sedimentierbaren Kolloiden durch den dichten Pflanzenbesatz; Aggregierung und Flockung von gelöstem und kolloidalem Eisen durch partikuläre organische Substanzen; sowie Verbesserung der hydraulischen und hydrodynamischen Eigenschaften des Wetlands, wodurch die Retentions- und Expositionszeit maßgeblich verbessert wird. Das Review zeigt, dass Wetlands gegenüber unbepflanzten Becken deutliche Vorteile aufweisen, welche oftmals unterschätzt werden. Neben der verbesserten Reinigungsleistung sind insbesondere auch sozioökologische Vorzüge wie u.a. das ästhetische Erscheinungsbild, Biotop- und Habitatwert sowie der Beitrag zur landschaftlichen Vielfalt zu berücksichtigen. Allerdings gibt es derzeit keinen übertragbaren Ansatz, um die pflanzenbasierte Verbesserung der Grubenwasseraufbereitung in Wetlands auch quantitativ zu beschreiben. Infolgedessen ist auch die klare Zuordnung der Anforderungen und des Einsatzbereichs von Absetzbecken und Wetlands kaum möglich. Hier ist ein besseres (quantitatives) Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse und Prozesskinetik erforderlich, um die Konzipierung und Bemessung von Absetzbecken und Wetlands in mehrstufigen passiven Systemen zu optimieren.