Performance of hybrid constructed wetland for piggery wastewater treatment

The environmental impact of the livestock sector in North-East Italy directly affects water (nitrates accumulation and eutrophication). Through the “Nitrate Directive” (91/676/EEC), the EU aims to reduce water pollution caused or induced by nitrates from agricultural sources. Disposal of animal wastewater is a common problem among local farmers. Land spreading is the usual disposal method but requires sufficient land area in close proximity to the farm. Problems associate with animal wastewater treatment and land application has prompted an urgency to find alternative treatment systems that are technically feasible and economically viable. Hybrid constructed wetlands (HCW) are being considered as an alternative method for livestock wastewater disposal which could reduce the amount of land necessary for terminal land application. This work presents the results of monitoring a full-scale hybrid wetland system operating on a swine farm. The HCW system was composed of three vertical-subsurface flow wetlands (VF) in parallel with a total area of 30 m2, followed by one horizontal-subsurface flow wetland (HF) connected in series (100 m2). During the experimentation (2010-2012), HCW operated under different conditions: seasonal variations (temperature), pollutants concentrations, hydraulic loading rate (HLR), hydraulic retention time (HRT), feeding mode and operational regimes. During the first period (April 2010-July 2010) the system was loaded with 5m3/d of pre-treated piggery wastewater and VF system worked like a “biological filter”. During the second period (October 2010-April 2011), the system was loaded with 5m3/d of raw piggery wastewater, a sequential batch (feed-stay-drain-rest) feed mode in VF system was used. To determine if winter climate conditions influence treatment effectiveness, during the third period (May 2011-July 2012) the system was loaded with 1.7 m3/d of synthetic wastewater. VF system was fed with sequential batch mode with two different operational regimes. Overall concentration reduction obtained by HCW system for COD ranged from 46 to 56%, for total nitrogen from 40 to 54%, for ammonia nitrogen from 43 to 60%, for nitric nitrogen from 21 to 55%, for total phosphorus from 32 to 35% and for orthophosphate from 24 to 34%.L'impatto ambientale del settore zootecnico nel Nord-Est Italia colpisce direttamente l'acqua (accumulo di nitrati e eutrofizzazione). Le limitazioni introdotte dopo l’applicazione della Direttiva CE 91/676 si traducono spesso in un aumento della richiesta di superfici disponibili per la distribuzione dei reflui. In alcune zone, la carenza di terreni e l’elevato carico zootecnico hanno comportato un costo aggiuntivo che gli allevatori devono sostenere per potere disporre di terreni di altri agricoltori dove potere delocalizzare gli effluenti prodotti. Per valutare le possibilità applicative della fitodepurazione per il trattamento dell’azoto nella frazione liquida degli effluenti suini è stato condotto un monitoraggio di un impianto ibrido operante a scala aziendale. L’impianto ibrido di fitodepurazione occupa un’area di 130 m2, è costituito da tre vaschea flusso sub superficiale verticale (VF) operanti in parallelo seguite da una vasca a flusso sub superficiale orizzontale (HF). Durante la sperimentazione (2010-2012) le prestazioni dell’impianto di fitodepurazione sono state valutate variando: condizioni ambientali, concentrazioni e volumi in ingresso, modalità e tempi di carico e scarico delle vasche verticali. Nello specifico durante il primo periodo (Aprile 2010-Luglio 2010) il sistema è stato caricato con 5 m3/giorno di liquame pre-trattato. L’unità verticale ha funzionatocome “filtro biologico”. Nel secondo periodo (Ottobre 2010-Aprile 2011) il sistema è stato caricato con 5 m3/giorno di liquame non pre-trattato in modalità sequenziale batch, alternando fasi di “tutto pieno” e “tutto vuoto” grazie a un sistema di temporizzatori modulari pausa/lavoro a tempi indipendenti. Per valutare l’influenza delle basse temperature sui processi di rimozione dell’azoto, nel terzo periodo (Maggio 2011-Luglio 2012) il sistema è stato caricato con 1.7 m3/giorno di refluo ricostruito in modalitàsequenziale batch. Nel complesso, il sistema ibrido di fitodepurazione ha ridotto le concentrazioni in ingresso del COD dal 46 al 56%, del azoto totale dal 40 al 54%, del azoto ammoniacale dal 43 al 60%, del azoto nitrico dal 21 al 55%, del fosforo totale dal 32 al 35% e del ortofosfato dal 24 al 34%