أرض رطبة مُصنَّعة

يمكن استخدام الأراضي الرطبة المُصممة لمعالجة مياه الصرف الصحي الخام، ومياه الأمطار، والمخلفات الزراعية والصناعية . تحاكي هذه الأراضي وظائف الأراضي الرطبة الطبيعية في تجميع مياه الأمطار، وتقليل الأحمال الغذائية، وخلق موائل متنوعة للحياة البرية. تُستخدم الأراضي الرطبة المُصممة لمعالجة مياه الصرف الصحي أو المياه الرمادية . ^{[ 6 ]}

تُدرج العديد من الهيئات التنظيمية الأراضي الرطبة المعالجة كواحدة من " أفضل الممارسات الإدارية " الموصى بها للسيطرة على جريان المياه السطحية في المناطق الحضرية . ^{[ 7 ]}

تشمل الأشكال السائدة للنيتروجين في الأراضي الرطبة، والتي تُعدّ ذات أهمية في معالجة مياه الصرف الصحي ، النيتروجين العضوي ، والأمونيا ، والأمونيوم ، والنترات ، والنتريت . ويُشير مصطلح النيتروجين الكلي إلى جميع أنواع النيتروجين . وتُعدّ إزالة النيتروجين من مياه الصرف الصحي أمرًا بالغ الأهمية نظرًا لسمية الأمونيا للأسماك عند تصريفها في المجاري المائية. ويُعتقد أن زيادة النترات في مياه الشرب تُسبب ميثيموغلوبين الدم لدى الرضع، مما يُقلل من قدرة الدم على نقل الأكسجين. علاوة على ذلك، يُؤدي الإفراط في إدخال النيتروجين من مصادر محددة وغير محددة إلى المياه السطحية إلى تعزيز ظاهرة التخثث في الأنهار والبحيرات والمصبات والمحيطات الساحلية، مما يُسبب العديد من المشاكل في النظم البيئية المائية، مثل ازدهار الطحالب السامة، ونقص الأكسجين في الماء، ونفوق الأسماك، وفقدان التنوع البيولوجي المائي. ^{[ 10 ]}

تتم إزالة الأمونيا في الأراضي الرطبة المُصممة - إذا صُممت لتحقيق الإزالة البيولوجية للمغذيات - بطرق مشابهة لتلك المتبعة في محطات معالجة مياه الصرف الصحي ، باستثناء عدم الحاجة إلى إضافة الهواء (الأكسجين) خارجيًا، وهو ما يتطلب طاقة كبيرة. ^{[ 6 ]} وهي عملية ثنائية المراحل، تتكون من النترجة متبوعةً بإزالة النتروجين . وتكتمل دورة النيتروجين على النحو التالي: تتحول الأمونيا الموجودة في مياه الصرف الصحي إلى أيونات الأمونيوم؛ ثم تقوم بكتيريا نيتروسوموناس الهوائية بأكسدة الأمونيوم إلى نتريت؛ ثم تقوم بكتيريا نيتروباكتر بتحويل النتريت إلى نترات. وفي ظل الظروف اللاهوائية، تُختزل النترات إلى غاز نيتروجين غير ضار نسبيًا، والذي ينطلق إلى الغلاف الجوي.

يوجد الفوسفور طبيعياً في صورتين: عضوية وغير عضوية. ويُشار إلى المقياس التحليلي للفوسفات المتاح بيولوجياً باسم الفوسفور التفاعلي الذائب (SR-P). ولا يكون الفوسفور العضوي الذائب، ولا الأشكال غير الذائبة من الفوسفور العضوي وغير العضوي، متاحاً بيولوجياً بشكل عام إلا بعد تحوله إلى أشكال غير عضوية ذائبة. ^{[ 13 ]}

في النظم البيئية المائية العذبة ، يُعدّ الفوسفور عادةً العنصر الغذائي الرئيسي المحدد. في الظروف الطبيعية غير المضطربة، يكون الفوسفور نادرًا. ويتجلى هذا النقص الطبيعي في النمو الهائل للطحالب في المياه التي تستقبل كميات كبيرة من النفايات الغنية بالفوسفور. ولأن الفوسفور لا يحتوي على مكون جوي، على عكس النيتروجين، يمكن وصف دورة الفوسفور بأنها مغلقة. ولا يمكن إزالة الفوسفور وتخزينه من مياه الصرف الصحي إلا داخل الأراضي الرطبة المُنشأة نفسها. ويمكن عزل الفوسفور داخل نظام الأراضي الرطبة عن طريق:

1. ارتباط الفوسفور بالمادة العضوية نتيجة اندماجه في الكتلة الحيوية الحية،
2. ترسب الفوسفات غير القابلة للذوبان مع ^{الحديديك} والكالسيوم والألومنيوم الموجودة في تربة الأراضي الرطبة . [ ^{13 ]}

استُخدمت الأراضي الرطبة المُصممة على نطاق واسع لإزالة المعادن وأشباه المعادن الذائبة . ورغم أن هذه الملوثات شائعة في مياه الصرف من المناجم، إلا أنها توجد أيضاً في مياه الأمطار ، ومياه الرشح من مدافن النفايات، ومصادر أخرى (مثل مياه الرشح أو مياه غسل ​​FDG في محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم )، والتي أُنشئت لها أراضي رطبة خاصة بمعالجة المناجم. ^{[ 15 ]}

لم تُصمم الأراضي الرطبة المُنشأة لإزالة مسببات الأمراض، ولكنها صُممت لإزالة مكونات أخرى تؤثر على جودة المياه مثل المواد الصلبة العالقة والمواد العضوية (الطلب البيولوجي على الأكسجين والطلب الكيميائي على الأكسجين) والمغذيات (النيتروجين والفوسفور). ^{[ 3 ]}

من المتوقع إزالة جميع أنواع مسببات الأمراض في الأراضي الرطبة المُصممة؛ إلا أنه من المتوقع إزالة كمية أكبر من مسببات الأمراض في الأراضي الرطبة تحت السطحية. في الأراضي الرطبة ذات التدفق السطحي الحر، يمكن توقع انخفاض في مسببات الأمراض بمقدار 1 إلى 2 لوغاريتم عشري ؛ ومع ذلك، قد تكون إزالة البكتيريا والفيروسات أقل من 1 لوغاريتم عشري في الأنظمة المزروعة بكثافة بالنباتات. ^{[ 3 ]} ويعود ذلك إلى أن الأراضي الرطبة المُصممة عادةً ما تتضمن نباتات تساعد في إزالة ملوثات أخرى مثل النيتروجين والفوسفور. لذلك، تقل أهمية التعرض لأشعة الشمس في إزالة الفيروسات والبكتيريا في هذه الأنظمة. ^{[ 3 ]}

تشير التقارير إلى أن معدل إزالة الملوثات في الأراضي الرطبة ذات التدفق السطحي الحر، المصممة والمُدارة بشكل سليم، يقل عن 1 إلى 2 لوغاريتم عشري للبكتيريا، وأقل من 1 إلى 2 لوغاريتم عشري للفيروسات، و1 إلى 2 لوغاريتم عشري للأوليات، و1 إلى 2 لوغاريتم عشري للديدان الطفيلية. ^{[ 3 ]} أما في الأراضي الرطبة ذات التدفق تحت السطحي، فيُتوقع أن تتراوح إزالة مسببات الأمراض بين 1 إلى 3 لوغاريتم عشري للبكتيريا، و1 إلى 2 لوغاريتم عشري للفيروسات، و2 لوغاريتم عشري للأوليات، و2 لوغاريتم عشري للديدان الطفيلية. ^{[ 3 ]}

يمكن فهم كفاءات الإزالة log10 المذكورة هنا أيضًا من حيث الطريقة الشائعة للإبلاغ عن كفاءات الإزالة كنسب مئوية: 1 log10 إزالة يعادل كفاءة إزالة بنسبة 90٪؛ 2 log10 = 99٪؛ 3 log10 = 99.9٪؛ 4 log10 = 99.99٪ وهكذا. ^{[ 6 ]}

في الأراضي الرطبة المُصممة ذات التدفق تحت السطحي، يتدفق ماء الصرف الصحي بين جذور النباتات دون أن يطفو على السطح (إذ يبقى تحت طبقة من الحصى). ونتيجةً لذلك، يكون النظام أكثر كفاءة، ولا يجذب البعوض، وأقل رائحةً، وأقل تأثراً بظروف الشتاء. كما أنه يتطلب مساحةً أقل لتنقية المياه. أما من عيوب هذا النظام، فهي مداخل المياه التي قد تنسد أو تتراكم فيها الكائنات الحية الدقيقة بسهولة، مع أن استخدام بعض الحصى الأكبر حجماً غالباً ما يحل هذه المشكلة.

يمكن تصنيف الأراضي الرطبة ذات التدفق تحت السطحي إلى نوعين: الأراضي الرطبة ذات التدفق الأفقي والأراضي الرطبة ذات التدفق الرأسي. في الأراضي الرطبة ذات التدفق الرأسي، يتحرك السائل الخارج عموديًا من الطبقة المزروعة إلى أسفل عبر الركيزة ثم إلى الخارج (مما يتطلب مضخات هواء لتهوية الطبقة). ^{[ 20 ]} أما في الأراضي الرطبة ذات التدفق الأفقي، فيتحرك السائل الخارج أفقيًا بفعل الجاذبية، موازيًا للسطح، دون وجود مياه سطحية، وبالتالي تجنب تكاثر البعوض. تُعتبر الأراضي الرطبة ذات التدفق الرأسي أكثر كفاءة وتتطلب مساحة أقل مقارنةً بالأراضي الرطبة ذات التدفق الأفقي. مع ذلك، فهي تحتاج إلى تحميل دوري، ويتطلب تصميمها خبرة أكبر، بينما تستطيع الأراضي الرطبة ذات التدفق الأفقي استقبال مياه الصرف الصحي بشكل مستمر، كما أنها أسهل في الإنشاء. ^{[ 4 ]}

نظراً لزيادة الكفاءة، فإن الأراضي الرطبة المبنية تحت السطح ذات التدفق الرأسي لا تتطلب سوى حوالي 3 أمتار مربعة (32 قدم مربع ) من المساحة لكل شخص ، وصولاً إلى 1.5 متر مربع في المناخات الحارة. ^{[ 4 ]}  

يجمع "النظام الفرنسي" بين المعالجة الأولية والثانوية لمياه الصرف الصحي الخام. تمر المياه المعالجة عبر طبقات ترشيح متعددة تتناقص فيها أحجام الحبيبات تدريجياً (من الحصى إلى الرمل). ^{[ 4 ]}

يمكن استخدام الأراضي الرطبة ذات التدفق السطحي، والمعروفة أيضًا بالأراضي الرطبة الاصطناعية ذات السطح المائي الحر، للمعالجة الثلاثية أو تنقية مياه الصرف الصحي الخارجة من محطات معالجة مياه الصرف الصحي . ^{[ 21 ]} كما أنها مناسبة لمعالجة مياه الأمطار.

تتميز الأراضي الرطبة المُصممة ذات التدفق السطحي بتدفق أفقي لمياه الصرف الصحي عبر جذور النباتات، بدلاً من التدفق الرأسي. وهي تتطلب مساحة أكبر نسبياً لتنقية المياه مقارنةً بالأراضي الرطبة المُصممة ذات التدفق تحت السطحي، وقد تزداد فيها الروائح الكريهة ويقل أداؤها في فصل الشتاء.

تتشابه الأراضي الرطبة ذات التدفق السطحي في مظهرها مع البرك المستخدمة في معالجة مياه الصرف الصحي (مثل " برك تثبيت النفايات ")، ولكنها لا تُصنف في الأدبيات التقنية على أنها برك. ^{[ 22 ]}

تُقضى على مسببات الأمراض بفعل التحلل الطبيعي، والافتراس من قِبَل الكائنات الحية العليا، والترسيب، والأشعة فوق البنفسجية نظرًا لتعرض الماء لأشعة الشمس المباشرة. ^{[ 3 ]} طبقة التربة أسفل الماء لاهوائية، لكن جذور النباتات تُطلق الأكسجين حولها، مما يسمح بحدوث تفاعلات بيولوجية وكيميائية معقدة. ^{[ 23 ]}

يمكن دعم الأراضي الرطبة ذات التدفق السطحي بواسطة مجموعة متنوعة من أنواع التربة بما في ذلك طين الخليج وأنواع الطين الطميي الأخرى .

تُستخدم نباتات مثل زهرة النيل ( Eichhornia crassipes ) و Pontederia spp. في جميع أنحاء العالم (على الرغم من أن نباتات Typha و Phragmites شديدة الغزو).

مع ذلك، قد تُشجع الأراضي الرطبة المُنشأة ذات التدفق السطحي على تكاثر البعوض. كما قد تُنتج كميات كبيرة من الطحالب مما يُقلل من جودة المياه المُعالجة، وبسبب وجود البعوض والروائح الكريهة على سطح المياه المكشوفة، يصعب دمجها في الأحياء الحضرية.

• 
  أرض رطبة تم إنشاؤها حديثًا
• 
  نفس الأراضي الرطبة المُنشأة، بعد عامين

من الممكن الجمع بين أنواع مختلفة من الأراضي الرطبة المُنشأة للاستفادة من المزايا الخاصة لكل نظام. ^{[ 4 ]}

الأراضي الرطبة المُنشأة المتكاملة هي أراضي رطبة غير مُبطنة ذات تدفق سطحي حر، تحتوي على مناطق نباتية ناشئة ومواد تربة محلية. لا تقتصر أهدافها على معالجة مياه الصرف الصحي من المزارع وغيرها من مصادر مياه الصرف الصحي فحسب، بل تشمل أيضًا دمج بنية الأراضي الرطبة في المشهد الطبيعي وتعزيز تنوعه البيولوجي . ^{[ 24 ]}

قد تُشكّل أنظمة معالجة المياه المتكاملة في الأراضي الرطبة المُنشأة أنظمةً أكثر فعاليةً مقارنةً بأنواع الأراضي الرطبة المُنشأة الأخرى. ^{[ 25 ] [ 26 ] [ 24 ]} ويعود ذلك إلى التعقيد البيولوجي الأكبر، واستخدام مساحة أرضية أكبر نسبيًا، وما يرتبط بذلك من فترة مكوث هيدروليكي أطول في الأراضي الرطبة المتكاملة مقارنةً بالأراضي الرطبة المُنشأة التقليدية. ^{[ 27 ]}

تُستخدم الأراضي الرطبة الاصطناعية المتكاملة في أيرلندا والمملكة المتحدة والولايات المتحدة منذ حوالي عام 2007. أما الأراضي الرطبة الاصطناعية الزراعية، وهي نوع فرعي من الأراضي الرطبة الاصطناعية المتكاملة، فيتم الترويج لها من قبل وكالة حماية البيئة الاسكتلندية ووكالة البيئة في أيرلندا الشمالية منذ عام 2008. ^{[ 27 ]}

يُمكن لتصميم الأراضي الرطبة المُنشأة أن يُؤثر بشكل كبير على البيئة المُحيطة بها. ويتطلب بناؤها مجموعة واسعة من المهارات والمعارف، وقد يُلحق ضرراً بالغاً بالموقع إذا لم يُنفذ بشكل صحيح. وتتطلب عملية التصميم هذه خبرة واسعة من مختلف التخصصات، بدءاً من المهندسين المدنيين ووصولاً إلى علماء المياه وعلماء الأحياء البرية ومهندسي تنسيق المواقع . يُمكن لمهندس تنسيق المواقع الاستفادة من مجموعة واسعة من المهارات للمساعدة في إنجاز مهمة إنشاء الأراضي الرطبة، وهي مهارات قد لا تخطر على بال التخصصات الأخرى. كما أن مهندسي تنسيق المواقع البيئية مؤهلون أيضاً لوضع تصاميم ترميم الأراضي الرطبة بالتنسيق مع علماء الأراضي الرطبة، مما يُعزز قيمة المشروع لدى المجتمع ويُزيد من تقديره من خلال تصميم مداخل وتفسيرات ومناظر مُلائمة للمشروع. ^{[ 28 ]} ولهندسة تنسيق المواقع تاريخ طويل من الاهتمام بالبعد الجمالي للأراضي الرطبة. كما يُقدم مهندسو تنسيق المواقع التوجيه اللازم بشأن القوانين واللوائح المُتعلقة بإنشاء الأراضي الرطبة. ^{[ 29 ]}

تعتبر نباتات التيفاس والقصب الأنواع الرئيسية المستخدمة في الأراضي الرطبة المصممة نظراً لفعاليتها، على الرغم من أنها قد تكون غازية خارج نطاقها الأصلي.

في أمريكا الشمالية، يُعدّ نبات البردي ( Typha latifolia ) شائعًا في الأراضي الرطبة المُصممة نظرًا لانتشاره الواسع، وقدرته على النمو في أعماق مائية مختلفة، وسهولة نقله وزراعته، وتحمله الواسع لتركيبات المياه (بما في ذلك درجة الحموضة، والملوحة، والأكسجين المذاب، وتركيزات الملوثات). أما في مناطق أخرى، فيُعدّ نبات القصب الشائع ( Phragmites australis ) شائعًا (سواء في معالجة المياه السوداء أو في أنظمة معالجة المياه الرمادية لتنقية مياه الصرف الصحي).

عادة ما تكون النباتات محلية في ذلك الموقع لأسباب بيئية ولتحقيق الأداء الأمثل.

• 
  أرض رطبة مزروعة حديثاً لمعالجة المياه السوداء (ليما، بيرو)
• 
  تشير الجذور الكبيرة لهذا النبات المقتلع الذي ينمو في الأراضي الرطبة المصممة إلى أنه نبات سليم (ليما، بيرو)
• 
  نظام هجين يستخدم تقنية Flowforms في بركة معالجة المياه في النرويج .

يمكن إضافة الأسماك المفترسة التي تربى محلياً إلى الأراضي الرطبة المبنية ذات التدفق السطحي للقضاء على الآفات أو الحد منها ، مثل البعوض .

توفر الأراضي الرطبة التي تتجمع فيها مياه الأمطار موطناً للبرمائيات، لكن الملوثات التي تتراكم فيها يمكن أن تؤثر على بقاء المراحل اليرقية، مما قد يجعلها بمثابة " مصائد بيئية ". ^{[ 30 ]}

يبلغ إجمالي عدد الأراضي الرطبة المُنشأة في النمسا 5450 أرضًا (في عام 2015). ^{[ 32 ]} وبسبب المتطلبات القانونية (النترجة)، تُطبَّق في النمسا الأراضي الرطبة المُنشأة ذات التدفق الرأسي فقط، نظرًا لأدائها الأفضل في النترجة مقارنةً بالأراضي الرطبة المُنشأة ذات التدفق الأفقي. يبلغ حجم حوالي 100 أرض رطبة فقط من هذه الأراضي المُنشأة ما يعادل 50 نسمة أو أكثر. أما محطات المعالجة المتبقية البالغ عددها 5350 محطة، فهي أصغر من ذلك. ^{[ 32 ]}

كجزء من جهود المعالجة لإزالة التلوث من قاعدة غوس باي البحرية ، تم تحويل أحد مكبات النفايات إلى أرض رطبة مصممة هندسيًا. ^{[ 33 ]}

في عام 2023، طبقت مقاطعة كليرووتر أول نظام لمعالجة مياه الصرف الصحي في الأراضي الرطبة باستخدام المرشحات الحيوية في المقاطعة. ^{[ 34 ]} يستخدم النظام نوعين من الأراضي الرطبة الاصطناعية تحت السطحية لإجراء معالجة مياه الصرف الصحي الهوائية واللاهوائية .