Improvement of Detention Ponds with Respect to Salinity : Optimierung den Draenteichen in Bezug auf die Salinitaet

• Main Author: Omar, Mohie Eldeen Mohamed Ahmed
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: Technische Universität Berlin 2010
• Subjects: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten; Draenteiche; Entsaltzung; Modellierung; Pflanzen; Abwasserreinigung; Wasserlinsen; Duckweeds; Modelling; Phyto; remediation; Ponds; Salinity; Pond Inlet
• Online Access: https://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2639; https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2936

Dränteiche dienen dem Wasserrückhalt, der Reinigung landwirtschaftlicher Dränabflüsse und bieten eine Alternative für die Bereitstellung von Beregnungswasser. Hydraulische Probleme wie Totzonen, Kurzschluss-Strömungen, Verwirbelungen und, besonders in ariden und semiariden Gebieten hohe Salinitäten sowie Verdunstungsverluste sind Herausforderungen für ihre Anwendbarkeit. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Potenzial von Wasserlinsen (Lemnaceae) zur Stoffentnahme bei hohen Salzgehalten untersucht sowie Methoden zur Optimierung von Dränteichen getestet. Klimakammerversuche sowie Freilandexperimente unter humiden Bedingungen zeigten eine Wachstumsbegrenzung mit steigender Salinität, jedoch ein zunehmendes Wachstum bis 1.6 g/l. Die Salz - Entnahme beruht auf der Kinetik 1. Ordnung und betrug 0.5 - 12 %, in Abhängigkeit von der Salinität sowie der Biomasse. K+, Mg+2, Na+, Cl-, und NH4+ wurden unabhängig von der Salzkonzentration aufgenommen, Die NO3- und Ca+2 Aufnahme verrin-gerte sich. Die Verdunstung wurde zu 25 % gesenkt. Numerische Simulationen mit TELEMAC 2D zeigten, dass sich die Anordnung der Wassereinleitung in den Dränteich, die turbulente Viskosität, sowie hohe Dränzuflüsse sowohl auf die Strömung als auch auf den Stoffabbau auswirkten. Die zusätzliche Anordnung von künstlichen Barrieren verbesserte die Effektivität, wobei für den untersuchten Dränteich vier Barrieren mit ca. 70 % der Breite des Dränteiches am effektivsten waren. Die Ergebnisse bieten Lösungen für eine Nutzung in arid/ semi-ariden Gebieten an. Eine Biomasseproduktion der Lemnaceae von größer als 260 g/m2, eine regelmäßige Ernte sowie die individuelle Anpassung der Dränteiche mit Hilfe von Simulationsmodellen werden dabei empfohlen. : Detention ponds can be used for storage, treatment and reuse of agricultural drainage water as one alternative for freshwater in irrigation. Generally, ponds’ hydraulic problems such as dead zones, short - circuiting and swirling and, particularly, water salinity and scarcity in arid/semi - arid areas are challenges facing the ponds’ applicability. The purpose of this work is to investigate the potential of duckweeds (Lemnaceae) for salt and nutrient uptake under different salinities as well as the methods for optimization of detention ponds. Investigations under controlled climate conditions and under natural humid climate conditions with different water salinities showed a significant growth inhibition by salinity, but with a promoted growth up to 1.6 g/l. Salt - removal was a first - order kinetic and ranged from 0.5 - 12 % per day dependent on water salinity and duckweeds’ biomass. K+, Mg+2, Na+, Cl-, and NH4+ have been removed independent on water salinity, but NO3- and Ca+2 removal decreased significantly by salinity increase. Duckweeds saved up to 25 % of the water volume lost by evaporation. Numerical simulations of an actual detention pond in the State of Brandenburg, Germany with the modelling system TELEMAC 2D showed that the pond inlet design, turbulent viscosity, and flood influenced both, the flow and transport processes. Design modification by baffles improved the performance. Four baffles of 70 % of pond width achieved the best performance. In conclusion, detention ponds can be, generally, more effective, sustainable and, particularly, applicable in arid/semi - arid areas, if duckweeds’ species are cultivated with intensity higher than 260 g/m2, harvesting of duckweeds is done regularly, and numerical simulation of every pond is undertaken individually.