پروژه تحقیقاتی تصفیه فاضلاب به روش نیزار (وتلند) توسط گروه تحقیقاتی مشاور در استان خوزستان

 

لزوم تصفيه فاضلاب را مي توان به صورت زير خلاصه کرد:
1- جلوگيري از آلوده شدن منابع آبهاي سطحي و زير زميني.
2- ارتقاي سطح بهداشت عمومي و بهداشت محيط زيست از طريق جلوگيري از وارد شدن مواد آلوده کننده به محيط.
3- بازيافت حجم قابل ملاحظه اي از آبهاي به ظاهر زايد و غير قابل استفاده و کاربرد آن در امر کشاورزي و فضاي سبز که اين امر به خاطر بیلان آبی کشور، اخيرا از اهميت بالائي برخوردار است.
انتخاب فرآیند تصفیه
در انتخاب فرآیند تصفیه عوامل و نکات موثر از جمله موارد زیر در نظر گرفته می شود:
-   مشخصات کمی و کیفی فاضلاب ورودی.
-   ضوابط و استانداردهای تخلیه فاضلاب در حال و آینده.
-   موقعیت و وضع توپوگرافی محل تصفیه خانه.
-   اثرات شرایط اقلیمی قابلیت و موجودیت زمین.
-   پیش بینی فضای لازم برای توسعه آینده تصفیه خانه.
-   اثرات فاضلاب های صنعتی که پیش بینی می شود همراه با فاضلاب شهری به تصفیه خانه برسد.
-   دفع نهایی لجن.
-   هزینه های سرمایه گذاری.
-   هزینه های بهره برداری و نگهداری تاسیسات شامل هزینه انرژی مورد نیاز.
-   پیچیدگی فرآیند با توجه به امکانات پرسنلی و فنی بهره برداری.
-   اثرات محیطی ناشی از احداث تصفیه خانه در استفاده از اراضی مجاور در حال و آینده.
فرآيندهاي تصفيه بيولوژيكي
روشهای بيولوژيكي اصلی مورد استفاده فاضلاب به پنج گروه تقسيم مي شوند:
روشهای هوازي.
روشهای بي هوازي.
روشهای غیر هوازی(Anoxic).
روشهای مركب بي هوازي و هوازي.
روشهای برکه ای.
روشهای تصفیه به کمک زمین.
-روش تصفيه توسط زمين يا Land treatment.
روشهای طبیعی تصفیه فاضلاب.
بطور کلی سه فرآیند فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیک نیز برای تصفیه فاضلاب در طبیعت انجام می گیرد که این فرآیندها در اثر تأثیرات میکروارگانیسم ها، خاک، آب، گیاهان و اتمسفر بر یکدیگر صورت می پذیرد. به طوری که فرآیندهایی که در این میان اتفاق می افتد شبیه آنچه است که در روشهای مصنوعی وجود دارد. یعنی رسوب دهی و ته نشینی، صاف کردن، جذب، انتقال گاز، تبادل یونی، اکسیداسیون و احیاء و همچنین تجزیه و تبدیل بیولوژیک به علاوه فعالیت های دیگر از قبیل فتوسنتز، فتواکسیداسیون و مصرف و جذب مواد آلاینده توسط گیاهان.
قابلیت های بالقوه سیستم های تصفیه طبیعی
فرآیندهای طبیعی همانند دیگر روشها دارای قابلیت هایی می باشند که از مهمترین آنها می توان به موارد زیر اشاره نمود:
1 -  استفاده کامل از کنش و واکنشهای طبیعی.
2 – عدم نیاز به سایر منابع انرژی برای انجام واکنش های اصلی فرآیند.
3 – کم هزینه ترین روش برای مراحل تصفیه ثانویه و پیشرفته فاضلاب.
4 – سادگی بهره برداری و نیاز اندک به نیروهای متخصص.
5 – نیاز اندک به انرژی الکتریکی برای نگهداری و بهره برداری از سیستم.
6 – تولید کمتر لجن نسبت به سایر روشهای تصفیه مکانیکی.
روشهای طبیعی تصفیه فاضلاب عبارتند از:
الف – سیستم های توزیع کننده فاضلاب در سطح زمین (تصفیه به کمک زمین).
– نفوذ کند و آرام در زمین.
– نفوذ سریع در زمین.
– پخش فاضلاب در سطح زمین.
ب- سیستمهای تصفیه به کمک گیاهان آبزی:
– گیاهان آبزی .
– تالاب های طبیعی.
– تالاب های مصنوعی.
کشورهای در حال توسعه به جای استفاده از سیستم های ارزان، مناسب و طبیعی به تبعیت از کشورهای پیشرفته به روشهای تصفیه ای با تکنولوژیهای بالا روی آورده اند که با مسائل متعدد بهره برداری و نگهداری و مصرف انرژی زیاد روبرو شده اند و همچنین هزینه های ساخت اینگونه روشها هم به علت نیاز به قسمتهای زیاد فلزی، بتونی، مکانیکی، الکتریکی وغیره بسیار بالا می باشد و این در حالی است که استفاده از سیستم های طبیعی، به علت عدم نیاز به انرژی زیاد و کارآیی بالا در حذف مواد آلاینده و میکروبها می تواند بسیار مفید باشد.
قدمت وتلندها به قدمت زمین می رسد و بشر اولیه از تالاب ها یا وتلندها برای تصفیه و دفع فاضلاب استفاده می کرد. اما وتلندهای مصنوعی که حدوداً 40 سال قبل برای تصفیه فاضلاب وارد عرصه شده اند خصوصاً اینکه در 10 سال اخیر تمایل زیاد به استفاده از این تکنولوژی پدیدار شده است. وتلندها را گاهی به عنوان جعبه های سیاه تلقی می کنند که آبهای آلوده را تمیز و شفاف می سازند. وتلندها به دو گروه طبیعی و مصنوعی تقسیم بندی می شوند. وتلندهای طبیعی تالابها و حوضچه های طبیعی هستند که در آنها پوشش گیاهی خاصی وجود دارد، به علت اینکه اینگونه سیستمهای طبیعی به خوبی قابل کنترل نیستند کاربرد آن توصیه نمی شود. در وتلندهای طبیعی گیاهان مثل نی و غیره به صورت خودرو، در محل ذخیره فاضلاب مثل مردابها روییده و فاضلاب به صورت غیر کنترل شده تصفیه می شوند.
براساس دستورالعمل EPA عواملی که باعث جذاب شدن روش وتلند برای تصفیه فاضلاب شده است عبارتند از:
1 – به دام انداختن فیزیکی آلاینده ها از طریق جذب شدن سطحی به خاکهای سطحی و همچنین جذب مواد آلی.
2 – مصرف و انتقال عناصر به وسیله میکروارگانیسم ها.
3 – نیاز به انرژی کم و نگهداری کمتر برای رسیدن به یک سطح ثابت تصفیه فاضلاب.
در سیستم های طبیعی وتلند، فاضلاب به صورت غیر کنترل شده تصفیه می گردد. در نتیجه امکان ایجاد مشکلات زیادی جهت بهره برداری وجود دارد و لذا از نظر فنی چندان توصیه نمی شوند. سیستم های وت لند با جریان رو سطحی هم به علت پتانسیل بالایی که جهت تولید حشرات موذی دارند و با توجه به اینکه منطقه خوزستان از لحاظ وجود بیماری مالاریا ریسک بالایی دارد، توصیه نمی شود. در روش وتلند مصنوعی با جریان زیر سطحی کنترل فرآیند تصفیه امکان پذیر بوده و همچنین به علت جریان یافتن فاضلاب در زیر سطح احتمال ایجاد حشرات موذی و حیوانات موذی حداقل می گردد. از جمله مزایایی که توسط EPA برای این روش ذکر شده، امکان بهره برداری با راندمان بالا در درجه حرارتهای مختلف در فصل تابستان و زمستان می باشد.
در منطقه خوزستان استفاده از این روش جهت تصفیه فاضلابهای روستایی بسیار مفید و حتی مقرون به صرفه خواهد بود. اگر زمین کافی در دسترس بوده و از لحاظ زمین مشکلی وجود نداشته باشد، از لحاظ هزینه ساخت نسبتاً ارزان بوده و همچنین جهت بهره برداری نیازمند افراد متخصص نمی باشد. همچنین در مطالعات مختلف، دفع باکتریها توسط این سیستم ذکر شده که بسیار حائز اهمیت است.
این روش تصفیه به عنوان فیلترهای بیولوژیکی به صورت ترکیبی از فاکتورهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی در کاهش تعداد باکتریها از فاضلاب ورودی نقش مؤثری دارد.
قبل از اجرای طرحهای تصفیه فاضلاب در مقیاس کامل، انجام طرحهای تحقیقاتی و اجرای آنها در مقیاس پایلوت، اطلاعات بسیار ارزشمندی را جهت طراحی و بهره برداری در اختیار خواهد گذاشت. اجرای طرح تحقیقاتی تصفیه فاضلاب به روش HSF و استفاده از گیاهان بومی منطقه و بررسی شرایط طبیعی و توپوگرافی روی راندمان تصفیه اطلاعات ارزشمندی را جهت طرحها در مقیاس کامل در اختیار خواهد گذارد.
– وتلندهای مصنوعی
يكي از سيستم هاي تصفيه طبيعي كه به دليل توانايي و مكانسيم چندگانه تصفيه (فيزيكي، بيولوژيكي و شيميايي) مورد توجه قرار گرفته است، سيستم نيزار مصنوعي (وتلند) مي باشد.
تالاب های مصنوعی، مناطق ساخته شده توسط انسان است که از خاک اشباع، گیاه و آب تشکیل شده است.
آن دسته از وتلندهای مصنوعی که جریان از زیر سطح گراول یا مدیای ماسه عبور می کند، سیستم با جریان زیرسطحی (HSF) نامیده می شود.
تفاوت اساسي بين سيستمهاي متداول تصفيه فاضلاب و سيستمهاي طبیعی مثل وتلند در اين است كه در سيستمهاي متداول فاضلاب  در رآكتورهاي كم حجم و با مصرف انرژي زياد و با مديريت بالا فاضلاب
به سرعت تصفيه مي شود اما در مقايسه با آن در سيستمهاي طبیعی آبزي و وتلندها ، تصفيه با سرعت كند و اساساً بدون نياز به مديريت و در محيطهاي طبيعي انجام مي گيرد .
با ایده گرفتن از عملکرد تالاب های طبیعی در حذف آلاینده های گوناگون و بررسی های انجام شده در ارتباط با نقش گیاهان در این زمینه، فکر ساخت تالابهای مصنوعی بوجود آمد.
تالابهای مصنوعی تمام قابلیت های نوع طبیعی را دارد بدون اینکه نیاز به یک اکوسیستم نوع طبیعی باشد. این سیستم ها بدلیل سادگی ساخت، عدم استفاده از تجهیزات مکانیکی و راه اندازی و راهبری ساده در سالهای اخیر توجه محققین محیط زیست را معطوف خود کرده است. تالاب های مصنوعی برای رسیدن به چهار هدف عمده ساخته می شود:
1-جهت بالا بردن کیفیت آب( تالاب های مصنوعی تصفیه فاضلاب)
2-کنترل سیلاب (تالاب های مصنوعی کنترل سیلاب)
3-جهت جبران و کمک به متعادل سازی میزان تغییرات حاصل از پیشرفتهای کشاورزی و شهری در تالابهای طبیعی( تالاب مصنوعی بعنوان بوم طبیعی موجودات)
4-استفاده جهت تولید غذا و چوب (تالاب های مصنوعی زراعت آبی)
تالاب های مصنوعی برای تضفیه انواع متنوعی از فاضلاب های شهری، صنعتی و کشاورزی، سیلاب ها (شهری و روستایی) و آبهای سطحی آلوده و رودخانه ها و دریاچه ها مناسب هستند. از تالاب های مصنوعی می توان برای تصفیه فاضلاب هایی که بطور ابتدایی و ثانویه تصفیه شده اند، تصفیه سیلاب ها، شیرابه محل دفن زباله، فاضلاب های صنعتی و کشاورزی استفاده نمود. این سیستم ها در تصفیه اکسیژن مورد نیاز فعالیتهای بیوشیمیایی، اکسیژن مورد نیاز شیمیایی، مواد جامد معلق، نیتروژن و فسفر مؤثر بوده اند. عملکرد مؤثر تالاب ها به پیش تصفیه مناسب، بارهیدرولیکی، جمع آوری اطلاعات برای ارزیابی عملکرد سیستم و دانش کافی در زمینه استراتژی های بهره برداری موفق بستگی دارد. از تالاب های مصنوعی می توان به طور جداگانه برای هر واحد مسکونی به منظور تصفیه فاضلاب استفاده کرد. در یک واحد مسکونی عمدتاً از یک سپتیک تانک به عنوان تصفیه اولیه استفاده می شود. خروجی این تانک بطور یکنواخت در عرض بستر تالاب پخش می شود.  میکروارگانسیم ها که به سطح مواد آلی و ریشه گیاهان چسبیده اند عمل تصفیه فاضلاب را انجام می دهند. خروجی تالاب های مصنوعی که با استانداردهای مورد نظر مطابقت داشته باشد می تواند به آبهای سطحی تخلیه گردد. بنابراین خروجی این سیستم ها بیشتر باید تحت کنترل و راهبری قرار گیرد.
یک روش دیگر برای هدایت خروجی پساب از تالا های مصنوعی تغذیه سفره های آب زیرزمینی  می باشد. تالاب های مصنوعی بعنوان یک واحد تصفیه ثانویه قادر به از بین بردن پاتوژنها، باکتریها و ویروس های زیان آور هستند و آنها را به اجسام بی ضرر تبدیل می کنند. بنابراین قبل از ورود فاضلاب به تالاب لازم است روی آن یک پیش تصفیه صورت پذیرد تا آلودگی آن  کاهش یابد. از سپتیک تانک بعنوان پیش تصفیه می توان استفاده نمود، زیرا سپتیک تانک جامدات سنگین و درشت را حذف می نماید.
تالاب های مصنوعی معمولاً برای تصفیه فاضلاب ها ساخته می شوند. طراحی آنها بستگی به طبیعت فاضلاب، بار آلاینده ها، فضای موجود جهت ساخت وتلند و شرایط آب و هوایی منطقه بستگی دارد. درباره اینکه در شرایط آب و هوایی یکسان با فاضلاب های مشابه کدام نوع از وتلند های مصنوعی مناسب تر هستند چندین بحث و تبادل نظر وجود دارد.
این سیستم ها در مقایسه با سیستم های رایج تصفیه از امتیازات زیر بهره می برند:
– این سیستم ها را می توان در هر مکانی که فاضلاب تولید می شود تأسیس کرد.
– تجهیزات و انرژی کمتری نیاز دارد.
– هزینه کارگر کمتری می خواهد.
– وسایل کمتری برای تعمیر و نگهداری لازم دارد.
– این سیستم را می توان با افراد نسبتاً غیرماهر تأسیس کرد و به عنوان یک سیستم با تکنولوژی سطح پائین بهره برداری کرد.
به همین دلیل دفع فاضلاب به سیستم های تالابی بخصوص در اجتماعات کوچک و متوسط، در مناطق با تراکم کم جمعیت و در کشورهای در حال توسعه که وابستگی به تکنولوژی بالا ندارند به عنوان گزینه ای مناسب نسبت به تکنولوژی های متداول تصفیه فاضلاب می توان برگزید.
برخی کاربردهای وتلندهای مصنوعی و سیستم تصفیه آبزی
هدف کاربرد ترکیبات حذف شده / هدف
زهکشی معادن اسیدی فلزات و اسیدیته
تصفیه پیشرفته نیتروژن و فسفر
تصفیه پیشرفته و ثانویه به صورت ترکیبی فلزات سنگین و مواد آلی مقاوم
توسعه زیستگاهها بهبود منابع زیست محیطی
شیرابه محل دفن مواد آلی
بازیابی و استفاده مجدد از آب مواد آلی، کل جامدات معلق (TSS) و پاتوژنها جهت رسیدن به استانداردها، به عنوان مثال : ml 100/ارگانیسم2/2≥ کلیفرم کل و mg/l 5 ≥ SS و NTU 2 ≥ کدورت
تصفیه ثانویه مواد آلی (مانند BOD5)، کل جامدات معلق (TSS) و پاتوژنها
تصفیه فاضلاب سپتیک مواد آلی (مانند BOD5)، کل جامدات معلق (TSS)، پاتوژنها، نیتروژن
تصفیه رواناب ها مواد آلی (مانند BOD5)، کل جامدات معلق (TSS)، پاتوژنها، نیتروژن، فسفر، فلزات سنگین و مواد آلی مقاوم
تالاب های مصنوعی از اجزاء زیر تشکیل شده اند:
1- بسترهایی با توان متفاوت در نگهداری آب
2 – گیاهان سازگار با شرایط بیهوازی و اشباع آب
3 – جریان سطحی یا زیرسطحی
4 – جمعیت های میکروبی هوازی و بیهوازی
– انواع وتلندها و سیستم های آبزی و کاربرد آنها:
انواع سیستم:
مهمترین انواع وتلندها و سیستم های تصفیه آبزی شامل:
– وتلندهای مصنوعی با جریان روسطحی آب (FWS)
– وتلندهای مصنوعی با جریان زیر سطحی (HSF)
– سیستم های ترکیبی
– سیستم های گیاهان آبزی
– تالاب های مصنوعی با سیستم جریان زیرسطحی:
وتلندها در جمهوری چک بالغ بر 30 مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته اند، اما اولین وتلند ساخته شده جهت تصفیه فاضلاب های خانگی در مقیاس واقعی در سال 1989 ساخته شده است. تا پایان سال 1999، حدود 100 وتلند ساخته شده(مصنوعی)، تحت بهره برداری قرار گرفتند.  اغلب این سیستم ها دارای جریان افقی زیرسطحی (HSF) بوده  که به عنوان تصفیه ثانویه برای تصفیه فاضلاب های خانگی طراحی شده است. اندازه وتلندهای ساخته شده بین18تا 4500 متر مربع بوده و جمعیت  معادل بین 1100-4 نفر(PE) را تحت پوشش قرار داده است.بیشترین مدیای مورد استفاده جهت فیلتراسیون گراول وسنگ های خرد شده با سایز نسبی 8/4 و 16/8 میلی متر، و گیاهی که بیشترین کاربرد را داشته Phragmites australis بوده است.
این سیستم ها با نام های گوناگونی شناخته شده اند. این سیستم به منظور انجام تصفیه ثانویه یا پیشرفته طراحی  می شود. در سیستم HSF فاضلاب با جریان جانبی از مدیای متخلخل عبور کرده و تصفیه می شود. گیاهان در حال رستن در مدیا کاشته شده اند که دامنه اندازه مدیا می تواند از گراول های درشت تا ماسه باشد. دامنه عمق بستر بین m 1-45/0 و شیب بستر معمولاً 5/0-0 درصد می باشد.
اجزاء اصلی تالاب های مصنوعی زیر سطحی
اجزاء اصلی تالاب های مصنوعی زیر سطحی عبارتند از: سیستم توزیع ورودی، مخزن ، مصالح بستر، گیاهان، انواع میکروارگانیسم ها و سیستم کنترل خروجی.
اجزاء اصلی تالاب های مصنوعی زیر سطحی
سازه ورودی: طراحی و ساخت سازه ورودی به منظور توزیع یکنواخت جریان فاضلاب در سرتاسرعرض بستر یک پارامتر مهم محسوب می شود. اهم دلایل توزیع یکنواخت جریان در سازه ورودی عبارتند از: کنترل زمان ماند هیدرولیکی و جلوگیری از میان برزدن جریان در داخل بستر، تثبیت ارتفاع سیال از ایجاد فضای مرده در داخل بستر و استفاده مفید از سرتاسر عرض بستر.
به طور کلی سازه ورودی در تالاب های مصنوعی زیر سطحی شامل:
الف- بستر متخلخل که از قلوه سنگ های درشت به اقطار 20-50 سانتی متر تشکیل می گردد. محیط متخلخل ایجاد شده توسط این سنگها، دارای هدایت هیدرولیکی بسیار زیادی در سطح عمودی بستر می باشد. این مزیت باعث خواهد گردید تا بستر متخلخل ناحیه ورودی بعنوان عامل مؤثری در توزیع یکنواخت جریان مطرح گردد.
ب- شبکه توزیع جریان، طرح های متفاوتی برای شبکه توزیع یکنواخت جریان در تالاب های مصنوعی باجریان زیرسطحی مورد آزمایش قرار گرفته است. نتایج حاصل از این آزمایشات را می توان به شرح زیر تقسیم بندی نمود:
– استفاده از سرریزهای ثابت که به دلیل بالا بودن هزینه های سرمایه گذاری اولیه و عدم توزیع یکنواخت جریان در مواقع انسداد آنها در اثر تجمع مواد جامد معلق در حال حاضر توصیه نمی گردد.
– در صورت ورود فاضلاب ته نشین شده و یا پساب خروجی از سایر فرآیندهای تصفیه به تالاب مصنوعی، استفاده از کانالهای روباز توصیه گردیده است. از مهمترین معایب این روش مشکلات ناشی از پخش بو در صورت سپتیک بودن فاضلاب ورودی، افزایش پتانسیل یخ زدگی سطح کانال در فصول سرد سال و افزایش تولید جلبک و پشه را می توان نام برد.
– در صورت کوچک بودن نسبت طول به عرض (کمتر از 3:1) استفاده از لوله های ساده و سه راهی های T شکل قابل تنظیم توصیه شده است. قطر لوله و اتصالات مزبور متناسب با متوسط جریان ورودی به بستر انتخاب می گردد. لیکن حداقل قطر مورد استفاده 150-75 میلی متر توصیه می گردد.
سازه خروجی : در تالاب های مصنوعی زیر سطحی سازه خروجی علاوه بر انتقال پساب به خارج، کنترل ارتفاع سطح فاضلاب داخل بستر را نیز به عهده دارد. قسمت های مختلف این سازه عبارتند از: بستر متخلخل، شبکه جمع آوری جریان و ساختمان کنترل ارتفاع سطح سیال. جنس محیط متخلخل ناحیه خروجی در تالاب مصنوعی زیر سطحی می تواند همانند سازه ورودی از قلوه سنگ های درشت با دانه بندی 50-20 سانتی متر باشد. کاهش مواد معلقه موجود در ورودی امکان استفاده از ذرات ریزتر در سازه خروجی را امکان پذیر می سازد.

سازه ورودی و خروجی وتلند سردارآباد شوشتر

شبکه جمع آوری جریان شامل یک کلکتور مشبک می باشد که بصورت زهکش در قسمت تحتانی ناحیه خروجی قرار می گیرد. قطر شبکه مزبور با قطر کلکتور توزیع جریان در سازه ورودی می باشد. ساختمان کنترل ارتفاع فاضلاب داخل بستر از سرریزهای قابل تنظیم و یا لوله  های ساده با ارتفاع مشخص که علاوه بر آن می توان آنها را متناسب با ارتفاع مورد نیاز در داخل بستر تنظیم نمود، تشکیل شده است.
نوع و اندازه مدیای بستر (مواد پر کننده):
کیفیت بستر در حوضچه های تالاب زیر سطحی، پارامتر مهمی برای رسیدن به اهداف مورد نظر می باشد. نقش بستر عبارت  است از:
1-ایجاد محیط فیزیکی مناسب برای کاشت گیاه
2-ایجاد محیطی مناسب برای رشد چسبیده جمعیت میکربی
3-ایجاد محیط متخلخل برای عبور و تماس کافی فاضلاب با ناحیه ریشه
4-ایجاد محیط مناسب رشد گیاه و انجام واکنشهای شیمیایی و بیولوژیکی
نتایج مطالعات انجام شده در خصوص جنس و اندازه مواد پرکننده بستر در تالاب های مصنوعی زیر سطحی نشان می دهد که اغلب بسترهای از نوع خاکی بدلایل مختلف از جمله ریزدانه بودن بافت بستر و بالطبع  کم بودن میزان هدایت هیدرولیکی دچار مشکلات متعدد بهره برداری می باشند که از اهم آنها می¬توان به موارد زیر اشاره نمود.
1- عدم امکان فراهم نمودن محیط فیزیکی مناسب برای کاشت و نگهداری گیاه خصوصاً در خاکهای نرم
2- افزایش گرفتگی و سطحی شدن جریان
3- رشد ضعیف و نفوذ کم ریشه گیاهان (انواع نی)، خصوصاً در خاکهای رسی
4- افزایش مواد جامد معلق در پساب خروجی بدلیل فرسایش بیشتر بستر
در مقابل استفاده از شن با دانه بندی مناسب جهت بسترهای نی دارای ویژگی های زیر خواهند بود.
عبور راحت جریان فاضلاب از درون بستر
1-کاهش پدیده گرفتگی و سطحی شدن جریان
2-ایجاد محیطی مناسب برای کاشت و نگهداری گیاه
3-رشد و نفوذ مناسب ریشه گیاهان کاشت شده که در نهایت باعث باز شدن منافذ در محیط متخلخل شده و از گرفتگی بستر جلوگیری می کند.
4-عدم امکان تأمین مواد غذایی مورد نیاز گیاه از طریق بافت بستر نی زار
همانگونه که ملاحظه می گردد نکته مهم در استفاده از شن و یا مخلوط شن و ماسه عدم امکان تأمین مواد مغذی مورد نیاز گیاه در اینگونه بسترها می باشد. به طور کلی از دیدگاه زراعی به غیر از کربن بقیه مواد مغذی مورد نیاز گیاه از طریق خاک تأمین می گردد. لیکن در سیستم های تصفیه فاضلاب توسط تالاب های مصنوعی با جریان زیر سطحی به علت تنوع در ترکیبات فاضلاب شهری، مواد مزبور عمدتاً از طریق فاضلاب درون بستر تأمین می شود. با این وجود رشد گیاهان در بسترهای شنی و یا ماسه ای در مقایسه با خاکهای سیلتی و یا دارای مواد آلی، سودمند و کم هزینه می باشد.
جنس شن و ماسه مورد استفاده در بسترهای نی دارای اهمیت بسیار زیادی می باشد. بعنوان مثال، کاهش قابل ملاحظه ای را در راندمان حذف فسفر در بسترهای حاوی شن بادرصد سیلیس بالا نشان می دهد. از سوی دیگر استفاده از سنگهای آهکی، بدلیل گرفتگی و تراکم بستر ناشی از ایجاد فلوکهای غیر آلی در اثر واکنش بین مواد معدنی موجود در فاضلاب و سنگهای آهکی و رشد سریع جلبک، امروزه توصیه نمی شود. بر اساس نتایج حاصله از بهره برداری سیستم های موجود در حال حاضر بیشتر استفاده از مخلوط شن و ماسه با دانه بندی کوچکتر توصیه می گردد که باعث افزایش رشد گیاه می شود. حوضچه ها یا ترانشه های آب بندی شده توسط لایه های نفوذناپذیر با ارتفاع معینی از شن، قلوه سنگ و یا ماسه بعنوان محیط رشد و نگهدارنده گیاه از اجزاء اصلی این سیستم است. سیستم های اخیر که در دهه 1970 و اوایل 1980 ساخته شده اند، اغلب با مواد خاکی پر شده و در نگهداری هدایت هیدرولیکی بالا ناموفق بوده اند. که منجر به سطحی شدن جریان و راندمان پایین تر تصفیه می شود. در اواخر 1980 مواد درشت (گراول و گراول – ماسه) با هدایت هیدرولیکی بالا در انگلستان معرفی شده است و برای برآورده کردن سایر الزامات نیز مورد استفاده قرار گرفت. در وتلندهای مصنوعی ساخته شده  در چک، با تعدادی استثناء، مدیای گراول درشت، سنگ های شکسته و گراول– ماسه استفاده شده است. نسبت معمول اغلب سایزها ٤/٨ و ٨/١۶ میلیمتر بوده است. سیستم هایی که جدیداً ساخته شده است تمایل به استفاده از نسبت های بزرگتر دارند. تجارب بهره برداری از سیستم ها نشان داد که نسبت های ٨/١۶ میلیمتر هدایت هیدرولیکی کافی را تأمین کرده و باعث رشد سالم ماکروفیت ها و راندمان خوب تصفیه می شود.