The “Green Liver System”: eco-friendly water purification [Бразилия]

Fitorremediação (Portuguese)

technologies_1710 - Бразилия

Просмотреть разделы

Развернуть все Свернуть все
Завершённость: 80%

1. Общая информация

1.2 Контактные данные специалистов и организаций, участвующих в описании и оценке Технологии

Ответственный (-ые) специалист (-ы)

Специалист по УЗП:
Специалист по УЗП:
Специалист по УЗП:
Название проекта, содействовавшего документированию/оценке Технологии (если применимо)
Book project: Making sense of research for sustainable land management (GLUES)
Название проекта, содействовавшего документированию/оценке Технологии (если применимо)
Interplay among multiple uses of water reservoirs via innovative coupling of substance cycles in aquatic and terrestrial ecosystems (INNOVATE / GLUES)
Название организации (-ий), содействовавших документированию/оценке Технологии (если применимо)
Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) - Германия
Название организации (-ий), содействовавших документированию/оценке Технологии (если применимо)
Potsdam-Institut für Klimaforschung (PIK) - Германия
Название организации (-ий), содействовавших документированию/оценке Технологии (если применимо)
Universität Hohenheim - Германия
Название организации (-ий), содействовавших документированию/оценке Технологии (если применимо)
Technische Universität Berlin (Technische Universität Berlin) - Германия
Название организации (-ий), содействовавших документированию/оценке Технологии (если применимо)
Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (HTW Dresden) - Германия

1.3 Условия, регламентирующие использование данных, собранных ВОКАТ

Составитель и ответственный(-ые) специалист(-ы) согласны с условиями, регламентирующими использование собранных ВОКАТ данных:


2. Описание Технологии УЗП

2.1 Краткое описание Технологии

Определение Технологии:

Water purification using macrophytes to treat effluent from fish farming.

2.2 Подробное описание Технологии


The Itaparica reservoir was completed in 1988 to generate hydropower. About 40'000 people were compulsorily relocated. The construction of the reservoir lead to a shortage of fish, making aquaculture a viavle and profitable alternative. However excess feed and excreta of fish add nutrients and pollute water.

The “Green Liver System” uses aquatic plants, established in artificial wetlands, to remove, transfer, stabilize or eliminate pollutants in wastewater from fish farms. The use of large quantities of feed in aquaculture, along with the application of antibiotics, hormones and probiotics, has negative impacts on aquatic ecosystems due to the introduction of nitrogen, phosphorous and drug residues into the system. The Green Liver System is a form of phytoremediation (phyto = plant and remediate = correct) that uses a range of plants to decompose, extract, or hold contaminants present in soils and waters. This technology has been considered as an innovative alternative and a low cost option compared to others used in contaminated sites - like membrane bioreactors, upflow anaerobic sludge blanket (UASB), and others.

The plants selected for use in Green Liver System artificial wetlands depend on the pollutant to be removed. Research shows physiological differences between species, which need to be taken into account when planning wastewater treatments. Ideal plants for phytoremediation need: a) a fast growth rate; b) high biomass production; c) long rooting systems; d) easy maintenance/pruning; e) to be able to persists, and f) to have the ability to store trace metals within specific parts which can be later removed.

The Green Liver System uses aquatic macrophytes, which extract contaminants from the water, store them, or even metabolize them - transforming them into less toxic or harmless products. In the case of Eichhornia crassipes, most of the solids in suspension are removed by sedimentation or by adsorption in the root system. The dense coverage of these plants reduces the mixing effect of the wind, as well as minimizing thermal mixture. Shading by the plants restricts algal growth and the root system prevents horizontal movement of particulate material. In this way, particles are removed from the wastewater and microorganisms associated with the plants’ rhizosphere slowly decompose. Many organisms can be used in biodegradation: these include bacteria and fungi as well as plants, and the efficiency of one or the other depend, in many cases, on the molecule structure and of the presence of enzymes that are effective in degrading the pollutant.

The fish farm used as an example here is located on the margins of the Itaparica reservoir in Brazil. There are dozens of excavated tanks used to produce tilapia (Oreochromis niloticus) and “tambaqui” (Colossoma macropomum) fingerlings and juvenile fish. As well as these tanks, there are many net enclosures installed in the reservoir where the fishes are reared to maturity. Part of the wastewater from the excavated tanks is released into a stabilization lagoon, and the remainder goes to the Green Liver System. The effluent is enriched with spare feed, and excreta from the fish, which includes drug residues. If not treated, this may cause eutrophication because of its mineral richness. The Green Liver System consists of an excavated tank of 100m x 20m x 2m in size. The tank is subdivided into six parts: two planted to Eichhornia crassipes and four to Egeria densa. A mesh barrier stops fish from being flushed into the tank. Regular monitoring of the physical, chemical and biological parameters is required to control environmental fluctuations.

2.3 Фотографии, иллюстрирующие Технологию

2.5 Страна/ регион/ места, где применяется Технология, информация о которых собрана в данной Анкете



Административная единица (Район/Область):


Более точная привязка места:

Vila do Coité, Itacuruba

Охарактеризуйте пространственное распространение Технологии :
  • примененяется точечно/ на небольших участках

Total area covered by the SLM Technology is 2 km2.
The reservoir is 100m long and 20 m wide, with a depth of 1.7 m, but the area may be larger depending on the volume of effluent to be treated. The whole area comprises the fish ponds.

2.6 Сколько лет применяется данная Технология

Если год начала применения Технологии достоверно неизвестен, дайте примерную оценку:
  • менее 10 лет назад (недавняя)

2.7 Внедрение Технологии

Укажите, как именно Технология УЗП была внедрена:
  • в качестве научного/ полевого эксперимента
Пояснения (тип проекта и т.д.):

Construction took place in 2013, building on earlier experiences of the principal scientist, for instance in South Korea.

3. Классификация Технологии УЗП

3.1 Основные цели и задачи реализации Технологии

  • сохранение экосистем

3.2 Текущий(-ие) тип(-ы) землепользования на территории, где применяется Технология

Пастбищные угодья

Пастбищные угодья

Вид животных:
  • козы
Водотоки, водные объекты, водно-болотные угодья

Водотоки, водные объекты, водно-болотные угодья

  • Пруды, водохранилища

Major land use problems (compiler’s opinion): The Itaparica reservoir was completed in 1988 to generate hydropower. About 40,000 people were compulsorily relocated. The construction of the reservoir had interrupted fish movement, leading to a shortage of fish, making aquaculture a viable and profitable alternative, and current law allows this. However excess feed and excreta of fish, partly containing drug residues, add nutrients and pollute water. ECONOMIC ASPECTS: The agricultural economy of this semi-arid region is characterized by pastoral activities, as well as the cultivation of crop species resistant to drought, such as cotton, corn (maize), beans, and cassava in humid areas. Irrigation from the reservoir was potentially possible but investments in aquaculture proved more profitable. In general, the commercial companies involved do not treat effluent, leading to pollution. Even though monitoring is mandatory, almost nobody does it, nor do they make substantial efforts to purify the effluent.

Major land use problems (land users’ perception): There are several conflicts over water and related land use in the region. Some people say the water quality in the reservoir is good (and use it directly for drinking), others report ill-health especially during times of low water levels. Commercial aquaculture primarily produces tilapia. Invariably, some tilapia escape from their net cages and take over from other local species. The hydroelectric company manages the reservoir according to national needs in electricity – thus sudden water level fluctuations are frequent. Commercial aquaculture and associated land use dominate the shoreline, preventing access for artisanal fishermen to their traditional fishing grounds.

Future (final) land use (after implementation of SLM Technology): Other: Ow: Waterways, drainage lines, ponds, dams
Constraints of transition land, fallow or sporadicall used by roaming livestock (mainly goats) (area in between the land-based aquaculture and the lake)

Number of growing seasons per year: 1
Longest growing period from month to month: all year due to tropical climate

3.3 Изменилось ли использование земель в связи с внедрением Технологии?

Изменилось ли использование земель в связи с внедрением Технологии?
  • Да (Пожалуйста, заполните нижеприведенные вопросы относительно использования земель до внедрения Технологии)
Пастбищные угодья

Пастбищные угодья

3.4 Водоснабжение

Обеспеченность водой участков, где реализуется Технология :
  • сочетание богарных и орошаемых земель

3.5 Категория УЗП, к которой относится Технология

  • управление поверхностными водами (родники, реки, озёра, моря)
  • Охрана/ управление водно-болотными угодьями
  • water purification

3.6 Мероприятия УЗП, выполняемые в рамках Технологии

Мероприятия с использованием растительности

Мероприятия с использованием растительности

  • Р5: Другие
инженерные мероприятия

инженерные мероприятия

  • И5: Дамбы, водохранилища, пруды

Specification of other vegetative measures: macrophytes, different species
Type of vegetative measures: in blocks

3.7 Основные проблемы деградации земель, на решение которых направлена Технология

деградация водных ресурсов

деградация водных ресурсов

  • Взп: снижение качества поверхностных вод

Main causes of degradation:
Direct causes - Human induced: deforestation / removal of natural vegetation (incl. forest fires) (slash-and-burn practices), over-exploitation of vegetation for domestic use (firewood and charcoal making), overgrazing (free roaming run-wild donkeys, and small ruminants), urbanisation and infrastructure development (construction works near to body bodies (not respecting conservation areas)), discharges (point contamination of water) (indiscriminate disposal of effluents; excrements, drugs and surplus feed from fishes in net-cages), over abstraction / excessive withdrawal of water (for irrigation, industry, etc.) (abstraction of water from the reservoir without prior registration, not holding water use permits)
Direct causes - Natural: change in temperature (supposed to be climate change induced), change of seasonal rainfall (high variability in semi-arid regions rather normal; though rainfall appears to fall in shorter periods), droughts (recurrent droughts are "normal", they appear to last for longer periods)
Indirect causes: poverty / wealth (limited livelihood sources in the rather remote municipality), inputs and infrastructure: (roads, markets, distribution of water points, other, …) (spoilage and low quality), education, access to knowledge and support services (often little value attached to natural resources), war and conflicts (conflicts among two families; conflicts among indigenous and commercial users), governance / institutional (restricted enforcement of existing rules; clientelism)

Secondary causes of degradation: soil management, crop management (annual, perennial, tree/shrub), industrial activities and mining, release of airborne pollutants (urban/industry…), disturbance of water cycle (infiltration / runoff), Heavy / extreme rainfall (intensity/amounts), wind storms / dust storms, floods, other natural causes (avalanches, volcanic eruptions, mud flows, highly susceptible natural resources, extreme topography, etc.) specify, population pressure, land tenure, labour availability

3.8 Предотвращение и снижение деградации земель, или восстановление нарушенных земель

Укажите цель Технологии по отношению к деградации земель :
  • снижение деградации земель

4. Технические характеристики, мероприятия по практической реализации, вложения и стоимость

4.1 Технический рисунок, иллюстрирующий Технологию

Спецификация (пояснения к техническому рисунку):

The constructed wetland termed a “Green Liver System” is 100m x 25m x 2.0m in size. It is divided into six parts (one third of the tank planted with Eichhornia crassipes the remainder with Egeria densa). The average outflow during the period was 1,800 m³/h. Point P1 is the catchment from the reservoir. Point P2 is the inlet that receives the discharge of effluent from 10 ponds with juvenile tilapia (Oreochromis niloticus). Point P3 is the stage after the treatment with Eichhornia crassipes. Point P4 is the stage of the treatment with Egeria densa. Point P5 is the outlet into a containment basin.

Location: Itacuruba. Pernambuco
Date: 2013

Technical knowledge required for field staff / advisors: high (It is a sophisticated system which requires close observation and monitoring. Site-specific adaptation might be necessary (for instance fencing to avoid goats entering the area).)
Technical knowledge required for land users: high (It is a sophisticated system which requires close observation and monitoring. It will be easier with some experience.)
Main technical functions: improvement of water quality, buffering / filtering water

In blocks
Vegetative material: O : other
Number of plants per (ha): 250000
Other species: Egeria densa; Eichhornia crassipes

Dam/ pan/ pond
Depth of ditches/pits/dams (m): 1.7
Width of ditches/pits/dams (m): 20
Length of ditches/pits/dams (m): 100

Wall/ barrier
Depth of ditches/pits/dams (m): 1.7
Width of ditches/pits/dams (m): ca 0.3
Length of ditches/pits/dams (m): ca 15

Construction material (other): tubes, valves
Specification of dams/ pans/ ponds: Capacity 3400m3
Dimensions of spillways: ca 100m


Stephan Pflugmacher-Lima, TUB, Faculty VI Planning Building Environment; Sekr. A1; Str des 17. Juni 152; 10623 Berlin; Germany

4.2 Общая информация по необходимым вложениям и стоимости

Укажите денежные единицы, использованные для подсчета затрат:
  • Доллары США
Если это необходимо, укажите обменный курс от доллара США к местной валюте (например, 1 доллар США = 79,9 бразильского реала): 1 доллар США =:


Укажите среднюю дневную заработную плату наемных работников:


4.3 Мероприятия, необходимые для начала реализации

Деятельность Время (сессия)
1. Digging the pit (truck) , stabilizing the walls
2. Building separation walls (construction costs: USD 3000 / unit)
3. Fencing (cutting fence posts: USD 160 / unit)
4. Planting macrophytes in place (costs: USD 1900 / unit)

4.4 Вложения и затраты, необходимые для начала реализации

Опишите затраты Единица Количество Затраты на единицу Общая стоимость на единицу % затрат, оплаченных землепользователями
Оплата труда Construction 1,0 5060,0 5060,0
Оплата труда Supervision 1,0 1000,0 1000,0
Оборудование Truck for removal of soil 1,0 125,0 125,0
Строительные материалы Walls/baffles (cement) 1,0 475,0 475,0
Строительные материалы Barbed wire 1,0 315,0 315,0
Строительные материалы Earthwork 1,0 250,0 250,0
Строительные материалы Tubular elements 1,0 30,0 30,0
Общая стоимость запуска Технологии 7255,0
Общие затраты на создание Технологии в долларах США 2288,64

4.5 Поддержание/ текущее обслуживание

Деятельность Сроки/ повторяемость проведения
1. Exchange macrophytes

4.6 Стоимость поддержания/ текущего обслуживания ( в год)

Опишите затраты Единица Количество Затраты на единицу Общая стоимость на единицу % затрат, оплаченных землепользователями
Оплата труда Labour 1,0 3000,0 3000,0
Оборудование Nylon fabric 1,0 38,41 38,41
Общая стоимость поддержания Технологии 3038,41
Общие затраты на поддержание Технологии в долларах США 958,49

Because of the tropical climate of Brazilian northeast there is a need to remove Eichhornia crassipes periodically because it grows very quickly as there is plenty nutrients and warm temperatures during all year. The cost of removal of the macrophytes is permanent and must be made monthly as the plant reaches adulthood it loses its capability in removing nutrients and gives it back to the water.

5. Природные и социально-экономические условия

5.1 Климат

Среднегодовое количество осадков
  • < 250 мм
  • 251-500 мм
  • 501-750 мм
  • 751-1000 мм
  • 1001-1500 мм
  • 1501-2000 мм
  • 2001-3000 мм
  • 3001-4000 мм
  • > 4000 мм
Пояснения/ комментарии по осадкам:

It happened to be less than 100mm in 2013. Very unreliable rainfall pattern. Rainfall from Dezember to May, most rain often in March

Агроклиматическая зона
  • полузасушливая

Thermal climate class: tropics. Bsh according to Köppen classification

5.2 Рельеф

Склоны (преобладающие):
  • пологие (0-2%)
  • покатые (3-5%)
  • покато-крутые (6-10%)
  • крутые (11-15%)
  • очень крутые (16-30%)
  • чрезвычайно крутые (31-60%)
  • обрывистые (>60%)
Формы рельефа:
  • плато/ равнины
  • гребни хребтов/холмов
  • склоны гор
  • склоны холмов
  • подножья
  • днища долин
Зона высотной поясности:
  • 0-100 м над уровнем моря
  • 101-500 м н.у.м.
  • 501-1000 м н.у.м.
  • 1001-1500 м н.у.м.
  • 1501-2000 м н.у.м.
  • 2001-2500 м н.у.м.
  • 2501-3000 м н.у.м.
  • 3001-4000 м н.у.м.
  • > 4 тыс. м н.у.м.

5.3 Почвы

Средняя мощность почв:
  • поверхностные (0-20 см)
  • неглубокие (21-50 см)
  • умеренно глубокие (51-80 см)
  • глубокие (81-120 см)
  • очень глубокие (> 120 см)
Гранулометрический состав (верхнего горизонта):
  • средние фракции (суглинистый, супесчаный)
Гранулометрический состав (на глубине более 20 см):
  • средние фракции (суглинистый, супесчаный)
Содержание органического вещества в верхнем горизонте:
  • низкое (< 1%)
Если возможно, приложите полное описание почв или укажите доступную информацию, например тип почв, рH/ кислотность почв, ёмкость катионного обмена, содержание азота, содержание солей и т.д.

Soil fertility is low
Soil drainage/infiltration is poor (e.g. sealing/crusting)
Soil water storage capacity is very low

5.4 Доступность и качество воды

Уровень грунтовых вод:

< 5 м

Доступность поверхностных вод:

недостаточны/ отсутствуют

Качество воды (без обработки):

питьевая вода плохого качества (необходима обработка)

5.5 Биоразнообразие

Видовое разнообразие:
  • средняя

5.6 Характеристика землепользователей, применяющих Технологию

Доходы из других источников:
  • > 50% всех доходов
Относительный уровень достатка:
  • средний
  • обеспеченный
Индивидуальное или коллективное хозяйство:
  • частное/ домовладение
  • мужчины
Укажите другие важные характеристики землепользователей:

Land users applying the Technology are mainly common / average land users
Population density: < 10 persons/km2
Annual population growth: 1% - 2%

5.7 Средняя площадь земель, используемых землепользователями с применением Технологии

  • < 0,5 га
  • 0,5-1 га
  • 1-2 га
  • 2-5 га
  • 5-15 га
  • 15-50 га
  • 50-100 га
  • 100-500 га
  • 500-1000 га
  • 1000-10000 га
  • > 10000 га
Считается ли это мелким, средним или крупным хозяйством (по местным масштабам)?
  • мелкое

5.8 Собственность на землю, права на земле- и водопользование

  • индивидуальная, не оформленная в собственность
  • индивидуальная, оформленная в собственность
Право землепользования:
  • индивидуальное
  • needs official registration and permission; heavy water use has a price
  • needs official registration and permission; heavy water use has a price

5.9 Доступ к базовым услугам и инфраструктуре

медицинское обслуживание:
  • плохой
  • средний
  • хорошая
  • плохой
  • средний
  • хорошая
технические консультации:
  • плохой
  • средний
  • хорошая
занятость (вне хозяйства):
  • плохой
  • средний
  • хорошая
  • плохой
  • средний
  • хорошая
  • плохой
  • средний
  • хорошая
транспорт и дорожная сеть:
  • плохой
  • средний
  • хорошая
водоснабжение и канализация:
  • плохой
  • средний
  • хорошая
финансовые услуги:
  • плохой
  • средний
  • хорошая
extension service:
  • плохой
  • средний
  • хорошая

6. Воздействия и заключительные положения

6.1 Влияние Технологии УЗП в пределах территории ее применения

Социально-экономическое воздействие

Доступность и качество воды

доступность питьевой воды


доступность воды для скота


доступность оросительных вод

Доходы и затраты

разнообразие источников дохода

Комментарий/ пояснения:

Biomass of macrophytes for potential ethanol production.

Другое социально-экономическое воздействие

Labour cost

Комментарий/ пояснения:

Increase of maintenance costs as manual labor is required for management of macrophytes.

Социальное и культурное воздействие

знания в области УЗП/ деградации земель

Комментарий/ пояснения:

Better water management in a setting of decreasing seasonal rainfall.

Improved livelihoods and human well-being

Комментарий/ пояснения:

The technology contributed to improved water quality, which is directly related to people's health.

Экологическое воздействие

Водный цикл/ поверхностный сток

качество воды



Комментарий/ пояснения:

Any open water body is subjected to the very high potential evaporation in the region. Though, the surface of the system is very small as compared to the adjacent reservoir.


почвенный покров

Комментарий/ пояснения:

The vegetation had to be removed in order to construct the artificial wetland.

Другие экологические последствия


Комментарий/ пояснения:

A nylon grid prevents the macrophytes from occasionally breaking loose into the reservoir.
The ecology of the system is sort of fragile. If the macrophytes float too much, the system can break down.

6.2 Влияние Технологии за пределами территории ее применения

Contribution to human well-being/livelihoods and support to decrease eutrophication in reservoir and channels

Комментарий/ пояснения:

the technology contributed to improved water quality, which is directly related to people's health.

6.4 Анализ эффективности затрат

Насколько получаемый результат сопоставим с первоначальными вложениями (с точки зрения землепользователей)?
Эффективность затрат в краткосрочной перспективе:


Эффективность затрат в долгосрочной перспективе:


Насколько получаемый результат сопоставим с текущими расходами по поддержанию технологии (с точки зрения землепользователей)?
Эффективность затрат в краткосрочной перспективе:


Эффективность затрат в долгосрочной перспективе:


6.5 Внедрение Технологии


There is a little trend towards spontaneous adoption of the Technology. A broad adoption is not yet expectable at this stage of experimental analysis and testing. Few people did already express their interest.

6.7 Сильные стороны/ преимущества/ возможности Технологии

Сильные стороны/ преимущества/ возможности по мнению землепользователей
If the environmental authority increases controls of how effluent from aquaculture ponds is handled (checking pollution and nutrient loads in the effluent which is usually returned to the reservoir without any treatment), the technology would help compliance with existing rules. --> Enhancing control and penalties would favor the adoption of such a green technology. Currently controls are rare or non-existent.
The technology can be constructed using locally available material. --> As long as cheap labour is available and rural shops exist, the availability of inputs is adequate.
Сильные стороны/ преимущества/ возможности по мнению составителя или других ключевых специалистов
Water purification is realized by using natural processes. --> If the related tilapia fish production unit could be awarded a "green" or "ecological" brand, this would be beneficial and maybe trigger the adoption of the technology
Among the advantages of adopting the Green Liver technology are the low costs, the speed of construction and it's relatively easy operation. --> Easily accessible and comprehensive information is needed, as well as the possibility of exchanging experience among users or future users.

6.8 Слабые стороны/ недостатки/ риски Технологии и пути их преодоления

Слабые стороны/ недостатки/ риски по мнению землепользователей Возможные пути их преодоления/снижения?
Additional manual labour increases costs (and hinders adoption) The more people use such techniques, for instance due to improved environmental monitoring and fines imposed, the more such extra expenditure will be accepted as regular running costs.
The management of the system is not simple. Many different and unexpected disturbances can occur. Experience and close, constant watch out is needed. Exchange of experience among users would facilitate its management. An updated list of threats could be helpful.
Слабые стороны/ недостатки/ риски по мнению составителя или ответственных специалистов Возможные пути их преодоления/снижения?
From time to time the macrophytes have to be removed, tubes may need cleaning and the system needs to be set up again. Sometimes, the removal of almost all water may be indicated. Major maintenance can cause peak labour needs. Manual labour required to monitor the system on a regular basis, and perform maintenance according to needs. Depending on the number and size of Green Liver Systems in action, caring for them can be a full-time job. The maintenance costs have to be well budgeted in the overall planning of costs and benefits of the related productive units.
The disposal of the removed macrophytes is still a problem to be solved. If the macrophytes have accumulated high levels of toxins, the biomass cannot be used for compost making or livestock feeding. The removed macrophytes should be analysed for their pollutant content. A biodigester could be the solution to the disposal of contaminated biomass, generating energy for the productive unit and possibly for the local population too.

7. Справочные материалы и ссылки

7.1 Методы сбора/ источники информации

  • выезды на места, полевые обследования
  • опросы землепользователей

7.2 Ссылки на опубликованные материалы

Название, автор, год публикации, ISBN:

Pflugmacher, S., Kühn, S., Lee, S.-H., Choi, J.-W., Baik, S., Kwon, K.-S., Contardo-Jara, V., 2015. Green Liver Systems® for water purification: Using the phytoremediation potential of aquatic macrophytes for the removal of different cyanobacterial toxins from water.

Где опубликовано? Стоимость?

AJPS 06 (09), 1607–1618. doi:10.4236/ajps.2015.69161.

Название, автор, год публикации, ISBN:

Nimptsch, J., Wiegand, C., Pflugmacher, S., 2008. Cyanobacterial toxin elimination via bioaccumulation of MC-LR in aquatic macrophytes: An application of the “Green Liver Concept”

Где опубликовано? Стоимость?

Environ. Sci. Technol. 42 (22), 8552–8557. doi:10.1021/es8010404.