CWTS שימשו כטיפול פסיבי וחסכוני בשפכים רבים13; עם זאת, מדובר בשיטה חדשה יחסית לטיפול ב-OSPW להנחתת NAFC 7,8,9,10,11,12,17,18. באמצעות השיטות המתוארות במאמר זה, ניתן לשפר את היעילות של CWTS על ידי הערכת פרמטרים שונים של תכנון.
מזוקוסמוס מורכב כפי שמוצג באיור 1, ומבטיח התקנת צנרת ניקוז מתאימה. כדי למנוע בעיות זרימה פוטנציאליות או זמני שמירה לא אחידים הנגרמות כתוצאה מסתימת המצע לשקעים, מכונת כביסה עם מסך פילטר מונחת על פקק הניקוז התחתון, וחור הניקוז העליון ממוקם מעל מפלס המצע. אם מתרחשים סתימות למרות אמצעים אלה, ניתן להשתמש במקדחת ניקוז או בלחץ אוויר כדי לנקות את הסתימות.
מזוקוסמוס מונח על שולחנות חממה מחוזקים בדיקט, כאשר דליי מאגר ממוקמים בקצות השולחנות למחזור מים. מים מסתובבים דרך המערכת באמצעות זרימת כוח הכבידה, נכנסים בצינור הכניסה ויוצאים בקצה חור הניקוז לפני שהם חוזרים למאגר. זמן השמירה (ימים) נבחר על סמך מחקרי ביצות שנבנובעבר 7. משאבות זרימה טבולות משמשות להבטחת ערבוב רציף של המאגר. משאבות מינון משמשות כדי להקל על תנועת המים בין המזוקוסמוס למאגר. אפשר לחבר משאבת מינון אחת לשתי מזוקוסמוס. יש להגדיר את המשאבות על סמך יעדי ניסוי כדי להשיג את קצב הזרימה וזמן השמירה הרצויים.
לאחר בניית מזוקוסמוס, המצע נארז באופן שווה לתוך המזוקוסמוס, צמחים מושתלים ומוסיפים מי RO. מי RO משמשים בתחילה במהלך תקופת התאקלמות של צמחים, כדי להבטיח מערכת מתפקדת היטב עם צמחים בריאים לפני תחילת הניסוי. לאחר תקופת ההתאקלמות, המזוקוסמוס מתנקז, נשטף ב-100% OSPW למשך 24 שעות כדי להבטיח החלפת מי הנקבוביות, ולאחר מכן ממלאים אותו מחדש ב-OSPW לפני תחילת הניסוי.
המדידות העיקריות שיש להשלים כוללות מדדי בריאות וצמיחה של הצמח, פרמטרים כימיים של מצע ומים וריכוזי מזהם המטרה. מדידות שגרתיות של פרמטרי מים ומצע נלקחות פעם אחת בכל מחזור כדי להבטיח שהמזוקוסמוס פועל כצפוי. מומלץ למדוד פרמטרים של איכות מים, כולל DO, ORP, pH ומוליכות, פעם במחזור באמצעות מכשיר מולטי-פרמטר YSI Professional Plus. ORP קרקע ו-DO מים הם פרמטרים מרכזיים לניטור כדי להבטיח שמזוקוסמוס שומר על תנאים אירוביים.
השיטה המתוארת ניתנת להתאמה גבוהה וניתנת לשינוי בהתאם למטרות הטיפול. שינויי הטיפול העיקריים כוללים, בין היתר, מיני צמחים, שימוש במיני צמחים מרובים, זמן שמירה, תנאי סביבה, הרכב ועומק המצע והוספת דשנים. יש לבחור מיני צמחים על סמך מאפיינים המשפרים את הישרדות הצמח ואת יעילות הפיטורמדיטציה. בחירת מיני צמחי ביצות מקומיים המותאמים לאקלים המקומי תשפר את הסיכוי לצמיחה מוצלחת והישרדות 11,13,14. מיני צמחים המתאימים היטב לשימוש ב-CWTS כוללים כאלה המפתחים שורשים עמוקים ורחבים, קני שורש חזקים, צמיחה מהירה, הובלת חמצן מספקת ויש להם מנגנונים לנטרל את השפעות המליחות 17,19,20. לעתים קרובות מומלץ להימנע משתילת תערובות של מיני צמחים מכיוון שמגוון צמחים מוגבר עלול להוביל לירידה בוודאות ביעילות ה-CWTS. במיוחד אם מפעל אחד הופך לדומיננטי, קשה למדל כיצד ה-CWTS יתנהג14. מיני הצמחים שנבחרו ישפיעו גם על אידוי הדיות, שיכול להיות בעל אפקט ריכוז של מלח ומזהמים אחרים.
חשוב לוודא שהאידוי נלקח בחשבון במערכת; הקפדה על שמירה על רמת OSPW עם RO-water. השימוש במים עירוניים או שאינם RO יכול להוביל לעלייה במרכיבים אחרים (למשל, כלוריד, סידן, פלואוריד), מה שעשוי להשפיע על ממצאי מחקר המזוקוסמוס. שינוי זמן השמירה עשוי לסייע באוורור, להבטיח שהרכיבים והרמות השונות בתוך המזוקוסמוס לא יהפכו לאנאירוביים, מה שעלול להוביל להשפעות על קהילות החיידקים ובריאות הצמח.
ניתן להשתמש בזרימות פועמות או לסירוגין כדי לדמות דינמיקה טבעית של ביצות (כלומר, אירועי סערה ונגר עונתי). הבטחת המשתנים הסביבתיים (טמפרטורה, תנאי אור ושינויים עונתיים) דומים לאלה באזור המחקר חשובה לאקסטרפולציה של העבודה ל-CWTS בקנה מידה גדול, מכיוון שהיא תפחית את מספר המשתנים החדשים שישפיעו על המערכת ואת ניתוח האופן שבו משתנים אלה משפיעים על יעילות ה-CWTS בהחלשת NAFCs. בחירת מצעים למזוקוסמוס שניתן להשתמש בהם ב-CWTS בקנה מידה גדול יותר תעזור ליידע את התכנון העתידי ולהגביר את היעילות של מערכת הטיפול. בכריית חולות נפט, זנב חול גס ותערובת כבול-מינרלים הם מצעים ונבדקו בעבר במחקרי מזוקוסמוס כדי לקבוע את המצע האופטימלי לשיפור בריאות הצמח, להגדלת קהילות חיידקים מועילות ולסייע בהנחתה של NAFCs17.
המגבלה העיקרית של שיטה זו היא הגודל והעומק המוגבלים של המזוקוסמוס, מה שעלול להשפיע על צמיחת השורשים ולגרום לצמחים להיות קשורים לשורשים. ניתן להתגבר על אילוצים אלה על ידי הפחתת אורך הניסוי ו/או מספר הצמחים הבודדים בהם נעשה שימוש. אם משתמשים במספר מינים באותה מזוקוסמוס, יכולות להיות השפעות סינרגטיות או תוספות מהתחרות. בסופו של דבר, הגודל והעומק של המזוקוסמוס עשויים לגרום למשך קצר יותר של הניסוי, ולהגביל את כמות הנתונים שנאספו. ניסויים ארוכי טווח יכולים לבחון תהליכים כגון מחזור נוטריינטים, המתרחשים כאשר חומר אורגני מתווסף למערכת באמצעות הצטברות ופירוק איטי של פסולת צמחים והפרשות שורשים. זה עשוי להשפיע על קהילות מיקרוביאליות ועל קצב הנחתת המזהמים. בנוסף, מסגרת הזמן הניסויית הקצרה יחסית של תכנון מזוקוסמוס זה מספקת משוב מהיר שניתן להשתמש בו כדי לשפר ניסויים עתידיים. ניתן להוסיף חומרים מזינים למערכת המזוקוסמוס; עם זאת, סוג וכמות הדשן שנוסף דורשים ניטור נרחב כדי למנוע פריחת אצות.
התנאים בחממה מוגדרים ליצור סביבת גידול אופטימלית; טווחי הטמפרטורות מוגדרים כך שישקפו כראוי את הטמפרטורות העונתיות של האזור, עם שינויים הדרגתיים המיושמים כדי לדמות תנודות יומיות טבעיות. רמות הלחות מנוהלות גם בטווח המייצג את האקלים האזורי. בנוסף, החממה מתוכננת לקלוט 25,000 לוקס, שווה ערך לכ-200 וואט/מ"ר של אור יום, בשעות האור המיועדות. כדי להבטיח עוצמת אור עקבית, נורות LED מופעלות בכל פעם שרמות האור הטבעי יורדות מתחת לסף זה. לשימוש בחממה יש גם מגבלות. בעוד שהיא מספקת סביבה מבוקרת, חממות יכולות גם להציב אתגרים ייחודיים כגון נגיעות מזיקים, השפעות חממה ויצירת סביבות לא טבעיות. נגיעות מזיקים שכיחות במיוחד בסביבות חממה ועלולות להשפיע על בריאות הצמח וצמיחתו. כדי להפחית את השימוש בקוטלי חרקים, טורפים טבעיים או הרחקת מזיקים פיזית הם חלופות מצוינות. למרות אתגרים אלה, חממה נותרה הסביבה האופטימלית לביצוע מחקר פיילוט מכיוון שהיא מאפשרת בקרה ובחינה מדויקת של פרמטרים בודדים14.
שיטה זו מייצגת גישות רבות לתכנון ניסויי מזוקוסמוס. ניסויי CWTS בקנה מידה פיילוט יכולים להתבצע בחוץ10,21 או בפנים 4,17. מזוקוסמוס חיצוני מושפע מגורמים סביבתיים רב-משתנים, שיכולים לקיים אינטראקציה בדרכים מורכבות ובלתי צפויות. אינטראקציות אלה מקשות על מידול משתנים בודדים או להבהיר את המנגנונים הספציפיים המניעים את התוצאות הנצפות. כתוצאה מכך, קשה לקבוע אילו גורמים תורמים לביצועי ה-CWTS ולזהות הזדמנויות לשיפור תכנון המערכת; עם זאת, הם משכפלים יותר את תנאי CWTS בקנה מידה מלא14. לעומת זאת, מזוקוסמוס פנימי מספק סביבה מבוקרת יותר, ממזער את השפעות הטבע והשפעות חיצוניות אחרות, מה שמקל על הבנת תהליכים וזיהוי פרמטרים עיצוביים שיכולים לשפר את הביצועים.
עיצובי CWTS כוללים בדרך כלל זרימת שטח אופקית 4,10,17,18 או זרימה תת-קרקעית אנכית18. השיטה המתוארת כאן מייצגת עיצוב מזוקוסמוס של זרימת פני השטח אופקית. בעוד שמערכות זרימה אנכיות מסתמכות על כוח הכבידה כדי להקל על תנועת מים אנכית, מציעות חמצון טוב יותר ודורשות פחות מקום, מערכות זרימה אופקיות שומרות על תנאים יציבים יותר10 ומשפרות את פוטנציאל הפיטורמדיציה22. מזוקוסמוס מציע יתרונות משמעותיים לפיתוח CWTS על ידי בדיקת רכיבים אינטגרליים ושיפור היעילות עבור יישומים עתידיים בקנה מידה גדול, המאפשר שכפול ובקרה של הסביבה הסובבת, ומאפשר בידוד ומדידה של פרמטרים ניסיוניים בודדים, תוך מעקב אחר שינויים ביוטיים ומסלולי פיזור כימיים.