Rozszerzeniem technologii OPO jest biogeochemiczna rafa, obejmująca szerszy zakres zanieczyszczeń niż sama OPO – jest w stanie zneutralizować nie tylko azotany, ale także fosforany, halogenki i polichlorowane bifenyle. Dnia 8 listopada 2023 r. przyznano patent nr 244388 ERCE PAN na biogeochemiczną rafę przeznaczoną do redukcji zanieczyszczeń obszarowych. W rafie zachodzą procesy denitryfikacji azotu, defosforylacji fosforu, redukcyjnej dehalogenacji oraz degradacji oksydatywnej polichlorowanych bifenyli. Idea, sposób aplikacji i zastosowane podłoże są zbliżone do rozwiązań znanych z OPO.
Biogeochemiczna rafa ma za zadanie oczyszczać wody gruntowe z wymienionych związków i ograniczać ich migrację do wód powierzchniowych. Instalacja składa się z rowu o głębokości 1,5-2,5 m i szerokości 1-1,5 m, w którym umieszczono (prostopadle do przepływu wód gruntowych) modułowe warstwy aktywnego podłoża, tj. mieszaninę węgla brunatnego, słomy i trocin sosnowych w stosunku objętościowym 1:1:1). Dodatkowo, poprowadzono równoległe zagłębienie na głębokość 30-50 cm, którego funkcją jest przechwytywanie i gromadzenie wody powierzchniowej spływającej z pól uprawnych, zlewni rolniczej.
Efektywność rafy uzależniona jest od biodostępności materiałów węglowych, temperatury, pH oraz wilgotności. Zalecana jest kontrola pH powyżej 7,3 – w razie potrzeby stosuje się dodatek substratów zasadowych, np. węglan wapnia. Biodostępność materiałów węglowych oraz wilgotność rafy są kluczowymi parametrami dla optymalnego rozwoju mikroorganizmów. Najlepszym miejscem dla instalacji rafy są obszary pól uprawnych z lekkimi, piaszczystymi glebami oraz położone w pobliżu linii brzegowych wód powierzchniowych (ERCE PAN, 2021). Zaletami stosowania rafy są:
- wysoka skuteczność usuwania zanieczyszczeń – redukcja azotanów (30-90%), fosforanów (30-50%), polichlorowanych bifenyli (42-44%);
- zastosowanie rozwiązań opartych na naturze (ang. Nature-Based Solutions, NBS) – użycie naturalnych materiałów;
- biodegradowalność – moduły wykonane są z opakowań jutowych (lub innych biodegradowalnych materiałów), a podłoże stanowi materiał organiczny rozkładany przez mikroorganizmy;
- niskie koszty wdrożenia;
- brak ingerencji w krajobraz;
- żywotność rafy – około 15 lat.
Metoda polega na wytworzeniu w pobliżu linii brzegowych ekosystemów wodnych złóż denitryfikacyjnych do redukcji zanieczyszczeń obszarowych. Złoże takie przygotowuje się prostopadle do kierunku przepływu zanieczyszczonych azotanami wód gruntowych, odpływających z obszarów użytkowanych rolniczo np. pola uprawne (Schemat 2). Aktywizują one proces denitryfikacji i redukują azotany do form gazowych (NO3 → N2).
Złoże dowolnej długości buduje się w pobliżu linii brzegowych jezior, zbiorników zaporowych, rzek lub cieków wodnych (Ryc. 3). Głębokość i szerokość złoża jest uzależniona od zakresu zmienności poziomu wód gruntowych. Wykorzystanie najłatwiejszych i najtańszych do pozyskania w danym regionie materiałów włóknistych zawierających węgiel organiczny, a także indywidualne dostosowanie proporcji wykorzystania tych materiałów w złożu na danym terenie pozwoli na uzyskanie efektywnej redukcji związków azotu. Do złoża zaaplikowana jest określona pula mikroorganizmów denitryfikacyjnych. Dodatek mikroorganizmów skutkuje podniesieniem efektywności procesów denitryfikacyjnych oraz umożliwia wydajne działanie złoża nawet w warunkach długotrwałej suszy.
Złoże znajduje się pod powierzchnią ziemi, dlatego rozwiązanie nie stanowi ingerencji w krajobraz pozwalając roślinności na naturalną sukcesję. Prawidłowe funkcjonowanie złoża szacuje się na ponad 15 lat. Złoże denitryfikacyjne do rekultywacji zanieczyszczeń obszarowych jest jedną z najtańszych biotechnologii służących do zabezpieczania przed migracją azotanów do środowiska wodnego z obszarów intensywnie użytkowanych rolniczo.