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Barron, Deletic, Hatt... 2020
Seasonal operation of dual-mode biofilters:…
Barron, Deletic, Hatt... 2020
Seasonal operation of dual-mode biofilters: The influence of plant species on stormwater and greywater treatment
雨水+灰水
- 地点:实验室
- 时间:4个月半合成雨水+3个月半合成灰水(16年3月-10月)
- 混合水源:雨水/浴室灰水
- 测试变量/条件:4种不同植物;有无碳源;交替进水
实验结果:
- 植物物种的选择:除氮和磷,如Carex appressa和Canna x generalis,能够在两种水源中保持较低的流出浓度(如总氮分别为0.2-0.3毫克/升和0.3-0.6毫克/升)。
- 在两种水源中,高过滤活性磷去除率的植物物种=>低流出的磷浓度
- 较低总氮浓度=> 氨和氧化氮的较高去除率。
- 所有设计中,对总悬浮沉积物(>94%)、生化需氧量(>98%)和一些重金属(如铅>98%和铜>93%)的去除率很高。
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亮点
- 干燥的月份,生物滤池的流入量可以从雨水转为灰水
- 有效的植物物种在两个来源中都保持了低的流出浓度
- 去除可过滤的活性磷与较大的磷减排量有关
- 雨水流入的情况下,与氧化氮有关的总氮流出量较少
- 灰水流入下,氨的减少与较小的氮外流有关
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试验方法
实验设计
- 植物:7种植物
- 滤池设计:(从上到下)500 mm三洗沙+5%的雪松覆盖物(碳源)混合,300 mm三洗沙,70 mm粗沙,70 mm砾石排水层
- SZ
- 水源:轻度污染浴室废水+半合成雨水
前置给水
- 8个月自来水,偶尔营养液+12个月的灰水(Fowdar等人,2017)
- 5个月雨水+灰水交替流入(Barron2019)
本实验给水
- 每周两次雨水13L,或者20L(采样日)(4个半月)
- 每周五天5L,并在SZ中停留48小时以增加反硝化作用(3个半月)
采样
- 六次取样活动,每种水源有三次。
第三次(最后一次雨水事件)和第四次(第一次灰水事件)取样事件相隔两周
- 雨水取样:在取样日和前一个加药日采集两个流入的样品。对于
- 灰水取样:在取样日和之前的两个加药日收集两个流入样本。假设系统采用塞流模式,采集前几天的流入样本说明了采样日保留在系统中的水。
测试目标
- 流入和流出的样品:总悬浮固体(TSS)、总磷(TP)、总氮(TN)、总溶解磷(TDP)、可过滤活性磷(FRP)、总溶解氮(TDN)、氨(NH3)、氧化氮(NOX)、总有机碳(TOC)和溶解的有机碳(DOC)。颗粒磷(PP)=TP-TDP,溶解的有机磷(DOP)=TDP-FRP。颗粒氮(PN)=TN-TDN,溶解的有机氮(DON)=TDN-NH3-NOX。
- 第二次采样活动(雨水):镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、铅(Pb)、锰(Mn)、镍(Ni)和锌(Zn)
- 第六次采样活动(灰水):生化需氧量(BOD5)
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结果
植物对去除率的影响
无明显影响:
- 无论水源如何,都能有效地去除TSS
- 灰水流入下的TOC去除率(88-91%)高于雨水流入(20-39%),DOC去除率维持高水平——植物物种的选择对有机碳的去除影响很小
- 雨水:有效地去除NH3(中位数都>84%),灰水:发生沥滤(中位数-334%到98%)
- PP、DON和PN处理没有受到植物或设计的严重影响
- BOD5的去除率都很高,去除率主要发生在系统的上部好氧层
有明显影响
- 植物物种的选择对有机碳的去除影响很小
- 植物种类对TP、TDP和FRP去除率的影响非常明显
- 植物物种的选择对TN、TDN、NOX和NH3的去除很关键
- 对铬、锰、镍和锌的去除率有明显差异(鉴于所有设计的去除率都很高,这些差异的实际意义很小)
- 植物物种对锌的去除率比非植物物种高
- 植物物种之间营养物质去除的差异将与生物量分布和多种生理特征的相互作用有关。虽然快速生长的植物物种可能提供有效的磷和氮去除,但似乎那些将资源分配给根系的植物总生物量比例较高的植物,可能提供最佳的处理性能。
- 大多数有机氮的去除发生在上部过滤层,并且有效的矿化作用发生在系统内
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设计对不同水源的营养物去除的影响
(无比较)
从雨水转为灰水流入的影响
- 改用灰水后经历了流出的TP浓度的显著增加(因为FRP),和TN浓度的显著降低(因为NH3和NOX)
- 灰水中的氮氧化物流入浓度较低
- 无论水源如何,较高的TP减少量都与植物对FRP的吸收有关
- 高的TN减少量似乎与NOX和NH3的去除有关,而PN和DON浓度在所有设计和水源中相对一致
- 在雨水和灰水流入下,C. appressa和C. x generalis有最低的外流NOX浓度,以及低NH3浓度
碳源的影响
无明显差异
- TP、TDP、FRP、DOP、PP、DON、NH3、NOX、PN、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni、Zn和BOD5浓度
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结论
- 沉积物、磷、氮、碳、重金属和BOD5可以成功地从两个水源中去除
- 灰水流入:P流出浓度增加(柱子饱和),N浓度增加(DRNA)
- 植物种类(C. appressa和C. x generalis):去除高比例的FRP的能力->两种水源的高总体TP去除率;TN的去除率增强=>NH3和NOX的高去除率
- TSS、TOC、DOC、BOD5和大多数重金属无所谓植物
- 碳源的增加对有效的植物物种而言不能促进反硝化
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