温和气候条件下水平潜流人工湿地地下脱氮的年循环外文翻译资料

 2022-11-04 17:00:15

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Annual cycle of nitrogen removal by a pilot-scale subsurface horizontal flow in a constructed wetland under moderate climate


(修复研究室、莱比锡哈雷中心,permoserstrax E 15,莱比锡04318,德国)温和气候条件下水平潜流人工湿地地下脱氮的年循环

P. Kuschk*, A. WieXner, U. Kappelmeyer, E. WeiXbrodt, M. Kastner, U. Stottmeister

摘 要:温和气候条件下,稳定运行的水平潜流人工湿地脱氮的年度过程(空间模拟设备)是用4年来运行操作所得数据库分析的。研究发现,春季和秋季的去除效率依赖于氮负荷的线性模式。在冬季和夏季的效率之间差别很大(在一月/八月,平均去除率为0.15/0.7gm-2 d-1 (11%/53%))且在原则上,独立于氮负荷(0.7–1.7 gm-2d-1)之外。振荡的去除率在春天形成几个最大值,表明季节性的具体影响所造成的植物生理动力学最终确定硝化效率,即通过氧气供应。在所有季节中,硝化都受温度的限制,而且在盛夏,相对硝化,其他季节因素限制形成鲜明的最小(平均速率0.43gm-2d-1 (32%))。对植物的气体交换和氧输入到根际的重要性和效果进行了讨论。反硝化几乎完全在盛夏,明显被限制在低于15℃的季节性温度。

关键词:年度周期;人工湿地;脱氮;植物;水平潜流系统;气候温和;硝化;脱氮;氧气供应

  1. 引言

人工湿地正在越来越多地应用于世界各地的污水处理各种技术设计[1–4]。而且,几百个水平潜流系统(SSF)已经在欧洲的可靠运行[4–6]。设计和操作准则已标准化,且采用德国最先进的技术[7]。SSF系统由于原理简单技术,优先使用,可靠的操作条件,通过同步硝化反硝化去除总氮的潜在N.微生物过程被认为是在这些系统中的驱动力,以减少氮,其中包括氨的主要程度。由硝化亚硝酸盐和硝酸盐会消除立即脱硝[8-10]。总的来说,在SSF的脱氮约30–40%[11]和30%(NH 4 -N)和39.6%(N)给出了268个欧洲人工湿地[12]。然而,曼德等人[13]对去除效率数据单集极大多数长期评估SSF系统不同。目前的氮去除效率从12%变化到85%且寒冷季节中净化效率不降低。Maehlum和stalnacke [14]也发现温暖和寒冷的时期之间的去除率差异小于10%。其他作者描述了高清除率为40 - 97%,同时也没有季节性温度和净化效率的一般相关性观察[6]。然而,其他报告显示季节效应的,主要是温度对去除效率和季节差异[10,15,16]。然而,脱氮数据是非常异质的,并在大多数植物中描述随季节方面[9,17]

其他去除过程是属于次重要性。因此在1984年,thable [18]估计只有5–10%的废水氮负荷并入植物生物量。这就是为什么在大多数CA没有收获的SES植物。氮掺入土壤物质(腐殖物质,吸附粘土矿物等)也意义不是很大,即小于10%的负载[19]

在一般情况下,人工湿地处理废水进行评估,以太阳能为动力的生态系统[15]。的去除效率应受到影响,在复杂的模式,每年的周期许多参数,如水/土壤温度,空气温度,太阳辐射(年和日),湿度,降水,污染物浓度和植被[15]。这些参数CA利用养分供应、吸收或释放微生物和植物的化学物质和生物活性的变化[15]。Kadlec [15]也表明湿地水温度n影响去除效率的唯一参数。然而,非常庞杂的氮去除公布的数据可能被忽略的不同的年周期的成绩和不足系统的统计评价。因此,有必要调查系统的长期稳定运行数年的短采样间隔。由此产生的数据池应作为统计评价的充分依据。

由于这种知识的缺乏,本文的目的是探讨在德国试点规模的社保基金在4年期间采样4–每月5次评估统计年度周期温和气候下的脱氮。

  1. 材料与方法

2.1植物设计与操作

SSF是位于人工湖岸边的一个试验工厂(9公顷,27米深、250万立方米),位于莎索尼亚安州南边的一个原露天煤矿(德国市中心的WeiXenfels和蔡茨之间)[20]。湖的结果主要是从1950至1968年间从附近焦化厂的褐煤热解废水主要充填。现在湖的水含有丰富的氨,但表面附近的水层(约3米)是缺乏可生物降解的碳。BOD5,例如,从40–80 mg / L的1992 T下降O 2 - 15毫克/升测量在1999,主要是由于微生物降解。这意味着低生物降解碳负荷流入的人工湿地。主要的碳成分是酚类化合物[20]高分子氧化/聚合产品。钼ST的高分子化合物,从水中除去絮凝和沉淀在1997。在大分子含量中的变化不会影响脱氮效率。人工湿地的面积为125平方米(25times;5米)、深0.6米的地洼。地面密封PTFE衬垫和填充粘土砂与晶粒尺寸为0 - 4毫米。流入和流出部门充满砾石2 - 8毫米。一个恒定的水位为0.4米通过安装在一个特殊的实现装置出水管流出。通过实现一个平均水力停留时间7.4d,平均流量达3.4立方米/天,按0.03 m3 m-2d-1的平均面积比流入。在1994,湿地进行了安装和种植,从1995到2001开始运行。1999秋天,70平方米的床上满是芦苇与300–400株m-2植株密度和高度3.5米和35米的Typha latifolia(30株m-2,3.5米)。一些其他的物种(鸢尾),以及芦苇形成约20平方米的草里面的一个岛(如Carex sp.等)进行了估计。

人工湿地的大小是相当于一个工厂处理约25人口当量的生活污水。否则,湿地对于特定的位置是不寻常的(一个四面坡9公顷湖附近)确定的气候条件和对湖泊水表面层的温度相关的inflowwater特定温度。

水流从湖面10米和湖岸深度为2米处收集,并在运行过程中连续泵入湿地。

进水中含有丰富的氨49毫克/升的平均氨氮浓度,相当于国内废水[4]浓度的上限,和平均pH值为7.4。在一般铝,氮的去除率比SSF污水[20,21]操作。在整个运行期间,每周样品取自流入和流出。为了评估年周期的脱氮,从稳定流入条件期间的数据被用于调查(氮浓度或基本化学特性的流入没有显着变化)。采样期间为四月-十一月在1995,5月-十月在1996和整个1999和2000。除去大量的NH4 -N和(NO3- NO2-)-N以及特定区域的去除率为铵态氮,校正根据新闻体育kuschk等人的文章。/水研究37(2003)4236 - 4242前4237降水量和蒸散量,计算。对于统计评估,每月和每月的手段,涉及所有数据的所有时期进行了计算。绘制图形、时间协调是从1月1日的1和12月31日,即运行365天。

2.2分析和计算

氨氮(NH4 -N):比色法是用水蒸汽蒸馏后的二氯异氰尿酸钠试剂[22]

亚硝酸盐和硝酸盐(NO2--N and NO3--N):采用Dionex 100离子色谱仪测定浓度(as4a-sc柱(ag4a-sc柱)在215 nm紫外检测[20]

计算:计算软件表曲线二维,版本4的Windows 95和NT(慕尼黑的SPSS ASC有限公司,)被用于图形表示和计算系数的决心。

每日平均室外温度取自文献[23]引述该地区气象台。

3结果与讨论

研究发现脱氮过程在评估期间整体趋于稳定(见表1中特定氨去除率的平均值)。

表1.平均面积比负荷和去除率和植被时期氨氮淘汰效率(五月–十月)的调查

从十月初(第275)到五月上旬(第125),氨氮的流入浓度呈上升趋势,在余下的一年减少(见图1)。这种变化是振荡的湖泊的内部季节性水运动的结果,除了季节性依赖于湖泊内的氮去除。这种总的趋势是完全不同的从国内废水氨氮输入浓度的季节变化。生活污水中氨氮的年化进程通常的特点是从年初开始减少值,在夏季最低,浓度增加到年底年份[15]。夏季最低值比冬季最高值低60%以上。这些大的差异约束的其他参数的影响与年际变化的调查对这种湿地的去除效率。湖中氨氮在五月(第 125)和十月(第275)的最小值和极大值之间的浓度差异只有25%,这对于所提出的调查是有优势的。当然,流入浓度的可变性已考虑到

每年的去除特性。氨去除发生在全年和年过程中表现出八月下半年流出量绝对最低值(第228 –244)。

图1.运行四年间流入和流出的氨氮浓度(N = 132)和半个月的氨氮浓度平均值

外流过程的振荡不仅反映了流入浓度的振荡,但人们发现,氨的去除依赖于氨流入率只有在春季和秋季的线性相关(见图2)当微生物的活动一般是由于改变环境条件。

图2.特定氨氮平均去除率的相关性和四个季节氨氮平均流入率,,冬季和夏季和过渡季节线性回归;R2 = 0:919(春),0.043(夏季),0.948(秋季)、0.281(冬季)

在冬季,低去除率由低温引起的,但是在夏季,高去除强度不依赖于氨流入。图3显示了所有调查年份的氨氮去除率。令人惊讶的是,调查年分内发现了相同的特点,盛夏期间明显的局部极小值和最大去除率在六月下半年(第162 –187)和8月(第 214–244)可以确定。只有在2000,局部极大值是不太明显的,并稍微移位的时间。这可能是由于早期的异常温暖时期该地区从四月开始(第 92)当年。

图3.不同评估年份特定氨氮去除率的年周期(曲线表示回归模型使用所有数据;R2 = 0:89 [1995], 0.95 [1996], 0.84 [1999], 0.88 [2000])

图4.运行四年以来特定氨氮去除率的和日平均室外温度以及相应的半个月数据

使用计算出的所有去除率的半个月的方法和相应的每日平均室外温度,如图4所示,可以做如下结论:

  1. 在原则上,去除效率随温度的变化,这是用来作为一个标记的季节变化;
  2. 春季至初夏的平均氨去除率增加的特点是振荡形成不同的极端;
  3. 秋季的降温率与本季室外气温的下降有关;
  4. 在盛夏(yeardays 197–213)有一个明确的限制氨氮去除特征的局部最小值相当于3月底清除水平(yeardays 90)或九月底(yeardays274)。

两个参数主要影响微生物硝化作用的温度和氧的有效性。对仲夏的进水温度从17℃到22℃的范围测量,这个范围低于硝化所需的最佳温度[9,16]。主要氧源释放的沼生植物的根际氧[24,25]。,例如,阿姆斯壮等[24]计算出芦苇氧气释放速率为5–12gO2m-2d-1。1克氨氮硝酸盐转化需要4.2g氧气,在8月,最大硝化(0.75 g氨氮m-2d-1 )时所需氧气为3.15gO2m-2d-1,原则上这小于植物释放根际氧的能力。然而,氧的释放和在SSF系统中伴随硝化效率似乎主要是在给定的推流系统不利的水动力条件限制字符被缓慢的流体流和可能的短路在扎根土壤

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