一种去除地表水中的磷的浮岛处理系统 - 图文 

Author name et al. / Engineering 2(2016) xxx–xxx669表8?收获的植被中的生物量和磷含量Vegetation

December harvestBiomass (g)

Phosphorus (g·kg?1)3.994——

June harvestBiomass (g)—872.22656.8

Phosphorus (g·kg?1)—1.7571.401

Phosphorus storage (g·m?2)2.320.822.00

Wetland macrophytesaVetiver (above ground)

a

b

1082.2——

Vetiver (below ground)

Total of above- and below-ground biomass after three months (September 22–December 22) harvested from 1.86 m2 horizontal wetlands.b

Vetiver harvested after approximately eight months from 1.86 m2 horizontal wetlands.

（HRT），此时PO43?去除率下降到20%。此外，本研究通过生物中宇宙实验，确定在塑料再生培养基中种植的新的大型植物和香根草这一处理工艺单元的去除效果最佳。然而，实验水的组成成分（自来水中加入磷酸盐和硝酸盐）可能是生物中宇宙实验存在的局限问题，因为实验水中很可能不含有维持生物系统最佳性能所必需的微量营养素，同时实验水中也不含天然有机物，这会影响TP的形态。但生物中宇宙实验可提供FITS针对PO43?的实际预期去除处理效率范围。小型杯罐实验和柱实验结果表明，AR和PhosX树脂是针对TP去除效果最好的材料。虽然在杯罐实验中，FR、SS和RC都能去除PO43?和TP，但FR会引入有机物，而SS和RC均提高了水的pH值。因此，这些材料需要增加处理系统的单元（进行后处理）才能纠正水质变化。所以柱实验的重点是在连续流动条件下（更接近FITS）对AR和PhosX树脂进行评价。结果表明，AR和PhosX树脂对桑福德大道运河和爱丽斯湖水体中PO43?和TP的去除效果非常相似。由于AR是以质量为基础的，而PhosX是以体积为基础的，所以在杯罐实验中二者无法进行定量比较，但柱实验中AR和PhosX树脂的体积相同，因此可定量比较。FITS将生物处理（生长在塑料再生培养基中的大型植物和香根草）与P-C处理（含AR或PhosX树脂的上流式柱）相结合，可以最大限度地去除磷。由于PhosX比AR的除磷量更大，所以大部分实验材料都为PhosX，小型实验与此形成了鲜明的对比，分析可能的原因为：AR是大的、不规则的碎片，将AR研磨成大小一致的颗粒比研磨成末困难得多，而PhosX树脂不需要任何粒径调整。应该强调的是，平均去除效率（表7）代表了PhosX树脂几乎耗尽的时间以及使用新鲜PhosX的时间，因此必须谨慎使用总体平均值。FITS在湖区运行过程中，生物工艺单元使TP降低了20%，PhosX树脂约使TP降低了35%，而FITS的总有效去除率在45%~50%之间（表7）。 此外，在最佳操作条件下，效率会更高。假设操作效率在所有测量结果的第90百分位以内，则可以去除约863 mg·d?1和259 mg·d?1的PO43?，那么系统总体对TP和PO3?4的去除率分别能达到78%和85%。如表7所示，生物处理组分对TP和PO43?去除率的差异（TP和PO43?的平均去除率分别为20.2%和17.6%）证实了我们最初的假设：生物组分既能够降低PO43?，也能够降低TP。此外，当湖水通过WLTC的生长介质时，浮游植物的过滤作用能够减少物理-化学成分的堵塞，因此我们将生物组分放在处理链第一位。生物组分的环境足迹（3.7 m2）与FITS的总面积环境足迹（包括太阳能电池和树脂柱）约10 m2，所以可以采用单位面积的磷去除量与其他技术进行比较。假设生长季节为240 d，磷的平均质量去除量如表7所示，FITS中生物组分对TP和PO43?中磷的去除量分别约为 12.1 g·m?2·a?1和8.3 g·m?2·a?1。而从总体上看，FITS的生物化学组分对TP和PO43?的去除率分别为10.9 g·m?2·a?1和 9.8 g·m?2·a?1。与其他生物工程处理系统相比，本研究的去除率更高，经推算，设计用来过滤颗粒磷的湿地系统的年平均去除率为2.2 g·m?2·a?1 [15]。而瑞典有4种入流浓度的不同表面流人工湿地，可去除1~4 g·m?2·a?1[16]；大沼泽地（美国佛罗里达州）的大规模湿地处理系统5年内的平均总磷去除量为1.2 g·m?2·a?1?[17]；佛罗里达的13个由SAV管控的天然湖泊和河流系统的长期磷平均去除率为 1.2 g·m?2·a?1 [18]。在FITS运行期间，本研究同时对其他水质参数进行了监测，爱丽斯湖与FITS出水（即“PX?effl.”）中pH值、氯化物和硫酸盐的差异一般不超过20%。而由于出水中颗粒状态磷较少，其浊度在原基础（平均4 NTU）上降低了50%左右。对比爱丽斯湖湖水和混合进水，FITS出水的总有机碳（TOC）、波长在254 nm处的UV吸收（UV254）和总氮（TN）含量更低，平均去除率为30%。此外，由于硝酸盐浓度接近仪器的最低校准标准，因此没有明确的硝酸盐去除趋势。总的来说，监测结果表明，与其他水化学过程相比，FITS对PO43?和TP具有很高的670Author name et al. / Engineering 2(2016) xxx–xxx选择性，而且不会引入任何处理副产物。PhosX树脂可多次再生、重复使用[19]。本研究对树脂进行了3次再生，其吸附容量未发生明显降低。此外，可以通过钙沉淀法分离回收废液再生溶液中的磷酸盐，这既可以获取有价值的产品（如鸟粪石），又可以使废液再生液在树脂再生周期再利用。4. 结论从FITS的设计和操作过程中可以得出以下结论：??在中等HLR条件下，各中宇宙实验对PO43?的去除率均在40%~50%之间，平均吸收量为 5.0 g·m?2·a?1。而在较高HLR以及FITS等效流量运行条件下，中宇宙实验平均去除率约为15%。??小型杯罐实验和柱实验表明，AR和PhosX树脂是去除TP效果最好的材料。??大部分实验材料为PhosX，因为它比AR的TP去除量更大，分析其原因可能为PhosX不需要任何粒度调整。??再生后的PhosX与原始的PhosX一样有效。??与其他水化学过程相比，FITS对PO43?和TP的处理具有很高的选择性，并且不会引入任何处理副产物。??WLTC中悬浮藻类的过滤作用去除TP的重要机制，具体体现在FITS的运行过程中生物组分对PO43?和TP去除效果的差异。??在2009年末生长季的后3个月，大型湿地植物在地上生物量和地下生物量中的磷平均贮藏总量为2.3 g·m?2。??使用PO43?去除率的第50和第90百分位以及FITS的环境足迹进行评价，结果表明系统的去除率分别为56%和86%，实验记录期间区域磷的去除率在8.9~16.5 g·m?2·a?1之间。AcknowledgementsFunding for this research was from the Lake Jesup To-tal Phosphorus Removal Treatment Technologies Floating Island Pilot Project (25104) of St. Johns River Water Man-agement District, Palatka, FL, USA.Compliance with ethics guidelinesMark T. Brown, Treavor Boyer, R.J. Sindelar, Sam Arden, Amar Persaud, and Sherry Brandt-Williams declare that?they?have?no?conflict?of?interest?or?financial?conflicts?to?disclose.References[1] Groffman PM, Baron JS, Blett T, Gold AJ, Goodman I, Gunderson LH, et al. Eco-logical thresholds: the key to successful environmental management or an important concept with no practical application? Ecosystems 2006;9(1):1–13.[2] Beisner BE, Haydon DT, Cuddington K. Alternative stable states in ecology. Front Ecol Environ 2003;1(7):376–82.[3] Florida Department of Environmental Protection. Integrated water quality assessment for Florida. Report. Tallahassee: Florida Department of Environ-mental Protection; 2016 Jun.[4] Water Resource Implementation Rule. Rules. Florida Administrative Code. Florida Department of State. 2014 May. Rule No.: 62-40.210.[5] Moss B, Balls H, Irvine K, Stansfield J. 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