A Floating Island Treatment System for the Removal of Phosphorus from Surface Waters

摘要

本研究旨在设计、建造和测试一个中试规模的浮动模块化处理系统,并用以对美国佛罗里达州中部富营养化湖泊中的总磷(TP)进行去除。该处理系统由生物和物理-化学处理模块组成。用多种底物和水生大型植物组合构建了13种不同的中宇宙实验(mesocosm),分别测试了总磷(TP)和正磷(PO_4^(3-))的去除率及潜在的区域去除率。此外本研究对7种吸附介质进行了小型杯罐实验和柱实验,并对3种商业树脂进行了吸附能力的测试。完成这些独立的测试过程后,在佛罗里达中部的一个湖泊中,设计了一个浮岛处理系统(FITS)并运行了8个月。中宇宙实验对磷的平均去除率为40%～50%,平均去除量为5.0 g·m^(–2)·a^(–1)。其中沉水植物(SAV)系统和藻类洗涤器(AGS)效果最好,分别去除了20 mg·m^(–2)·d^(–1)和50 mg·m^(–2)·d^(–1)的磷,它们对磷的平均去除量分别为5.5 g·m^(–2)·a^(–1)和12.0 g·m^(–2)·a^(–1)。在吸附介质中,明矾渣(AR)的性能最佳,接触5 min后,PO_4^(3-)浓度降低了75%左右。在所测试的商品树脂中,PhosX树脂的去除效果最好,在30 min后去除了约40%的磷,60 min后去除了约60%的磷。在基线运行条件下展开实验,FITS对PO_4^(3-)的平均去除率为53%;使用PO_4^(3-)去除率的第50百分位和第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%;区域磷去除率在8.9～16.5 g·m^(–2)·a^(–1)之间。