来源:Frontiers of Environmental Science & Engineering 发布时间:2022/11/30 10:31:58
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FESE | 前沿研究:再生水景观藻华控制中营养盐和水力停留时间阈值

论文标题:Modelling the thresholds of nitrogen/phosphorus concentration and hydraulic retention time for bloom control in reclaimed water landscape(再生水景观藻华控制中营养盐和水力停留时间阈值)

期刊:Frontiers of Environmental Science & Engineering

作者:Keying Song, Shufeng Zhu, Yun Lu, Guohua Dao, Yinhu Wu, Zhuo Chen, Shengnan Wang, Junhan Liu, Wenguang Zhou, Hong-Ying Hu

发表时间:15 Oct 2022

DOI:10.1007/s11783-022-1564-1

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提 要

再生水回用于景观水体时,需严格控制氮磷浓度,以减小藻华爆发风险。本研究构建了包含氮磷浓度、光照强度和温度等因素的藻类生长综合模型,并基于藻类生物量—氮磷质量的平衡方程建立了藻华爆发控制模型,解决了再生水用于景观水体时氮磷浓度和水力停留时间阈值设定问题。

图1 摘要图

研 究 概 览

再生水景观水体中,藻类生物量会受到温度、光照强度、水力停留时间和水深的影响,藻类生长对氮磷的需求随这些因素的改变而变化。本研究针对景观河道常见的6种藻类及其混合藻,开展了控制藻华爆发的氮磷浓度和水力停留时间阈值模拟。

本研究首先探究了在固定温度(25℃)、光照强度(5000 lx)、水力停留时间(30 d和60 d)和水深(2 m)条件下,控制藻华爆发(藻类生物量≤8.4 mg/L)时再生水中氮、磷浓度的阈值:当水力停留时间为30 d时,需控制再生水中氮浓度≤3 mg/L,磷浓度≤0.09 mg/L(图2 a);当水力停留时间为60 d时,需控制再生水中氮浓度≤1.3 mg/L,磷浓度≤0.06 mg/L(图2 b)。

图2 水力停留时间为30 d(a)和60 d(b)时6种藻类的氮、磷浓度阈值分析

污废水经处理后排入景观水体,有两种情形。(1)再生水回用。根据《城市污水再生利用 景观环境用水水质标准》(GB/T 18921–2019),回用水中氮磷浓度要求分别为10 mg/L和0.3 mg/L。(2)污水厂尾水直接排放入景观水体。根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918–2019)一级A标准,氮磷浓度分别为15 mg/L和0.5 mg/L。基于这两种情景,对再生水或污水厂尾水回用至景观水体时的水力停留时间进行了模拟。结果显示,针对于单一藻种( Scenedesmus quadricauda),情景(1)水力停留时间<22 d,情景(2)水力停留时间<15 d(图3);而对混合藻,水力停留时间阈值则分别为34 d和27 d。

图3 不同氮、磷浓度下控制6种藻类生物量的水力停留时间阈值分析

本研究建立的藻类生长综合模型和藻华爆发控制模型对再生水利用具有指导意义。当提供藻类生物量控制目标时,模型可用于确定再生水水质指标浓度标准,也可用于确定特定水质再生水回用至景观水体时的最长水力停留时间。

编 者 按

水资源、水环境、水生态“三水”协同共治是我国“十四五”期间的重要治水格局。开拓再生水为城市第二水源,实现区域水循环利用,具有显著的生态环境效益和经济效益。然而目前再生水利用仍存在许多潜在的水安全问题,根据其最终用途制定相关水质标准是保障再生水安全利用的前提和基础。本研究中针对再生水用于景观水体后引起的藻华爆发问题开展研究,通过建立藻类生长综合模型和水华爆发控制模型,确定了再生水用于景观水体时的氮磷浓度和水力停留时间。本课题的研究成果对于保护城市景观水体的水生态环境具有重要的现实意义。

摘要

The risks posed by algal blooms caused by nitrogen and phosphorus in reclaimed water used in urban water landscapes need to be carefully controlled. In this study, the combined effects of the nitrogen and phosphorus concentrations and the light intensity and temperature on the specific growth rates of algae were determined using Monod, Steele, and Arrhenius models, then an integrated algal growth model was developed. The algae biomass, nitrogen concentration, and phosphorus concentration mass balance equations were used to establish a new control model describing the nitrogen and phosphorus concentration and hydraulic retention time thresholds for algal blooms. The model parameters were determined by fitting the models to data acquired experimentally. Finally, the control model and numerical simulations for six typical algae and mixed algae under standard conditions were used to determine nitrogen/phosphorus concentration and hydraulic retention time thresholds for landscape water to which reclaimed water is supplied (i.e., for a reclaimed water landscape).

文稿 | 邹艺娜,河海大学,FESE青年编委

编者 | 邹艺娜,河海大学,FESE青年编委

审校 | 张 姣

本文内容来自FESE期刊2022年第16卷第10期发表的Research article文章 “Modelling the thresholds of nitrogen/phosphorus concentration and hydraulic retention time for bloom control in reclaimed water landscape”。通讯作者为清华大学胡洪营教授。

引用格式:Keying Song, Shufeng Zhu, Yun Lu, Guohua Dao, Yinhu Wu, Zhuo Chen, Shengnan Wang, Junhan Liu, Wenguang Zhou, Hong-Ying Hu. Modelling the thresholds of nitrogen/phosphorus concentration and hydraulic retention time for bloom control in reclaimed water landscape. Front. Environ. Sci. Eng., 2022, 16(10): 129

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声明:本文为FESE期刊编辑部与青年编委会、作者等共同制作,内容仅供参考。欢迎转发和阅读原文,并就文章提出广泛讨论。如转载,请保持内容完整、标注信息来源。

期刊简介

Frontiers of Environmental Science & Engineering 是由高等教育出版社、中国工程院和清华大学共同主办的环境领域综合学术期刊,聚焦环境领域前沿问题与研究成果,重点关注开创性、跨学科的研究,致力于打造具有国际影响力的高水平学术交流平台,是中国工程院院刊系列期刊、中国科技期刊卓越行动计划重点期刊。

共同主编:曲久辉院士,John Crittenden院士

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