1. Introduction
Urban and industrial activities have increased watershed metal exports contributing to impaired receiving waters (Clark et al., 2007). Dissolved copper (Cu) and zinc (Zn) were found to be the primary cause of toxicity in highway runoff tested for five fresh water and marine species (Kayhanian et al., 2008). These metals are characteristically found at high concentrations in stormwater runoff from urbanized areas (San Francisco Bay Conservation and Development Commission, 2003, Timperley et al., 2005 and Zgheib et al., 2011) presenting a common risk for receiving environments worldwide. Constructed wetlands and retention ponds are practices widely used to reduce suspended solids and metal concentrations before they reach the environment. Retention basins generally provide limited removal of dissolved contaminants, being more efficient at removing coarse, particulate-attached forms (Van Buren et al., 1996). Vegetated wetlands provide removal mechanisms for soluble pollutants and those associated with finer particles (Bavor et al., 2001); however, they usually require larger areas and will not tolerate extended periods of high water levels. A novel approach, the floating treatment wetland (FTW), offers a solution able to cope with these disadvantages.
A FTW is comprised of a porous floating mat planted with emergent macrophytes. Plant roots grow through the mat and hang into the water column. A FTW is typically installed on the surface of a pond and is suitable for new construction or retrofit installation. Several studies have identified nutrient and metal removal capabilities of FTWs (Stewart et al., 2008, Van De Moortel et al., 2010 and Tanner and Headley, 2011). However there are limited published data on FTW performance and associated mechanisms for stormwater applications at field scale (Headley and Tanner, 2012). Three studies have addressed metals' treatment for concentrations similar to stormwater runoff (Van De Moortel et al., 2010, Tanner and Headley, 2011 and Borne et al., 2013a), however they didn't specifically address the pollutant removal processes involved.
A field study with side-by-side monitoring of two geometrically similar retention ponds, only one of which contained a FTW with fully developed vegetation, was carried out over a 2-year period. Greater removal of total copper (TCu) and total zinc (TZn) from the incoming stormwater runoff has been reported for the FTW pond with median mass removal efficiencies of 36 and 57%, respectively, against 15 and 41%, respectively, for the Control pond (Borne et al., 2013a). The present paper investigates the fate of the trapped Cu and Zn through monitoring sediment (both ponds) and plant tissue (FTW pond only) metal concentrations. Sequential extraction of sediments and analysis of roots, root plaques and shoots, as well as Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis of roots helped to identify the forms in which pollutant were trapped. Temperature, dissolved oxygen (DO), redox potential (Eh), pH and specific conductivity were monitored in both ponds to identify possible chemical reactions induced by the FTW. The data and discussion investigate in detail the key mechanisms induced by the presence of a FTW which are likely responsible for the enhanced performance compared to a conventional retention pond. Understanding the pollutant removal processes will help evaluate their sustainability and optimise performance.
2.2. Physico-chemical parameters measurement and water column sampling
DO, Eh, specific conductivity and pH were measured during dry weather in both ponds on 8 occasions: one week after the FTW was installed and then at approximately 3-monthly intervals (always at similar time in the morning). Fourteen and six measurements were made for each mission in the FTW and Control ponds, respectively, except during the last mission where seven measurements were made in the FTW pond. Detailed methodology is described elsewhere (Borne et al., 2013a). During the last sampling mission, one sample was collected below the FTW and in the middle of the Control pond and analysed for Chlorophyll A according to method 10200 H (APHA, 2011). Continuous temperature and DO monitoring was carried out below the FTW (at 10 and 40 cm depth) and in the Control pond (at 40 cm depth) at 15 min intervals using a D-Opto logger (Zebra-Tech Ltd, Nelson, NZ). Due to a thick deposit of sediment and bacterial development on the optical window of the permanently installed D-Opto logger in the Control pond in summer, readings became inaccurate and had to be discarded for this period of time.
1 การแนะนำ
กิจกรรมเมืองและอุตสาหกรรมได้เพิ่มขึ้นการส่งออกโลหะลุ่มน้ำเอื้อต่อการลดน้ำที่ได้รับ (คลาร์กเอตอัล. 2007) ทองแดงละลาย (ลูกบาศ์ก) และสังกะสี (Zn) พบว่ามีสาเหตุหลักของความเป็นพิษในน้ำที่ไหลบ่าทางหลวงทดสอบน้ำจืดห้าและพันธุ์สัตว์น้ำ (kayhanian et al,. 2008)โลหะเหล่านี้จะพบว่ามีลักษณะพิเศษที่มีความเข้มข้นสูงในน้ำฝนที่ไหลบ่ามาจากพื้นที่ทำให้มีลักษณะ (san francisco อนุรักษ์อ่าวและการพัฒนาคณะกรรมการ 2003, et al, Timperley. ปี 2005 และ zgheib และคณะ. 2011) นำเสนอความเสี่ยงที่พบบ่อยสำหรับการรับสภาพแวดล้อมทั่วโลกพื้นที่ชุ่มน้ำที่สร้างขึ้นและบ่อกักเก็บจะปฏิบัติใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อลดสารแขวนลอยและความเข้มข้นของโลหะก่อนที่จะถึงสภาพแวดล้อม อ่างเก็บรักษาโดยทั่วไปให้การกำจัดสารปนเปื้อนที่ จำกัด ในการละลายเป็นมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการลบหยาบรูปแบบอนุภาคที่แนบมา (แวนบิวเรตอัล., 1996)ชายเลนโซให้กลไกกำจัดสารพิษที่ละลายน้ำได้และผู้ที่เกี่ยวข้องกับอนุภาคปลีกย่อย (bavor et al, 2001.) แต่พวกเขามักจะต้องใช้พื้นที่ขนาดใหญ่และจะไม่ทนต่อการขยายระยะเวลาของระดับน้ำสูง วิธีการใหม่ในการรักษาพื้นที่ชุ่มน้ำที่ลอย (FTW) เสนอโซลูชั่นที่สามารถรับมือกับข้อเสียเหล่านี้.
FTW ประกอบด้วยเสื่อลอยที่มีรูพรุนปลูก macrophytes ฉุกเฉิน รากพืชเติบโตผ่านเสื่อและวางลงในคอลัมน์น้ำ FTW มักจะมีการติดตั้งบนพื้นผิวของบ่อและเหมาะสำหรับการก่อสร้างใหม่หรือการติดตั้ง retrofit งานวิจัยหลายชิ้นได้ระบุสารอาหารและโลหะความสามารถในการกำจัดของ ftws (สจ๊วตและอัล., 2008, แวนเดอ moortel et al,.2010 และฟอกหนังและเฮดลีย์, 2011) แต่มีการ จำกัด การเผยแพร่ข้อมูลเกี่ยวกับผลการดำเนินงาน FTW และกลไกที่เกี่ยวข้องสำหรับการใช้งานน้ำฝนในระดับเขต (เฮดลีย์และฟอกหนัง, 2012) จะมี สามการศึกษาการรักษาโลหะสำหรับความเข้มข้นคล้ายกับน้ำฝนที่ไหลบ่ามาที่ (แวนเดอ moortel et al,., 2010, ฟอกหนังและเฮดลีย์, 2011 และระเหยไดเอตอัล. 2013a)แต่พวกเขาไม่ได้เฉพาะที่อยู่ในกระบวนการการกำจัดมลพิษที่เกี่ยวข้อง.
เขตการศึกษากับการตรวจสอบด้านข้างของทั้งสองบ่อเก็บรักษาที่คล้ายกันเรขาคณิตเพียงคนเดียวที่มี FTW กับพืชพัฒนาอย่างเต็มที่ถูกหามออกไป 2 ระยะเวลาปีการกำจัดมากขึ้นของทองแดงรวม (tcu) และสังกะสีรวม (TZN) จากน้ำฝนที่ไหลบ่าเข้ามาได้รับการรายงานสำหรับบ่อ FTW โดยมีค่าเฉลี่ยการกำจัดมวลของ 36 และ 57% ตามลำดับเทียบกับ 15 และ 41% ตามลำดับสำหรับการควบคุม บ่อ (ระเหยไดเอตอัล. 2013a)กระดาษปัจจุบันสำรวจชะตากรรมของลูกบาศ์กติดและ Zn ผ่านการตรวจสอบตะกอน (บ่อทั้งสอง) และเนื้อเยื่อพืช (บ่อ FTW เท่านั้น) ความเข้มข้นของโลหะ การสกัดลำดับของตะกอนและการวิเคราะห์รากโล่รากและยอดรวมทั้งการใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสแกน (SEM) การวิเคราะห์ของรากช่วยในการระบุรูปแบบในการที่สารมลพิษถูกขังอยู่ อุณหภูมิออกซิเจนละลายน้ำ (ทำ) ที่มีศักยภาพรีดอกซ์ (เอ๊ะ) ph และการนำที่เฉพาะเจาะจงได้รับการตรวจสอบในบ่อทั้งการระบุปฏิกิริยาเคมีที่เป็นไปได้ที่เกิดจาก FTW ข้อมูลและการอภิปรายตรวจสอบในรายละเอียดกลไกที่สำคัญที่เกิดจากการแสดงตนของ FTW ซึ่งมีแนวโน้มที่รับผิดชอบในการดำเนินงานที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับบ่อกักเก็บธรรมดาการทำความเข้าใจกระบวนการกำจัดสารมลพิษจะช่วยให้การประเมินความยั่งยืนของพวกเขาและเพิ่มประสิทธิภาพ.
2.2 การวัดค่าทางกายภาพและทางเคมีและน้ำสุ่มตัวอย่างคอลัมน์
ไม่ใช่มั้ยการนำที่เฉพาะเจาะจงและมีการวัดค่าพีเอชในช่วงที่สภาพอากาศแห้งในบ่อทั้งในโอกาสที่ 8:หนึ่งสัปดาห์หลังจาก FTW มีการติดตั้งและจากนั้นเมื่อเวลาประมาณ 3 เดือนช่วงเวลา (เสมอในเวลาใกล้เคียงกันในตอนเช้า) สิบสี่และหกวัดถูกสร้างขึ้นมาสำหรับแต่ละภารกิจใน FTW และการควบคุมบ่อตามลำดับยกเว้นในช่วงภารกิจสุดท้ายที่เจ็ดวัดได้ทำในบ่อ FTW วิธีการอธิบายรายละเอียดอื่น ๆ (ระเหยไดเอตอัล. 2013a)ระหว่างการปฏิบัติภารกิจการสุ่มตัวอย่างที่ผ่านมาซึ่งเป็นหนึ่งในตัวอย่างด้านล่างเป็นที่เก็บรวบรวม FTW และอยู่ตรงกลางของบ่อควบคุมและวิเคราะห์คลอโรฟิลตามวิธีการ 10200 ชั่วโมง (APHA, 2011) อุณหภูมิอย่างต่อเนื่องและทำการตรวจสอบได้รับการดำเนินการด้านล่าง FTW (ที่ 10 และ 40 ซม. ความลึก) และในบ่อควบคุม (ที่ระดับความลึก 40 เซนติเมตร) ที่ 15 ช่วงนาทีโดยใช้ D-Opto คนตัดไม้ (จำกัด ม้าลายเทคโนโลยี, เนลสัน, nz) .เนื่องจากการฝากเงินหนาของตะกอนและการพัฒนาของเชื้อแบคทีเรียบนหน้าต่างแสงของคนตัดไม้ติดตั้งถาวร-d Opto ในบ่อควบคุมในช่วงฤดูร้อนอ่านกลายเป็นไม่ถูกต้องและจะต้องทิ้งระยะเวลานี้
การแปล กรุณารอสักครู่..
1. แนะนำ
เออร์และกิจกรรมอุตสาหกรรมได้เพิ่มการส่งออกโลหะของลุ่มน้ำที่เอื้อต่อการลดรับน้ำ (Clark et al., 2007) ส่วนยุบทองแดง (Cu) และสังกะสี (Zn) พบเป็น สาเหตุหลักของความเป็นพิษในการไหลบ่าทางหลวงทดสอบห้าน้ำและพันธุ์สัตว์น้ำ (Kayhanian et al., 2008) โลหะเหล่านี้จะพบในความเข้มข้นสูงใน stormwater ที่ไหลบ่าจากพื้นที่ urbanized characteristically (อนุรักษ์อ่าวซานฟรานซิสโกและคณะกรรมการพัฒนา 2003, Timperley et al., 2005 และ Zgheib et al., 2011) นำเสนอความเสี่ยงทั่วไปสำหรับการรับสภาพแวดล้อมทั่วโลก สร้างพื้นที่ชุ่มน้ำและบ่อเก็บรักษามีวิธีปฏิบัติที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อลดความเข้มข้นโลหะและของแข็งระงับก่อนที่จะถึงสิ่งแวดล้อม อ่างล่างหน้าเก็บข้อมูลโดยทั่วไปให้การกำจัดสารปนเปื้อนละลาย ถูกมากที่เอาหยาบ particulate แนบฟอร์ม (Van Buren et al., 1996) จำกัด พื้นที่ชุ่มน้ำกลบให้กลไกกำจัดสารมลพิษที่ละลายน้ำได้และผู้ที่เกี่ยวข้องกับอนุภาคปลีกย่อย (Bavor และ al., 2001); อย่างไรก็ตาม พวกเขามักจะต้องใช้พื้นที่ขนาดใหญ่ และจะยินยอมให้ขยายระยะเวลาของระดับน้ำที่สูง วิธีนวนิยาย พื้นที่ชุ่มลอยบำบัดน้ำ (FTW), ให้บริการโซลูชันที่สามารถรับมือกับข้อเสียเหล่านี้
FTW ประกอบด้วยเสื่อลอย porous ปลูกกับ macrophytes โผล่ออกมาด้วย รากพืชเจริญเติบโตผ่านเสื่อ และวางลงในคอลัมน์น้ำ FTW โดยทั่วไปการติดตั้งบนพื้นผิวของบ่อ และเหมาะสำหรับการติดตั้งก่อสร้างหรือสร้างใหม่ หลายการศึกษาระบุความสามารถในการกำจัดธาตุอาหาร และโลหะของ FTWs (สจ๊วต et al., 2008, Van De Moortel et al., 2010 และแทนเนอร์ชำรุดและ Headley, 2011) อย่างไรก็ตาม มีข้อมูลเผยแพร่จำกัด FTW ประสิทธิภาพและกลไกเชื่อมโยงสำหรับ stormwater ที่ขนาดของฟิลด์ (Headley และแทนเนอร์ชำรุด 2012) การศึกษาสามมี addressed รักษาคล้ายกับ stormwater ไหลบ่า (Van De Moortel et al., 2010 แทนเนอร์ชำรุด และ Headley, 2011 และ Borne et al., 2013a), ความเข้มข้นของโลหะ อย่างไรก็ตาม พวกเขาไม่ได้โดยเฉพาะมลพิษกำจัดกระบวนการเกี่ยวข้อง
ศึกษาฟิลด์ ด้วยเคียงข้างด้านตรวจสอบสอง geometrically คล้ายคงบ่อ เพียงหนึ่งอยู่ FTW ด้วยพืชพรรณทั้งหมดพัฒนา ถูกดำเนินการระยะเวลา 2 ปี เอามากกว่าทองแดงรวม (TCu) และสังกะสี (TZn) ทั้งหมดจากไหลบ่า stormwater ขาเข้ามีการรายงานสำหรับบ่อ FTW กับประสิทธิภาพโดยรวมเอามัธยฐานของ 36 และ 57% ตามลำดับ 15 และ 41% ตามลำดับ บ่อควบคุม (Borne et al., 2013a) กระดาษปัจจุบันตรวจสอบชะตากรรมของ Cu และ Zn ติดอยู่ โดยตรวจสอบตะกอน (ทั้งบ่อ) และความเข้มข้นโลหะ (เฉพาะบ่อ FTW) เนื้อเยื่อของพืช ติดสกัดตะกอน และการวิเคราะห์ราก ราก plaques และถ่ายภาพต่อเนื่อง และวิเคราะห์ Microscopy อิเล็กตรอนที่สแกน (SEM) รากที่ช่วยในการระบุรูปแบบในแนวใด อุณหภูมิ ส่วนยุบออกซิเจน (โด), เกิด redox (Eh), ค่า pH และนำเฉพาะถูกตรวจสอบในบ่อทั้งสองได้จากปฏิกิริยาทางเคมีเกิดจาก FTW ที่ระบุ ข้อมูลการสนทนาที่สอบสวนรายละเอียดกลไกสำคัญเกิดจากของ FTW ซึ่งมีแนวโน้มชอบประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับบ่อเก็บข้อมูลทั่วไป ความเข้าใจกระบวนการกำจัดมลพิษจะช่วยประเมินความยั่งยืนของพวกเขา และเพิ่มประสิทธิภาพของประสิทธิภาพการ
2.2 พารามิเตอร์ดิออร์วัดและน้ำคอลัมน์สุ่ม
ทำ Eh นำเฉพาะ และมีวัดค่า pH ในช่วงอากาศแห้งในบ่อทั้งสองครั้งที่ 8: หนึ่งสัปดาห์หลัง จาก FTW จะถูกติดตั้ง แล้ว ในช่วงเวลาประมาณ 3 เดือน (เสมอในเวลาตอนเช้าเหมือนกัน) ทำสำหรับแต่ละภารกิจใน FTW สิบสี่ และหกวัด และควบคุมบ่อ ตามลำดับ ยกเว้นในระหว่างภารกิจสุดท้ายที่วัดเจ็ดที่เกิดขึ้นในบ่อ FTW อธิบายรายละเอียดวิธีอื่น (แบกรับร้อยเอ็ด al., 2013a) ระหว่างภารกิจสุ่มตัวอย่างครั้งสุดท้าย อย่างหนึ่งรวบรวมด้าน ล่าง FTW และ กลางบ่อควบคุม และ analysed สำหรับคลอโรฟิลล์ A ตามวิธี H 10200 (อาภา 2011) อุณหภูมิอย่างต่อเนื่องและทำการตรวจสอบทำออกด้านล่าง FTW (ที่ความลึก 40 ซม.และ 10) และ ในบ่อควบคุม (ที่ความลึก 40 ซม.) ในช่วงเวลา 15 นาทีโดยใช้ล็อกเกอร์ D Opto (ม้าลายเทค จำกัด เนลสัน นิวซีแลนด์) เนื่องจากฝากความหนาของตะกอนและแบคทีเรียพัฒนาหน้าต่างแสงของล็อกเกอร์ D Opto ติดตั้งอย่างถาวรในบ่อควบคุมในฤดูร้อน อ่านกลายเป็นไม่ถูกต้อง และต้องได้รับการปฏิเสธนี้ระยะเวลา
การแปล กรุณารอสักครู่..