Progettazione di zone umide costruite su scala mesocosmica per il trattamento delle acque reflue

La nostra ricerca studia l'uso di sistemi costruttivi di trattamento delle zone umide come approccio passivo ed economico per il trattamento dell'acqua di processo delle sabbie bituminose, concentrandosi sulla rimozione dei composti della frazione dell'acido naftenico attraverso esperimenti su scala mesocosmotica e sull'identificazione di fattori chiave di ottimizzazione. I recenti progressi nelle zone umide costruttive per l'OSPW includono metodi basati sulla genomica per migliorare l'efficacia delle zone umide costruttive, integrando NAFC tossici. Inoltre, i risultati della nostra ricerca informeranno l'ottimizzazione della selezione delle piante e la progettazione del sistema per una migliore rimozione dei contaminanti. Gli studi sul mesocosmo colmano le lacune costruttive del sistema di trattamento delle zone umide dal laboratorio al campo, testando le interazioni tra i microbi delle piante e i fattori di progettazione in condizioni semi-realistiche per valutare l'efficacia del trattamento e guidare l'implementazione su scala pilota.

Il nostro protocollo consente la replicazione e la manipolazione delle variabili pur incorporando complessità ecologiche, rendendo i mesocosmi ideali per identificare i meccanismi di trattamento dei cavi, testare la progettazione del sistema e prevedere la scalabilità con rischi e costi ridotti. I nostri risultati faranno progredire la ricerca sul trattamento OSPW dimostrando come i sistemi di trattamento delle zone umide costruite su scala mesocosmica possano ridurre efficacemente i composti tossici, come i NAFC, identificando anche gli specifici meccanismi biotici e abiotici in gioco.

[Narratore] Per iniziare, metti i semi di Carex aquatilis in contenitori standard di blocco di polistirolo riempiti di torba come tappo di spina. Una volta che le piantine sono germogliate, concimatele tre volte a settimana utilizzando un nutrimento per piante idrosolubile. Rinforzare i tavoli della serra con compensato per sostenere il peso dei mesocismi. Distribuire uniformemente i mesocosmi sui tavoli della baia della serra. Posizionare l'impianto idraulico in modo che penda dal bordo del tavolo. Quindi posizionare un tamburo industriale in plastica aperto da 57 litri sotto l'impianto idraulico di drenaggio. Installare una pompa di circolazione sommergibile tra il centro e il fondo del serbatoio per una miscelazione continua. Fissare il cavo di alimentazione all'esterno del serbatoio. Ora stendere uniformemente il substrato nel mesocosmo e schiacciarlo con una pressione moderata per raggiungere l'altezza desiderata. Saturare completamente il substrato con acqua ad osmosi inversa. Misurare il volume di acqua aggiunto in quanto equivale al volume di acqua dei pori nel substrato. Dopo aver selezionato un tempo di ritenzione in base a studi precedenti e obiettivi di studio, calcolare il volume totale d'acqua nel mesocosmo utilizzando la formula mostrata. Quindi calcolare la portata. Posizionare una pompa tra due mesocosmi adiacenti. Collega tutte le pompe insieme utilizzando un cavo USB maschio-maschio, assicurandoti che l'ultima pompa sia collegata al controller. Ora posiziona il tubo della valvola nel serbatoio e fissalo per tenerlo in posizione. Fissare il tubo della valvola di uscita all'angolo superiore posteriore del mesocosmo, mantenendolo sopra la linea di galleggiamento. Avvolgere il tubo in un foglio di alluminio per prevenire la crescita delle alghe. Configurare e calibrare le pompe, la barra di alimentazione e il controller secondo le istruzioni del produttore. Quindi regolare le pompe sulla portata calcolata. Quindi regola la temperatura e le luci di coltivazione a LED a livelli ottimali per la crescita delle piante, condizionando le specie vegetali al mesocosmo. Piantare uniformemente da sei a 12 singole specie di piante per garantire la stessa biomassa per unità di area nel mesocosmo. Riempire il serbatoio con acqua ad osmosi inversa. Aumentare gradualmente il livello dell'acqua ad osmosi inversa, mantenendo ogni livello per uno o due giorni, e sostituire il tubo in PVC secondo necessità in modo che corrisponda al livello dell'acqua. Accendere le pompe con la portata finale desiderata. Una volta raggiunto il livello dell'acqua desiderato, regolare la luce e la temperatura della serra in base alle impostazioni sperimentali e lasciare che le piante si acclimatino per circa 35 giorni. Per svuotare e lavare l'impianto. Rimuovere il tubo verticale in PVC e aprire la valvola a sfera per svuotare completamente l'impianto. Quindi lavare il sistema con OSPW e garantire il drenaggio completo. Una volta risciacquato, chiudere la valvola a sfera e aggiungere il tubo in PVC in modo che corrisponda al livello dell'acqua desiderato. Versare con cura OSPW in ogni mesocosmo per evitare di disturbare il substrato o le piante. Riempire fino a raggiungere il livello dell'acqua desiderato. Ora, riempi il serbatoio del serbatoio con OSPW lasciando circa cinque centimetri di spazio dall'alto. Gestisci l'evaporazione riempiendo il serbatoio del serbatoio con acqua OSPW secondo necessità. Mantenere il livello dell'acqua a circa cinque centimetri sotto la parte superiore. Durante ogni ciclo di tempo di ritenzione. Misura le metriche di salute e crescita delle piante. Valuta la salute delle piante in base ai segni visibili di stress, come la clorosi e i danni causati dagli insetti. Misura le metriche di crescita delle piante, tra cui mortalità, altezza e percentuale di copertura. Prima di aggiungere substrati o OSPW a ciascun mesocosmo, eseguire la caratterizzazione di base misurando i parametri sullo schermo. Durante il primo ciclo di ritenzione, raccogliere campioni di substrato e acqua da posizioni casuali in ciascun mesocosmo per stabilire una linea di base per la chimica generale. Misurare il potenziale di riduzione dell'ossidazione del substrato utilizzando una sonda ORP appropriata durante ogni ciclo di tempo di ritenzione. Al termine dell'esperimento, raccogliere campioni di substrato da ciascun mesocosmo e misurare gli stessi parametri registrati durante la caratterizzazione di base. Dopo aver aggiunto OSPW, raccogliere i campioni OSPW iniziali da ciascun mesocosmo alla fine del primo ciclo di ritenzione, consentendo ai sedimenti di depositarsi e riempiendo lo spazio dell'acqua interstiziale. Quindi raccogliere i campioni dalla parte anteriore di ciascun mesocosmo. Durante ogni ciclo di tempo di ritenzione. Misura l'ossigeno disciolto, l'ORP, il pH, la conducibilità elettrica e la temperatura utilizzando lo strumento di riferimento. Al termine dell'esperimento, raccogliere i campioni finali di acqua per analizzare la chimica generale. L'altezza di Carex aquatilis è aumentata costantemente, raggiungendo circa 150 centimetri entro il giorno 40 prima di stabilizzarsi. I livelli di ossigeno disciolto erano costantemente più alti nei mesocosmi non piantati rispetto a quelli con aquatilis con livelli superiori a cinque parti per milione in entrambe le condizioni. Il potenziale redox del suolo nei mesocosmi non piantati è rimasto tra 50 millivolt e 100 millivolt. Mentre i mesocosmi impiantati, occasionalmente si avvicinava a zero millivolt. I mesocosmi impiantati dei composti totali della frazione di acido naftenico hanno mostrato una riduzione del 76% da 72,1 milligrammi per litro a 17,1 milligrammi per litro in 82 giorni, mentre i mesocosmi non impiantati hanno mostrato solo una riduzione dell'8,5%.