Novel Biochar/Fe-Modified Biocarriers Assisted Tidal-Flow Constructed Wetlands for Enhanced Nitrogen Removal from Eutrophic Water under Low Temperatures

生物炭 富营养化 环境科学 氮气 硝基螺 流出物 环境工程 硝化作用 硝化细菌 环境化学 环境修复 制浆造纸工业 生态学 热解 化学 营养物 污染 生物 工程类 有机化学
作者
Lang Cheng,Xiaofei Gong,Bo-Yuan Wang,Zhenkun Liu,Hong Liang,Dawen Gao
出处
期刊:ACS ES&T water [American Chemical Society]
卷期号:4 (4): 1834-1843 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acsestwater.3c00805
摘要

Constructed wetlands are regarded as a sustainable ecotechnology for eutrophic water remediation with various advantages. However, the limited oxygen, low C/N ratios, and low temperatures post challenges to efficient nitrogen removal. In this study, novel biochar/Fe-modified biocarriers were employed in tidal-flow constructed wetlands (TF-CWs) to enhance autotrophic nitrogen removal. After 170-cycles operation, CWs-C (with quantitative discharge and mixed substrate arrangement) demonstrated the most optimal nitrogen removal performance, with low effluent nitrogen concentration of 1.45 ± 0.27 mg/L and average nitrogen removal efficiency of 78.81 ± 3.67% under low temperatures (8–16.7 °C). The tidal-flow pattern bolstered NH4+ oxidation in the drainage zone, while anaerobic functional bacteria in the flooded zone enhanced the NO3− reduction. Activity assays revealed relatively higher anaerobic functional bacterial activity in the submerged zone (3.72 ± 0.20 mg N/gVSS/day). Batch tests revealed the synergy of nitrification, Feammox, and NDFO pathway. High-throughput sequencing unraveled the enrichment of nitrifying bacteria (Nitrospira, 1.28–2.82%) and iron-based autotrophic bacteria (Caldilineaceae, Microtrichales, Ellin6067 A4b). This study demonstrated that the novel biocarriers enhanced nitrogen removal in TF-CWs and proposed an optimized operation strategy, which holds remarkable significance for practical applications of constructed wetlands in eutrophic water treatment under low temperatures.
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