Доцент кафедры гражданского и экологического строительства Гуанхуи Хуа из государственного университета Южной Дакоты использует побочные продукты стали для улавливания фосфатов в дренажной воде, имитирующей плитку. Он сотрудничает с доцентом кафедры сельского хозяйства и биосистем и инженером по водному хозяйству SDSU Extension Крисом Хэем, который тестирует биореакторы на древесной щепе с 2011 года. Хэй предполагает установить стальной картридж в качестве дополнения к биореакторам, улавливающим нитраты.
Их исследования поддерживаются грантом Геологической службы США через Институт водных ресурсов Южной Дакоты с соответствующими средствами от Района развития водоснабжения Восточной Дакоты, Исследовательского центра водной и экологической инженерии SDSU и Департамента гражданской и экологической инженерии. Проект, начатый в марте 2014 года, получил финансирование в размере 140 653 долларов США.
Защита озер, рек«Фосфаты являются основной причиной роста водорослей в естественных водоемах», — отметил Хуа. Поскольку растворенный фосфор легко доступен, водоросли могут легко его использовать, добавил Хэй.
По словам Хуа, помимо потребления кислорода, некоторые виды водорослей выделяют в воду токсичные вещества.По словам Хей, за последнее десятилетие все больше фермеров в Южной Дакоте установили дренажную дренажную систему для увеличения урожайности, особенно в последние пять лет. Плиточный дренаж обычно снижает общие потери фосфора с сельскохозяйственных угодий, что помогает снизить нагрузку фосфора на озера и ручьи. Тем не менее, стоки все еще могут быть источником растворенного фосфора, что и рассматривается в данном исследовании.
Эксперименты с побочными продуктами сталиХуа и аспирант Морган Сало тестируют четыре типа побочных продуктов стали в механических цехах, чтобы определить их способность удалять фосфат. Когда стальная стружка ржавеет, оксиды железа, образующиеся на их поверхности, вступают в химическую реакцию, связываясь с ионами фосфата и тем самым удаляя фосфаты из дренажной воды.
Исследователи выполнили периодические испытания адсорбции, чтобы определить максимальную пропускную способность в расчете на массу для каждого типа стального материала.Хуа отметил, что углеродистая сталь работает лучше, чем нержавеющая сталь, отметив, что оксид железа на поверхностях из углеродистой стали обладает высокой реакционной способностью по отношению к фосфатам.
Исследователи выбрали стальную смесь, содержащую мелкие и большие куски, для последующих реакторных экспериментов.Сейчас они оптимизируют процедуру, прокачивая имитацию дренажной воды сначала через колонну, заполненную древесной стружкой, а затем через колонну, заполненную побочным продуктом стали, в реакторе с восходящим потоком.
Исследователи гражданского строительства оценивают 24-часовое время прохождения через древесную щепу и восемь часов через побочный продукт стали. В течение трех месяцев непрерывной работы колонные реакторы стабильно демонстрировали 100-процентное удаление нитратов и фосфатов.
Кроме того, они изучают такие факторы, как различное время прохождения потока и концентрации питательных веществ на входе с использованием колонных реакторов. Исследователи также проведут периодические эксперименты, чтобы определить влияние pH, температуры и времени реакции на адсорбцию.Переход к полевым испытаниямПо словам Хэя, в биореакторе вода сначала будет проходить через слой щепы, а затем через стальную бочку, прежде чем попадет в последнюю управляющую структуру.
Подземный биореактор шириной от 15 до 20 футов и длиной от 100 до 120 футов может обрабатывать сток с поля площадью от 30 до 40 акров.Исследователи планируют добавить фосфорный блок в биореактор из щепы в Балтике этой осенью за счет финансирования Совета по исследованиям и продвижению соевых бобов Южной Дакоты.
Цель состоит в том, чтобы удалить от 80 до 90 процентов фосфатов и нитратов из дренажной воды, используемой для плитки.
