Determination of first order rate constants for wetlands treating livestock wastewater in cold climates


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Abstract

Four years of performance data from a free-water surface constructed wetland receiving dairy wastewater in Nova Scotia was used to compute first order reaction rate constants (Ka) for several parameters including BOD5, TP, TKN, NH4+-N, FC, and TSS. Flow rates at the inlet and outlet of the 5 m wide × 20 m long wetland were continuously measured to assess how external hydrologic influences affected the water budget of the wetland and the system treatment performance. The Ka values were calculated using inlet and outlet concentrations and an assumption of plug flow hydraulics. Adjusted rate constants (Kac) were also computed, in which the effects of dilution and concentration on pollutant concentrations were considered. Precipitation, runoff, and evapotranspiration had a large influence on the wetland water budget. Values of Ka were higher than Kac for all wastewater parameters, illustrating the effects of dilution on outlet pollutant concentrations and the importance of accurately characterizing wetland hydrology when determining or using rate constants. The Kac values did not appear to be influenced by temperature or solar radiation, but were positively correlated with the hydraulic loading rate for most parameters. Rate constants were lower than those reported in the literature for livestock wastewater treatment wetlands operating in warmer climates. This could be due to differences in climate, but could also be attributed to the relatively high strength wastewater and low hydraulic loading rate (0.1 m month−1) used in this study.RésuméDes données de comportement accumulées sur quatre années dans un marais artificiel à surface libre recevant des eaux laitières usées en Nouvelle-Écosse ont été utilisées pour calculer les constantes de vitesse des réactions du premier ordre (Ka) pour plusieurs paramètres dont le DBO5, le phosphore total, l'azote total Kjeldahl, le NH4+-N, les coliformes fécaux et le total des solides en suspension. Les débits à l'entrée et à la sortie du marais d'une longueur de 5 m et d'une largeur de 20 m ont été mesurés en continu afin d'évaluer la manière dont les influences hydrologiques externes affectent le bilan hydrique du marais et l'efficacité de traitement du système. Les valeurs Ka ont été calculées en utilisant les concentrations à l'entrée / à la sortie ainsi qu'une hypothèse d'hydraulique d'écoulement piston. Les constantes de vitesse ajustées (Kac) ont également été calculées, lesquelles tenaient compte des effets de la dilution/concentration sur les concentrations de polluants. Les précipitations, le ruissellement et l'évapotranspiration avaient une forte influence sur le bilan hydrique du marais. Les valeurs de Ka étaient supérieures à celles de Kac pour tous les paramètres d'eaux usées, indiquant les effets de la dilution sur les concentrations des polluants à l'exutoire et l'importance de caractériser l'hydrologie des marais avec précision lors de la détermination ou de l'utilisation des constantes de vitesse. Les valeurs Kac ne semblaient pas être influencées par la température ou le rayonnement solaire, mais présentaient une corrélation positive au taux de charge hydraulique pour la plupart des paramètres. Les constantes de vitesse étaient inférieures à celles rapportées dans la littérature pour les marais de traitement des eaux usées d'élevages fonctionnant dans des climats plus chauds. Cela pourrait être causé par les différences dans les climats, mais pourrait aussi être attribué à effluents fortement chargés et au faible taux de charge hydraulique (0,1 m mois−1) utilisés dans l'étude.

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