Abstract Excess nutrient inflow from tile-drained agricultural fields significantly contributes to the pollution of surface waters in Lithuania. Therefore, two parallel experiments, each using three pilot-scale woodchip-denitrifying bioreactors, were conducted for 2.5- and 1.5-year periods to test whether activated carbon (C) and flaxseed cake (both 10% v/v) and biochar (10% v/v and 20% v/v made of deciduous wood) additives, respectively, can enhance the removal of nitrate-nitrogen (NO3-N) and phosphate-phosphorus (PO4-P) from tile drainage water and reduce C losses from bioreactors. Higher NO3-N removal efficiencies and rates were achieved in bioreactors amended with activated C (10% v/v) and biochar (20% v/v) than in those amended with woodchips alone. Bioreactors amended with 10% v/v flaxseed cake and 10% v/v biochar showed no significant differences from those amended with woodchips alone. The ability to enhance NO3-N removal by the addition of activated C and biochar was particularly evident at lower temperatures (≤10.0 °C). Moreover, activated C has proven to be an effective additive capable of substantially reducing C losses and supporting the lowest C/N (i.e., carbon loss to N removal) ratios. To a lesser extent, these capabilities were also characteristic of biochar-amended woodchips, whereas the addition of flaxseed cake resulted in the highest C/N removal ratios. These experiments also revealed that woodchips, alone or amended with flaxseed cake or activated C, are a suitable media that can allow PO4-P removal. However, the addition of biochar demonstrated large releases of PO4-P and other inorganic elements. Biochar itself was found to be a potential PO4-P source that poses a risk of large startup and over time releases. Although the addition of activated C under non-N-limiting conditions resulted in undesirable sulfate-sulfur (SO4-S) reduction (this occurred in all study bioreactors), the experiments demonstrated that the addition of activated C can be used to design a more efficient bioreactor with prolonged longevity and higher NO3-N and PO4-P removal capacities. Owing to the risk of adverse environmental effects (i.e., decreased pH, large exports of inorganic elements or organic C), the application of biochar or flaxseed cake additives in woodchip-denitrifying bioreactors proved to be limited for tile water treatment.

中文翻译：

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木屑反硝化生物反应器三种改良剂对瓷砖排水水处理的影响

摘要 来自瓷砖排水农田的过量养分流入显着导致立陶宛地表水的污染。因此，两个平行实验，每个实验都使用三个中试规模的木片反硝化生物反应器，分别进行了 2.5 年和 1.5 年的时间，以测试活性炭（C）和亚麻籽饼（均为 10% v/v）和生物炭（10 % v/v 和 20% v/v 由落叶木制成）添加剂，分别可以提高瓷砖排水中硝酸盐-氮（NO3-N）和磷酸盐-磷（PO4-P）的去除率，并减少碳损失。生物反应器。用活性碳 (10% v/v) 和生物炭 (20% v/v) 改进的生物反应器比单独用木片改进的生物反应器实现了更高的 NO3-N 去除效率和速率。用 10% v/v 亚麻籽饼和 10% v/v 生物炭修正的生物反应器与单独用木片修正的生物反应器没有显着差异。通过添加活性碳和生物炭增强 NO3-N 去除的能力在较低温度 (≤10.0 °C) 下尤为明显。此外，活性碳已被证明是一种有效的添加剂，能够显着减少碳损失并支持最低的 C/N（即碳损失与 N 去除率）比率。在较小程度上，这些能力也是生物炭改性木片的特征，而添加亚麻籽饼导致最高的 C/N 去除率。这些实验还表明，单独的木片或用亚麻籽饼或活化的 C 修正的木片是可以去除 PO4-P 的合适介质。然而，添加 biochar 表明大量释放 PO4-P 和其他无机元素。Biochar 本身被发现是一种潜在的 PO4-P 来源，会带来大量启动和随着时间的推移释放的风险。尽管在非 N 限制条件下添加活化 C 导致不希望的硫酸盐 - 硫 (SO4-S) 还原（这发生在所有研究生物反应器中），但实验表明，添加活化 C 可用于设计更多具有更长寿命和更高 NO3-N 和 PO4-P 去除能力的高效生物反应器。由于存在不利环境影响的风险（即 pH 值降低、无机元素或有机 C 的大量出口），在木片反硝化生物反应器中使用生物炭或亚麻籽饼添加剂被证明对瓷砖水处理是有限的。Biochar 本身被发现是一种潜在的 PO4-P 来源，会带来大量启动和随着时间的推移释放的风险。尽管在非 N 限制条件下添加活化 C 导致不希望的硫酸盐 - 硫 (SO4-S) 还原（这发生在所有研究生物反应器中），但实验表明，添加活化 C 可用于设计更多具有更长寿命和更高 NO3-N 和 PO4-P 去除能力的高效生物反应器。由于存在不利环境影响的风险（即 pH 值降低、无机元素或有机 C 的大量出口），在木片反硝化生物反应器中使用生物炭或亚麻籽饼添加剂被证明对瓷砖水处理是有限的。Biochar 本身被发现是一种潜在的 PO4-P 来源，会带来大量启动和随着时间的推移释放的风险。尽管在非 N 限制条件下添加活化 C 导致不希望的硫酸盐 - 硫 (SO4-S) 还原（这发生在所有研究生物反应器中），但实验表明，添加活化 C 可用于设计更多具有更长寿命和更高 NO3-N 和 PO4-P 去除能力的高效生物反应器。由于存在不利环境影响的风险（即 pH 值降低、无机元素或有机 C 的大量出口），在木片反硝化生物反应器中使用生物炭或亚麻籽饼添加剂被证明对瓷砖水处理是有限的。尽管在非 N 限制条件下添加活化 C 导致了不希望的硫酸盐 - 硫 (SO4-S) 还原（这发生在所有研究生物反应器中），但实验表明，添加活化 C 可用于设计更多具有更长寿命和更高 NO3-N 和 PO4-P 去除能力的高效生物反应器。由于存在不利环境影响的风险（即 pH 值降低、无机元素或有机 C 的大量出口），在木片反硝化生物反应器中使用生物炭或亚麻籽饼添加剂被证明对瓷砖水处理是有限的。尽管在非 N 限制条件下添加活化 C 导致不希望的硫酸盐 - 硫 (SO4-S) 还原（这发生在所有研究生物反应器中），但实验表明，添加活化 C 可用于设计更多具有更长寿命和更高 NO3-N 和 PO4-P 去除能力的高效生物反应器。由于存在不利环境影响的风险（即 pH 值降低、无机元素或有机 C 的大量出口），在木片反硝化生物反应器中使用生物炭或亚麻籽饼添加剂被证明对瓷砖水处理是有限的。实验表明，添加活化的 C 可用于设计更有效的生物反应器，具有更长的使用寿命和更高的 NO3-N 和 PO4-P 去除能力。由于存在不利环境影响的风险（即 pH 值降低、无机元素或有机 C 的大量出口），在木片反硝化生物反应器中使用生物炭或亚麻籽饼添加剂被证明对瓷砖水处理是有限的。实验表明，添加活化的 C 可用于设计更有效的生物反应器，具有更长的使用寿命和更高的 NO3-N 和 PO4-P 去除能力。由于存在不利环境影响的风险（即 pH 值降低、无机元素或有机 C 的大量出口），在木片反硝化生物反应器中使用生物炭或亚麻籽饼添加剂被证明对瓷砖水处理是有限的。