Teknologi denitrifikasi autotrof mempunyai kelebihan tidak memerlukan sumber karbon luaran, pengeluaran enapcemar yang rendah dan kos yang rendah. Ia adalah salah satu teknologi rawatan denitrifikasi dalam yang paling menjanjikan untuk air sisa C/N rendah di bawah latar belakang dwi karbon. Pemilihan penderma elektron bukan organik adalah kunci kepada sama ada teknologi ini boleh digunakan secara meluas dalam amalan.
Menurut prinsip denitrifikasi, denitrifikasi autotrof berasaskan sulfur adalah mudah untuk menghasilkan asid dan sulfat, denitrifikasi berasaskan besi menggunakan asid dan akan mengumpul nitrit, manakala denitrifikasi autotrof berganding berasaskan sulfur boleh menggabungkan ciri-ciri kedua-duanya, mengekalkan kestabilan pH tindak balas, dan mengurangkan pencemaran sekunder.
Pengenalan ringkas
Bahan pencemar yang mengandungi nitrogen masih merupakan salah satu masalah ekologi utama persekitaran air. Pada masa ini, terdapat banyak kaedah rawatan untuk pencemaran nitrogen dalam badan air, yang kebanyakannya dibahagikan kepada kaedah fizikokimia dan kaedah biologi. Antaranya, kaedah fizikokimia termasuk elektrodialisis, elektrolisis membran ion dan pelucutan, tetapi kaedah rawatan ini mempunyai beberapa kelemahan, seperti kos operasi yang tinggi, penyelenggaraan yang sukar, dan mudah menghasilkan pencemaran sekunder. Denitrifikasi biologi adalah satu cara penting untuk denitrifikasi air sisa, antaranya denitrifikasi adalah bahagian penting dalam denitrifikasi biologi. Walau bagaimanapun, pertumbuhan dan metabolisme bakteria denitrifikasi heterotropik dalam kaedah denitrifikasi heterotropik tradisional bergantung kepada karbon organik, dan penambahan sumber karbon organik bukan sahaja akan membawa kepada kos operasi yang tinggi, tetapi juga menyebabkan pencemaran sekunder. Dalam konteks mengejar teknologi rendah karbon hari ini, teknologi denitrifikasi autotrof tanpa sumber karbon luaran memainkan peranan yang semakin penting dalam kawalan pencemaran air.
Prinsip dan kemajuan penyelidikan denitrifikasi autotrofik berasaskan sulfur (SAD)
SAD merujuk kepada proses di mana denitrifikasi Thiobacillus (seperti denitrifikasi Thiobacillus) menggunakan sulfur terkurang (S0, S2-, JADI32-, S2O32-, dsb.) sebagai penderma elektron dan NO3--N atau TIDAK2--N sebagai penerima elektron dalam keadaan anoksik atau anaerobik, dan memperoleh tenaga melalui proses pengoksidaan sulfur terkurang untuk mengurangkan NO3--N kepada N2. Kelebihan proses SAD termasuk tidak memerlukan sumber karbon luaran dan pengeluaran enapcemar yang rendah, dan ia mempunyai kelebihan kos rendah dalam merawat air sisa tak organik yang mengandungi NO.3--N.
Di samping itu, H+ dihasilkan semasa tindak balas SAD, mengakibatkan penurunan pH. Secara semula jadi, sulfur mempunyai pelbagai sumber dan jenis. Penderma elektron SAD termasuk unsur sulfur, sulfida, tiosulfat dan mineral yang mengandungi sulfur. Produk utama denitrifikasi autotrof yang didorong oleh penderma elektron berbeza adalah berbeza. Artikel ini membincangkan kemajuan penyelidikan teknologi denitrifikasi autotrof yang didorong oleh penderma elektron yang berbeza.
Prinsip dan kemajuan penyelidikan denitrifikasi autotrof berasaskan besi (AIDD)
AIDD ialah satu proses di mana bakteria denitrifikasi AIDD menggunakan besi sifar-valent (ZVI) atau besi divalen sebagai penderma elektron dan NO.3--N atau TIDAK2--N sebagai penerima elektron untuk menjalankan denitrifikasi dalam keadaan anaerobik. Pada masa ini, mekanisme tindak balas biologi denitrifikasi berasaskan besi masih tidak jelas. Sesetengah sarjana telah mencadangkan empat model mekanisme ramalan, iaitu jenis Fe (II) oksidoreduktase, jenis reduktase nitrat, jenis bc1-Fe (II) oksidoreduktase dan jenis keseimbangan elektron, tetapi tiada satu pun daripadanya telah disahkan. Dalam artikel ini, penulis memfokuskan pada kesan denitrifikasi apabila bahan yang mengandungi besi berbeza dalam AIDD digunakan sebagai penderma elektron.
Kemajuan penyelidikan proses gandingan SAD-AIDD
AIDD dan SAD mempunyai kelemahan dalam aplikasi praktikal. Proses SAD menggunakan kealkalian, manakala AIDD menghasilkan kealkalian. SAD-AIDD boleh menggabungkan ciri-ciri kedua-duanya untuk mengekalkan kestabilan pH tindak balas, yang telah menarik perhatian meluas. Penderma elektron biasa SAD-AIDD ialah mineral besi sulfida semulajadi, yang mempunyai banyak jenis dan agak mudah diperolehi. Denitrifikasi dengan besi sulfida semulajadi sebagai penderma elektron adalah salah satu cara utama untuk menyahnitrifkan air bawah tanah. Jenis penderma elektron utama proses SAD-AIDD ialah sulfida besi, enapcemar besi yang mengandungi sulfur dan pengisi besi sulfur campuran. Artikel ini menerangkan kemajuan penyelidikan proses gandingan berdasarkan klasifikasi ini.
Apabila kadar bekalan elektron perlahan, akan ada persaingan tertentu antara reduktase yang berbeza.
Ringkasan
Membandingkan penyelidikan sarjana dalam dan luar negara mengenai denitrifikasi autotrof berganding berasaskan sulfur, berasaskan besi dan sulfur berasaskan besi dan prestasi denitrifikasi jenis penderma elektron yang berbeza, dapat disimpulkan bahawa teknologi denitrifikasi autotrof berasaskan sulfur besi boleh secara teori. mengatasi kekurangan turun naik pH yang besar dan SO yang besar42-pengeluaran kerana ia boleh menyediakan pelbagai penderma elektron, dan mempunyai potensi aplikasi yang lebih besar. Walau bagaimanapun, masih terdapat banyak masalah yang perlu diselesaikan dalam teknologi denitrifikasi autotrof berasaskan sulfur, berasaskan besi dan berasaskan sulfur besi. Pada masa hadapan, kajian mendalam boleh dijalankan daripada tiga aspek berikut untuk menyelesaikan masalah yang sedia ada dalam bidang ini:
1) SAD mempunyai pengumpulan SO42-dan TIDAK2-, dan proses denitrifikasi menghasilkan asid, menyebabkan prestasi denitrifikasi berkurangan. Oleh itu, gandingan proses denitrifikasi berasaskan sulfur dengan teknologi lain boleh diterokai dengan lebih lanjut untuk memperbaiki masalah di atas dengan sewajarnya.
2) Proses AIDD memakan asid, mengalami masalah seperti pH meningkat, pengumpulan NO2-, dan mudah pengoksidaan dan pengerasan besi. Teknologi ini boleh digabungkan dengan IC-ME, denitrifikasi heterotropik, denitrifikasi autotrof berasaskan hidrogen atau SAD untuk membentuk sistem gandingan untuk mengekalkan kestabilan pH tindak balas, mengurangkan pengerasan, dan meningkatkan kecekapan denitrifikasi. Di samping itu, kemungkinan interaksi antara bakteria denitrifikasi autotrof dan bahan pencemar perlu diterokai dengan lebih lanjut pada masa hadapan untuk memberikan sokongan teori untuk aplikasi praktikal teknologi ini.
3) Denitrifikasi autotrof berganding berasaskan sulfur besi menggabungkan autotrofi berasaskan sulfur dengan autotrofi berasaskan besi, yang boleh mengekalkan kestabilan pH tindak balas dan mengurangkan efluen SO42-. Walau bagaimanapun, terdapat sedikit penyelidikan dalam bidang ini dan teknologinya tidak cukup matang, jadi penerokaan lanjut masih diperlukan. Khususnya, adalah penting untuk membangunkan pengisi dengan prestasi denitrifikasi yang tinggi dan kebarangkalian pemadatan yang rendah.
Sumber: "Industrial Water Treatment" 2024 Isu 6
Pengarang pertama: Wang Jing
Pengarang yang sepadan: Han Yanhe
DOI Kertas: 10.19965/j.cnki.iwt.2023-0417
Petikan kertas: Wang Jing, Wang Ning, Han Yanhe, et al. Kemajuan penyelidikan teknologi denitrifikasi autotrof berasaskan sulfur, berasaskan besi dan sulfur-besi [J]. Rawatan Air Perindustrian, 2024, 44 (6): 22-33.