Autotroofse denitrifikatsiooni tehnoloogia eelisteks on välise süsinikuallika puudumine, madal muda tootmine ja madal hind. See on üks lootustandvamaid süvadenitrifikatsiooni puhastustehnoloogiaid madala C/N heitvee jaoks kahe süsiniku taustal. Anorgaaniliste elektronide doonorite valik on võtmeks, kas seda tehnoloogiat saab praktikas laialdaselt kasutada.
Vastavalt denitrifikatsiooni põhimõttele on väävlipõhisel autotroofsel denitrifikatsioonil hapet ja sulfaate lihtne toota, rauapõhine denitrifikatsioon kulutab hapet ja akumuleerib nitritit, samas kui väävli-raua baasil sidestatud autotroofne denitrifikatsioon võib kombineerida nende kahe omadusi, säilitada reaktsiooni pH stabiilsus ja sekundaarse reostuse vähendamine.
Lühitutvustus
Lämmastikku sisaldavad saasteained on endiselt üks peamisi veekeskkonna ökoloogilisi probleeme. Praegu on veekogudes palju lämmastikureostuse puhastusmeetodeid, mis jagunevad peamiselt füüsikalis-keemilisteks meetoditeks ja bioloogilisteks meetoditeks. Nende hulgas hõlmavad füüsikalis-keemilised meetodid elektrodialüüsi, ioonmembraani elektrolüüsi ja eemaldamist, kuid neil töötlemismeetoditel on mõned puudused, nagu kõrged tegevuskulud, raske hooldus ja kerge sekundaarne reostus. Bioloogiline denitrifikatsioon on oluline reovee denitrifikatsiooni vahend, mille hulgas on denitrifikatsioon bioloogilise denitrifikatsiooni oluline osa. Heterotroofsete denitrifitseerivate bakterite kasv ja metabolism traditsioonilistes heterotroofsetes denitrifikatsioonimeetodites sõltub aga orgaanilisest süsinikust ning orgaanilise süsiniku allikate lisamine ei too kaasa mitte ainult suuri tegevuskulusid, vaid põhjustab ka sekundaarset reostust. Tänapäeva vähese süsinikdioksiidiheitega tehnoloogia järgimise kontekstis mängib veereostuse kontrollimisel üha olulisemat rolli autotroofne denitrifikatsioonitehnoloogia ilma väliste süsinikuallikateta.
Väävlipõhise autotroofse denitrifikatsiooni (SAD) põhimõte ja uurimistöö
SAD viitab protsessile, milles Thiobacillus denitrifikatsioonid (nagu Thiobacillus denitrifikatsioonid) kasutavad redutseeritud väävlit (S0, S2-, NII32-, S2O32-jne) elektronide doonoritena ja NO3--N või EI2--N elektronide aktseptoritena anoksilistes või anaeroobsetes tingimustes ja saab energiat redutseeritud väävli oksüdatsiooniprotsessi kaudu NO redutseerimiseks3--N kuni N2. SAD-protsessi eelised hõlmavad välise süsinikuallika vajadust ja vähest muda tootmist ning selle eeliseks on madalad kulud NO-d sisaldava anorgaanilise reovee puhastamisel.3--N.
Lisaks tekib SAD reaktsiooni käigus H+, mille tulemuseks on pH langus. Looduses on väävlil palju erinevaid allikaid ja liike. SAD-i elektronidoonoriteks on elementaarne väävel, sulfiid, tiosulfaat ja väävlit sisaldavad mineraalid. Erinevate elektrondoonorite poolt juhitud autotroofse denitrifikatsiooni peamised tooted on erinevad. Selles artiklis käsitletakse erinevate elektronide doonorite poolt juhitud autotroofse denitrifikatsioonitehnoloogia uurimise edenemist.
Rauapõhise autotroofse denitrifikatsiooni (AIDD) põhimõte ja uurimistöö
AIDD on protsess, mille käigus AIDD denitrifikatsioonibakterid kasutavad elektronidoonorina nullvalentset rauda (ZVI) või kahevalentset rauda ja NO3--N või EI2--N elektronide aktseptoritena denitrifikatsiooni läbiviimiseks anaeroobsetes tingimustes. Praegu on rauapõhise denitrifikatsiooni bioloogilise reaktsiooni mehhanism endiselt ebaselge. Mõned teadlased on välja pakkunud neli ennustava mehhanismi mudelit, nimelt Fe (II) oksidoreduktaasi tüüp, nitraatreduktaasi tüüp, bc1-Fe (II) oksidoreduktaasi tüüp ja elektronide tasakaalu tüüp, kuid ükski neist pole kinnitust leidnud. Käesolevas artiklis keskendub autor denitrifikatsiooniefektile, kui erinevaid rauda sisaldavaid aineid kasutatakse AIDD-s elektronidoonoritena.
SAD-AIDD sidumisprotsessi uurimise edenemine
AIDD-l ja SAD-il on praktilistes rakendustes puudujääke. SAD-protsess tarbib aluselisust, samas kui AIDD tekitab leeliselisust. SAD-AIDD võib kombineerida nende kahe omadusi, et säilitada reaktsiooni pH stabiilsus, mis on äratanud laialdast tähelepanu. SAD-AIDD tavaline elektronide doonor on looduslik raudsulfiidmineraal, mida on mitut tüüpi ja mida on suhteliselt lihtne hankida. Denitrifikatsioon loodusliku raudsulfiidiga kui elektronidoonoriga on üks peamisi viise põhjavee denitrifitseerimiseks. SAD-AIDD protsessi peamised elektronidoonori tüübid on raudsulfiid, väävlit sisaldav rauasete ja segatud väävel-raud täiteaine. See artikkel kirjeldab selle klassifikatsiooni alusel sidumisprotsessi uurimise edenemist.
Kui elektronide tarnimise kiirus on aeglane, tekib erinevate reduktaaside vahel teatud konkurents.
Kokkuvõte
Võrreldes kodu- ja välismaiste teadlaste uuringuid väävlipõhise, raua baasil ja väävel-raua baasil sidestatud autotroofse denitrifikatsiooni ja erinevate elektronidoonoritüüpide denitrifikatsiooni jõudluse kohta, võib järeldada, et väävel-raua baasil autotroofse denitrifikatsiooni tehnoloogiaga saab teoreetiliselt ületada suurte pH kõikumiste ja suure SO puudused42-tootmist, kuna see võib pakkuda mitmesuguseid elektronide doonoreid ja sellel on suurem rakenduspotentsiaal. Väävlipõhiste, rauapõhiste ja väävel-rauapõhiste sidestatud autotroofsete denitrifikatsioonitehnoloogiate puhul on aga veel palju probleeme, mis vajavad lahendamist. Edaspidi saab selle valdkonna olemasolevate probleemide lahendamiseks läbi viia põhjaliku uurimistöö kolmest järgmisest aspektist:
1) SAD-is on SO kogunemine42-ja EI2-, ja denitrifikatsiooniprotsess tekitab hapet, mille tulemuseks on denitrifikatsiooni jõudluse vähenemine. Seetõttu saab väävlipõhise denitrifikatsiooniprotsessi sidumist teiste tehnoloogiatega täiendavalt uurida, et ülaltoodud probleeme vastavalt parandada.
2) AIDD protsess kulutab hapet, on probleeme nagu pH tõus, NO akumuleerumine2-, ning raua lihtne oksüdatsioon ja kõvenemine. Seda tehnoloogiat saab ühendada IC-ME, heterotroofse denitrifikatsiooni, vesinikupõhise autotroofse denitrifikatsiooni või SAD-ga, et moodustada sidestussüsteem, et säilitada reaktsiooni pH stabiilsus, vähendada kõvenemist ja parandada denitrifikatsiooni efektiivsust. Lisaks tuleb tulevikus täiendavalt uurida võimalikke koostoimeid autotroofsete denitrifitseerivate bakterite ja saasteainete vahel, et pakkuda teoreetilist tuge selle tehnoloogia praktiliseks rakendamiseks.
3) Väävli-rauapõhine sidestatud autotroofne denitrifikatsioon ühendab väävlipõhise autotroofia rauapõhise autotroofiaga, mis võib säilitada reaktsiooni pH stabiilsust ja vähendada heitvee SO42-. Siiski on selles valdkonnas vähe uuritud ja tehnoloogia ei ole piisavalt küps, mistõttu on vaja veel uurida. Eelkõige on ülioluline töötada välja täiteained, millel on kõrge denitrifikatsioonivõime ja väike tihenemise tõenäosus.
Allikas: "Tööstuslik veetöötlus" 2024. aasta 6. number
Esimene autor: Wang Jing
Vastav autor: Han Yanhe
Paberi DOI: 10.19965/j.cnki.iwt.{2}}
Paberi tsitaat: Wang Jing, Wang Ning, Han Yanhe jt. Väävli-, raua- ja väävelrauapõhise autotroofse denitrifikatsioonitehnoloogia uurimise edenemine [J]. Industrial Water Treatment, 2024, 44 (6): 22-33.