Technológia autotrofnej denitrifikácie má výhody, že nie je potrebný externý zdroj uhlíka, nízka produkcia kalu a nízke náklady. Je to jedna z najsľubnejších technológií hĺbkovej denitrifikácie odpadových vôd s nízkym C/N na pozadí s dvojitým uhlíkom. Výber anorganických donorov elektrónov je kľúčom k tomu, či táto technológia môže byť široko používaná v praxi.
Podľa princípu denitrifikácie je autotrofná denitrifikácia na báze síry jednoduchá na výrobu kyseliny a síranu, denitrifikácia na báze železa spotrebováva kyselinu a akumuluje dusitany, zatiaľ čo autotrofná denitrifikácia na báze síry a železa môže kombinovať vlastnosti oboch, zachovať stabilita pH reakcie a zníženie sekundárneho znečistenia.
Stručný úvod
Znečisťujúce látky obsahujúce dusík sú stále jedným z hlavných ekologických problémov vodného prostredia. V súčasnosti existuje veľa spôsobov úpravy znečistenia dusíkom vo vodných útvaroch, ktoré sa delia najmä na fyzikálno-chemické metódy a biologické metódy. Medzi fyzikálno-chemické metódy patrí elektrodialýza, elektrolýza iónovej membrány a stripovanie, ale tieto metódy úpravy majú určité nedostatky, ako sú vysoké prevádzkové náklady, náročná údržba a ľahké sekundárne znečistenie. Biologická denitrifikácia je dôležitým prostriedkom denitrifikácie odpadových vôd, medzi ktorými je denitrifikácia dôležitou súčasťou biologickej denitrifikácie. Rast a metabolizmus heterotrofných denitrifikačných baktérií v tradičných metódach heterotrofnej denitrifikácie však závisí od organického uhlíka a pridávanie zdrojov organického uhlíka povedie nielen k vysokým prevádzkovým nákladom, ale spôsobí aj sekundárne znečistenie. V súvislosti so súčasným presadzovaním nízkouhlíkovej technológie zohráva autotrofná denitrifikačná technológia bez externých zdrojov uhlíka čoraz dôležitejšiu úlohu pri kontrole znečistenia vôd.
Princíp a pokrok výskumu autotrofnej denitrifikácie na báze síry (SAD)
SAD sa vzťahuje na proces, v ktorom sa pri denitrifikácii Thiobacillus (ako je denitrifikácia Thiobacillus) používa redukovaná síra (S0, S2-, SO32-, S2O32-, atď.) ako donory elektrónov a NO3--N alebo NIE2--N ako akceptory elektrónov v anoxických alebo anaeróbnych podmienkach a získava energiu prostredníctvom procesu oxidácie redukovanej síry na redukciu NO3--N až N2. Výhody procesu SAD zahŕňajú, že nie je potrebný externý zdroj uhlíka a nízka produkcia kalu a má výhodu nízkych nákladov na čistenie anorganických odpadových vôd obsahujúcich NO.3--N.
Okrem toho sa počas reakcie SAD vytvára H+, čo vedie k zníženiu pH. V prírode má síra širokú škálu zdrojov a druhov. Donory elektrónov SAD zahŕňajú elementárnu síru, sulfid, tiosíran a minerály obsahujúce síru. Hlavné produkty autotrofnej denitrifikácie poháňané rôznymi donormi elektrónov sú rôzne. Tento článok pojednáva o pokroku vo výskume technológie autotrofnej denitrifikácie riadenej rôznymi donormi elektrónov.
Princíp a pokrok výskumu autotrofnej denitrifikácie na báze železa (AIDD)
AIDD je proces, pri ktorom denitrifikačné baktérie AIDD využívajú nulamocné železo (ZVI) alebo dvojmocné železo ako donory elektrónov a NO.3--N alebo NIE2--N ako akceptory elektrónov na uskutočnenie denitrifikácie v anaeróbnych podmienkach. V súčasnosti je biologický reakčný mechanizmus denitrifikácie na báze železa stále nejasný. Niektorí vedci navrhli štyri modely prediktívnych mechanizmov, konkrétne Fe (II) oxidoreduktázový typ, nitrátreduktázový typ, bc1-Fe (II) oxidoreduktázový typ a typ elektrónovej rovnováhy, ale žiadny z nich nebol potvrdený. V tomto článku sa autor zameriava na denitrifikačný efekt, keď sa ako donory elektrónov používajú rôzne látky obsahujúce železo v AIDD.
Pokrok vo výskume procesu spájania SAD-AIDD
AIDD a SAD majú nedostatky v praktických aplikáciách. Proces SAD spotrebúva zásaditosť, zatiaľ čo AIDD zásaditosť produkuje. SAD-AIDD môže kombinovať vlastnosti oboch, aby sa udržala stabilita reakčného pH, čo pritiahlo širokú pozornosť. Bežným donorom elektrónov SAD-AIDD je prírodný minerál sulfid železa, ktorý má mnoho druhov a je relatívne ľahko dostupný. Denitrifikácia prírodným sulfidom železa ako donorom elektrónov je jedným z hlavných spôsobov denitrifikácie podzemnej vody. Hlavnými typmi donorov elektrónov v procese SAD-AIDD sú sulfid železa, železný kal obsahujúci síru a zmiešané plnivo zo síry a železa. Tento článok popisuje postup výskumu procesu spájania na základe tejto klasifikácie.
Keď je rýchlosť dodávky elektrónov pomalá, medzi rôznymi reduktázami bude existovať určitá konkurencia.
Zhrnutie
Porovnaním výskumu domácich a zahraničných vedcov o autotrofnej denitrifikácii na báze síry, železa a síry a železa a účinnosti denitrifikácie rôznych typov donorov elektrónov možno dospieť k záveru, že technológia autotrofnej denitrifikácie na báze síry a železa môže teoreticky prekonať nedostatky veľkých výkyvov pH a veľkého SO42-produkciu, pretože môže poskytnúť rôzne donory elektrónov a má väčší aplikačný potenciál. Stále však existuje veľa problémov, ktoré je potrebné vyriešiť v autotrofných denitrifikačných technológiách na báze síry, železa a na báze síry a železa. V budúcnosti možno uskutočniť hĺbkový výskum z nasledujúcich troch aspektov, aby sa vyriešili existujúce problémy v tejto oblasti:
1) JCD má akumuláciu SO42-a NIE2-a proces denitrifikácie produkuje kyselinu, čo vedie k zníženiu účinnosti denitrifikácie. Preto je možné ďalej skúmať spojenie procesu denitrifikácie na báze síry s inými technológiami, aby sa zodpovedajúcim spôsobom zlepšili vyššie uvedené problémy.
2) Proces AIDD spotrebúva kyselinu, má problémy ako zvýšené pH, hromadenie NO2-a ľahká oxidácia a tvrdnutie železa. Táto technológia môže byť spojená s IC-ME, heterotrofnou denitrifikáciou, autotrofnou denitrifikáciou na báze vodíka alebo SAD, aby sa vytvoril spojovací systém na udržanie stability pH reakcie, zníženie vytvrdzovania a zlepšenie účinnosti denitrifikácie. Okrem toho je potrebné v budúcnosti ďalej skúmať možné interakcie medzi autotrofnými denitrifikačnými baktériami a znečisťujúcimi látkami, aby sa poskytla teoretická podpora pre praktickú aplikáciu tejto technológie.
3) Spojená autotrofná denitrifikácia na báze síry a železa kombinuje autotrofiu na báze síry s autotrofiou na báze železa, čo môže udržiavať stabilitu pH reakcie a znižovať vytekajúci SO42-. V tejto oblasti je však malý výskum a technológia nie je dostatočne vyspelá, takže je stále potrebný ďalší prieskum. Predovšetkým je dôležité vyvinúť plnivá s vysokým výkonom denitrifikácie a nízkou pravdepodobnosťou zhutnenia.
Zdroj: „Úprava priemyselnej vody“ 2024, číslo 6
Prvý autor: Wang Jing
Autor korešpondencie: Han Yanhe
Paper DOI: 10.19965/j.cnki.iwt.2023-0417
Citácia príspevku: Wang Jing, Wang Ning, Han Yanhe, et al. Pokrok vo výskume technológie autotrofnej denitrifikácie na báze síry, železa a síry a železa [J]. Úprava priemyselných vôd, 2024, 44 (6): 22-33.
