Forskningsframsteg om svavelbaserade, järnbaserade och svaveljärnbaserade autotrofiska denitrifieringstekniker

Autotrofisk denitrifieringsteknik har fördelarna av att det inte behövs någon extern kolkälla, låg slamproduktion och låg kostnad. Det är en av de mest lovande teknikerna för behandling av djup denitrifikation för avloppsvatten med lågt C/N under bakgrund med dubbla kol. Valet av oorganiska elektrondonatorer är nyckeln till huruvida denna teknik kan användas brett i praktiken.

Enligt principen om denitrifiering är svavelbaserad autotrofisk denitrifikation lätt att producera syra och sulfat, järnbaserad denitrifikation förbrukar syra och kommer att ackumulera nitrit, medan svavel-järnbaserad kopplad autotrof denitrifikation kan kombinera egenskaperna hos de två, bibehålla stabiliteten hos reaktionens pH och minska sekundär förorening.

Kvävehaltiga föroreningar är fortfarande ett av de största ekologiska problemen i vattenmiljön. För närvarande finns det många reningsmetoder för kväveföroreningar i vattendrag, som huvudsakligen är uppdelade i fysikalisk-kemiska metoder och biologiska metoder. Bland dem inkluderar fysikalisk-kemiska metoder elektrodialys, jonmembranelektrolys och strippning, men dessa behandlingsmetoder har vissa brister, såsom höga driftskostnader, svårt underhåll och lätt att producera sekundär förorening. Biologisk denitrifikation är ett viktigt medel för denitrifiering av avloppsvatten, bland vilken denitrifikation är en viktig del av biologisk denitrifikation. Tillväxten och metabolismen av heterotrofa denitrifierande bakterier i traditionella heterotrofa denitrifieringsmetoder beror dock på organiskt kol, och tillsatsen av organiska kolkällor kommer inte bara att leda till höga driftskostnader, utan också orsaka sekundär förorening. I samband med att jag strävar efter koldioxidsnål teknik idag spelar autotrofisk denitrifikationsteknik utan externa kolkällor en allt viktigare roll för kontroll av vattenföroreningar.

Princip och forskningsframsteg för svavelbaserad autotrofisk denitrifikation (SAD)

SAD hänvisar till processen där Thiobacillus denitrifications (som Thiobacillus denitrifications) använder reducerat svavel (S)⁰, S^2-, SÅ₃^2-, S₂O₃^2-, etc.) som elektrondonatorer och NO^3--N eller NEJ^2--N som elektronacceptorer under anoxiska eller anaeroba förhållanden, och erhåller energi genom oxidationsprocessen av reducerat svavel för att reducera NO^3--N till N₂. Fördelarna med SAD-processen inkluderar inget behov av en extern kolkälla och låg slamproduktion, och den har fördelen av låg kostnad vid behandling av oorganiskt avloppsvatten som innehåller NO^3--N.

Dessutom produceras H+ under SAD-reaktionen, vilket resulterar i en sänkning av pH. I naturen har svavel ett brett utbud av källor och typer. SAD-elektrondonatorer inkluderar elementärt svavel, sulfid, tiosulfat och svavelhaltiga mineraler. Huvudprodukterna av autotrofisk denitrifikation som drivs av olika elektrondonatorer är olika. Den här artikeln diskuterar forskningsframstegen för autotrofisk denitrifikationsteknologi som drivs av olika elektrondonatorer.

Princip och forskningsframsteg för järnbaserad autotrofisk denitrifikation (AIDD)

AIDD är en process där AIDD-denitrifieringsbakterier använder nollvärt järn (ZVI) eller tvåvärt järn som elektrondonatorer och NO^3--N eller NEJ^2--N som elektronacceptorer för att utföra denitrifikation under anaeroba förhållanden. För närvarande är den biologiska reaktionsmekanismen för järnbaserad denitrifikation fortfarande oklar. Vissa forskare har föreslagit fyra prediktiva mekanismmodeller, nämligen Fe (II) oxidoreduktastyp, nitratreduktastyp, bc1-Fe (II) oxidoreduktastyp och elektronbalanstyp, men ingen av dem har bekräftats. I denna artikel fokuserar författaren på denitrifieringseffekten när olika järnhaltiga ämnen i AIDD används som elektrondonatorer.

Forskningsframsteg för SAD-AIDD-kopplingsprocessen

AIDD och SAD har brister i praktiska tillämpningar. SAD-processen förbrukar alkalinitet, medan AIDD producerar alkalinitet. SAD-AIDD kan kombinera egenskaperna hos de två för att bibehålla stabiliteten hos reaktionens pH, vilket har väckt stor uppmärksamhet. Den vanliga elektrondonatorn för SAD-AIDD är naturligt järnsulfidmineral, som har många typer och är relativt lätt att få tag på. Denitrifiering med naturlig järnsulfid som elektrondonator är ett av de viktigaste sätten att denitrifiera grundvatten. De huvudsakliga elektrondonatortyperna av SAD-AIDD-processen är järnsulfid, svavelhaltigt järnslam och blandat svavel-järnfyllmedel. Den här artikeln beskriver forskningsframstegen för kopplingsprocessen baserat på denna klassificering.

När elektrontillförselhastigheten är låg blir det en viss konkurrens mellan olika reduktaser.

Genom att jämföra forskningen från inhemska och utländska forskare om svavelbaserad, järnbaserad och svaveljärnbaserad kopplad autotrofisk denitrifikation och denitrifieringsprestandan för olika elektrondonatortyper, kan man dra slutsatsen att svaveljärnbaserad autotrofisk denitrifikationsteknologi teoretiskt sett kan övervinna bristerna med stora pH-fluktuationer och stora SO₄^2-produktion eftersom den kan tillhandahålla en mängd olika elektrondonatorer och har större applikationspotential. Det finns dock fortfarande många problem som måste lösas i svavelbaserade, järnbaserade och svaveljärnbaserade kopplade autotrofa denitrifieringsteknologier. I framtiden kan djupgående forskning utföras utifrån följande tre aspekter för att lösa de befintliga problemen inom detta område:

1) SAD har ackumulering av SO₄^2-och NEJ^2-, och denitrifieringsprocessen producerar syra, vilket resulterar i minskad denitrifieringsprestanda. Därför kan kopplingen av svavelbaserad denitrifikationsprocess med andra teknologier undersökas ytterligare för att förbättra ovanstående problem i enlighet därmed.

2) AIDD-processen förbrukar syra, har problem som ökat pH, ackumulering av NO^2-, och lätt oxidation och härdning av järn. Denna teknologi kan kombineras med IC-ME, heterotrofisk denitrifiering, vätebaserad autotrofisk denitrifikation eller SAD för att bilda ett kopplingssystem för att bibehålla stabiliteten hos reaktionens pH, minska härdningen och förbättra denitrifieringseffektiviteten. Dessutom måste de möjliga interaktionerna mellan autotrofa denitrifierande bakterier och föroreningar undersökas ytterligare i framtiden för att ge teoretiskt stöd för den praktiska tillämpningen av denna teknik.

3) Svaveljärnbaserad kopplad autotrofisk denitrifikation kombinerar svavelbaserad autotrofi med järnbaserad autotrofi, vilket kan upprätthålla stabiliteten hos reaktionens pH och minska utflödet SO₄^2-. Det finns dock lite forskning inom detta område och tekniken är inte tillräckligt mogen, så ytterligare utforskning behövs fortfarande. I synnerhet är det avgörande att utveckla fyllmedel med hög denitrifieringsprestanda och låg sannolikhet för packning.

Källa: "Industriell vattenrening" 2024 Nummer 6

Första författare: Wang Jing

Motsvarande författare: Han Yanhe

Papper DOI: 10.19965/j.cnki.iwt.2023-0417

Hänvisning i papper: Wang Jing, Wang Ning, Han Yanhe, et al. Forskningsframsteg inom svavelbaserad, järnbaserad och svaveljärnbaserad autotrofisk denitrifikationsteknologi [J]. Industrial Water Treatment, 2024, 44 (6): 22-33.