Удаление органических веществ при одновременной нитрификации

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 1882 (2022) Цитировать эту статью

2260 Доступов

2 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Авторская поправка к этой статье была опубликована 17 ноября 2022 г.

Эта статья обновлена

Очистка сточных вод свиноводства представляет собой сложную задачу из-за высоких концентраций органических веществ (ОВ) и азота (N), что требует эффективного процесса. Это исследование было сосредоточено на оценке двух различных вспомогательных сред для удаления ОВ и N из реактора с восходящим потоком анаэробного ила (UASB), в который подаются сточные воды свиней. Тест на максимальную удельную активность нитрификации (MSNA) и денитрификации (MSDA) как для биопленки, так и для взвешенной биомассы проводили с использованием в качестве подложек: пенополиуретана (R1) и полиэтиленовых колец (R2). Результаты показали, что система R2 была более эффективной, чем R1, достигая удаления ОВ 77 ± 8% и N 98 ± 4%, что объясняется более высокой зарегистрированной удельной денитрифицирующей активностью (5,3 ± 0,34 г NO3-N/г TVS∙h). Кроме того, 40 ± 5 % исходного N сточных вод могло быть преобразовано в молекулярный азот посредством СНД, из которых только 10 ± 1 % улетучилось. В этом смысле тесты MSDA показали, что взвешенная биомасса отвечает за удаление как минимум 70% N, и только 20% можно отнести на счет биопленки. СНД удалось подтвердить анализом микробного разнообразия, поскольку присутствие рода Pseudomonas доминировало в прокариотическом сообществе системы на 54,4%.

Азот является важным питательным веществом для биологического роста и одним из основных компонентов всех живых организмов. Однако его чрезмерного присутствия следует избегать по следующим причинам: (а) Азот в восстановленных формах вызывает потребность в кислороде в принимающем водоеме1, (б) Аммиак и нитриты токсичны для рыб в концентрациях выше 0,045 и 0,20 мг/л, соответственно2, (c) Сточные воды с высокими концентрациями азота требуют для обеззараживания большого количества хлора3 и (d) Нитриты и нитраты в концентрациях более 0,2 и 1,5 мг/л соответственно, совместно с фосфором в концентрациях более 0,10 мг/л. L может вызвать эвтрофикацию озер и водоемов, что приводит к неконтролируемому росту водорослей и других водных растений4,5. Азот может присутствовать в сточных водах в различных ионизированных формах: аммонийной (NH4+) и аммиачной (NH3+), что зависит от концентрации, pH и температуры6.

На самом деле для удаления азота из воды предложены разные технологии. Эти технологии включают физико-химические процессы, такие как ионный обмен, адсорбция, обратный осмос и химические процессы, такие как использование активных металлов и каталитические методы7,8,9,10. Однако эти технологии не ориентированы на удаление высоких концентраций аммиака и других видов азота, например, Джонуш и др.11, которые сообщили об удалении нитратов в низких концентрациях (50 мг/л) с использованием неблагородного Ni-Fe катода. Для удаления азота были разработаны различные биологические технологии, например: (i) однореакторная система для удаления аммония с высоким содержанием нитрита, наиболее известная как процесс SHARON, который основан на окислении аммония до нитритов 50% в условиях низкого содержания кислорода (< 0,7 мг О2/л); (ii) анаэробное окисление аммония (АНАММОКС), при котором аммоний действует как донор электронов, а нитритный кислород — как рецептор электронов для получения газообразного азота; и (iii) одновременная нитрификация-денитрификация (SND), которая достигается за счет формирования бескислородных микрозон внутри бактериальных консорциумов, обнаруженных в аэробном реакторе. Сосуществование аэробных и бескислородных зон приводит к самосборке автотрофных нитрифицирующих и гетеротрофных денитрифицирующих микроорганизмов в СНД из-за распределения ОД. Поэтому очень важно проводить анаэробную очистку сточных вод с высоким содержанием углерода, чтобы в дальнейшем стимулировать в аэробной системе нитрификацию-денитрификацию и снизить конкуренцию за РК с гетеротрофными микроорганизмами. Высокое соотношение C/N притока также может отрицательно влиять на численность нитрифицирующих бактерий и эффективность процесса нитрификации из-за доминирования гетеротрофов. Есть сообщения, что общая скорость удаления азота (TN) достигла 77% при соотношении C/N 19,5 и 87% при соотношении 7,712. Таким образом, СНД стал наиболее перспективной технологией удаления аммония и других азотистых соединений в концентрациях выше 250 мг N/л, но заслуживает внимания и требует дополнительных исследований13,14.

99%. In this sense, the systems evaluated in this study demonstrated much higher efficiency with respect to similar systems. As mentioned previously, this excellent performance could have been due to biofilm presence (18 ± 5 and 21 ± 3 g TVS/L for R1 and R2, respectively), which was measured at the end of the assays. Ødegaard et al.39 and Bassin et al.28 suggested that the quantity of adhered biomass to a support medium not onl1y depends on the superficial area but also its form or material configuration. These findings indicate that supports, as Mutag Biochip that has the form of a satellite dish, are frequently subjected to attrition forces due to the intense contact with the surrounding liquid, favoring biofilm detachment and the quantity of adhered solids. Whereas the types of support with cylindrical shape or rings favor biofilm accumulation./p> 0.05). Additionally, at the end of the assay, loss of nitrogen was evident in both systems, but it was not found in any of the determined soluble forms, approximately 60% and 65% for R1 and R2, respectively. Presumably, these non-quantified nitrogen percentages have been converted to molecular nitrogen by means of SND. Garzón-Zuñiga et al.13 explained that aeration systems with fixed biomass in support materials are capable of developing denitrifying processes starting from heterotroph bacteria that achieve growing in anoxic environments. On their part, Lo et al.35 studied nitrogen transformation in the form of ammonium to nitrogen, gas in a hybrid biofilm system. The results showed that approximately 60% of soluble nitrogen was converted to nitrogen gas by a SND process. On the other hand, some Pseudomonas species have been reported capable of reducing nitrogen compunds in denitrification process40. Zhang et al.25 isolated a Pseudomonas stutzeri YZN-001 from swine manure effluent and evaluated the reduction of all nitrogen species. For example, this strain had the capability to remove 275.08 mg/L of nitrate and 171.40 mg/L nitrite under aerobic conditions. Moreover, 39% of removed ammonium was completely oxidised to nitrogen gas, indicating that this strain could achieve heterotrophic nitrification and aerobic denitrification./p>