La tecnología de desnitrificación autótrofa tiene las ventajas de no necesitar una fuente externa de carbono, baja producción de lodos y bajo costo. Es una de las tecnologías de tratamiento de desnitrificación profunda más prometedoras para aguas residuales con bajo contenido de C/N en un contexto de doble carbono. La selección de donantes de electrones inorgánicos es la clave para saber si esta tecnología puede utilizarse ampliamente en la práctica.
De acuerdo con el principio de desnitrificación, la desnitrificación autótrofa a base de azufre es fácil de producir ácido y sulfato, la desnitrificación a base de hierro consume ácido y acumulará nitrito, mientras que la desnitrificación autótrofa acoplada a base de azufre y hierro puede combinar las características de los dos, mantener el Estabilidad del pH de la reacción y reducción de la contaminación secundaria.
Breve introducción
Los contaminantes que contienen nitrógeno siguen siendo uno de los principales problemas ecológicos del medio acuático. En la actualidad, existen muchos métodos de tratamiento de la contaminación por nitrógeno en masas de agua, que se dividen principalmente en métodos fisicoquímicos y métodos biológicos. Entre ellos, los métodos fisicoquímicos incluyen la electrodiálisis, la electrólisis de membranas iónicas y la extracción, pero estos métodos de tratamiento tienen algunas desventajas, como altos costos operativos, mantenimiento difícil y contaminación secundaria fácil de producir. La desnitrificación biológica es un medio importante de desnitrificación de aguas residuales, entre los cuales la desnitrificación es una parte importante de la desnitrificación biológica. Sin embargo, el crecimiento y el metabolismo de las bacterias desnitrificantes heterótrofas en los métodos tradicionales de desnitrificación heterótrofa dependen del carbono orgánico, y la adición de fuentes de carbono orgánico no solo generará altos costos operativos, sino que también provocará contaminación secundaria. En el contexto actual de la búsqueda de tecnologías bajas en carbono, la tecnología de desnitrificación autótrofa sin fuentes externas de carbono juega un papel cada vez más importante en el control de la contaminación del agua.
Principio y progreso de la investigación de la desnitrificación autótrofa basada en azufre (SAD)
SAD se refiere al proceso en el que las desnitrificaciones de Thiobacillus (como las desnitrificaciones de Thiobacillus) utilizan azufre reducido (S0, S2-, ENTONCES32-, S2O32-, etc.) como donadores de electrones y NO3--N o NO2--N como aceptor de electrones en condiciones anóxicas o anaeróbicas, y obtiene energía mediante el proceso de oxidación del azufre reducido para reducir NO3--N a N2. Las ventajas del proceso SAD incluyen la ausencia de necesidad de una fuente externa de carbono y una baja producción de lodos, y tiene la ventaja de un bajo costo en el tratamiento de aguas residuales inorgánicas que contienen NO.3--N.
Además, se produce H+ durante la reacción SAD, lo que resulta en una disminución del pH. En la naturaleza, el azufre tiene una amplia gama de fuentes y tipos. Los donantes de electrones SAD incluyen azufre elemental, sulfuro, tiosulfato y minerales que contienen azufre. Los principales productos de la desnitrificación autótrofa impulsada por diferentes donantes de electrones son diferentes. Este artículo analiza el progreso de la investigación de la tecnología de desnitrificación autótrofa impulsada por diferentes donantes de electrones.
Principio y progreso de la investigación de la desnitrificación autótrofa basada en hierro (AIDD)
AIDD es un proceso en el que las bacterias desnitrificadoras AIDD utilizan hierro de valencia cero (ZVI) o hierro divalente como donadores de electrones y NO.3--N o NO2--N como aceptores de electrones para realizar la desnitrificación en condiciones anaeróbicas. En la actualidad, el mecanismo de reacción biológica de la desnitrificación basada en hierro aún no está claro. Algunos estudiosos han propuesto cuatro modelos de mecanismos predictivos, a saber, tipo Fe (II) oxidorreductasa, tipo nitrato reductasa, tipo bc1-Fe (II) oxidorreductasa y tipo equilibrio electrónico, pero ninguno de ellos ha sido confirmado. En este artículo, el autor se centra en el efecto de desnitrificación cuando se utilizan diferentes sustancias que contienen hierro en AIDD como donadores de electrones.
Avances de la investigación del proceso de acoplamiento SAD-AIDD
AIDD y SAD tienen deficiencias en las aplicaciones prácticas. El proceso SAD consume alcalinidad, mientras que AIDD produce alcalinidad. SAD-AIDD puede combinar las características de los dos para mantener la estabilidad del pH de la reacción, lo que ha atraído una atención generalizada. El donante de electrones común de SAD-AIDD es el mineral de sulfuro de hierro natural, que tiene muchos tipos y es relativamente fácil de obtener. La desnitrificación con sulfuro de hierro natural como donador de electrones es una de las principales formas de desnitrificar las aguas subterráneas. Los principales tipos de donantes de electrones del proceso SAD-AIDD son el sulfuro de hierro, los lodos de hierro que contienen azufre y el relleno mixto de azufre y hierro. Este artículo describe el progreso de la investigación del proceso de acoplamiento basado en esta clasificación.
Cuando la tasa de suministro de electrones es lenta, habrá cierta competencia entre diferentes reductasas.
Resumen
Al comparar la investigación de académicos nacionales y extranjeros sobre la desnitrificación autótrofa acoplada a base de azufre, hierro y azufre-hierro y el rendimiento de la desnitrificación de diferentes tipos de donantes de electrones, se puede concluir que la tecnología de desnitrificación autótrofa a base de azufre-hierro puede teóricamente superar las deficiencias de grandes fluctuaciones de pH y grandes SO42-producción porque puede proporcionar una variedad de donantes de electrones y tiene un mayor potencial de aplicación. Sin embargo, todavía hay muchos problemas que deben resolverse en las tecnologías de desnitrificación autótrofa acoplada a base de azufre, hierro y azufre-hierro. En el futuro se podrá realizar una investigación en profundidad desde los siguientes tres aspectos para solucionar los problemas existentes en este campo:
1) SAD tiene acumulación de SO42-y NO2-, y el proceso de desnitrificación produce ácido, lo que reduce el rendimiento de la desnitrificación. Por lo tanto, se puede explorar más a fondo el acoplamiento del proceso de desnitrificación a base de azufre con otras tecnologías para mejorar los problemas anteriores en consecuencia.
2) El proceso AIDD consume ácido, tiene problemas como aumento de pH, acumulación de NO2-, y fácil oxidación y endurecimiento del hierro. Esta tecnología se puede combinar con IC-ME, desnitrificación heterótrofa, desnitrificación autótrofa basada en hidrógeno o SAD para formar un sistema de acoplamiento para mantener la estabilidad del pH de la reacción, reducir el endurecimiento y mejorar la eficiencia de la desnitrificación. Además, en el futuro será necesario explorar más a fondo las posibles interacciones entre las bacterias desnitrificantes autótrofas y los contaminantes para proporcionar apoyo teórico a la aplicación práctica de esta tecnología.
3) La desnitrificación autótrofa acoplada a base de azufre y hierro combina la autotrofia a base de azufre con la autotrofia a base de hierro, lo que puede mantener la estabilidad del pH de la reacción y reducir el SO del efluente.42-. Sin embargo, hay poca investigación en este campo y la tecnología no está lo suficientemente madura, por lo que aún es necesaria una mayor exploración. En particular, es crucial desarrollar rellenos con alto rendimiento de desnitrificación y baja probabilidad de compactación.
Fuente: "Tratamiento de aguas industriales" 2024 Número 6
Primer autor: Wang Jing
Autor correspondiente: Han Yanhe
Documento DOI: 10.19965/j.cnki.iwt.2023-0417
Cita del artículo: Wang Jing, Wang Ning, Han Yanhe, et al. Progreso de la investigación de la tecnología de desnitrificación autótrofa a base de azufre, hierro y azufre-hierro [J]. Tratamiento de aguas industriales, 2024, 44 (6): 22-33.
