混栄養条件下でのFe-C微電解とバイオフィルトレーションを用いた窒素汚染水の浄化

Remediation of nitrogen polluted water using Fe-C microelectrolysis and biofiltration under mixotrophic conditions.

• Xiangchun Quan
• Haifeng Zhang
• Hezun Liu
• Liang Chen
• Naiyu Li

抄録

低炭素/窒素(C/N)比の汚染水からの窒素除去を目的として、Fe-C担持担体上にハイブリッドバイオフィルターを構築した。バイオフィルターの性能に及ぼす有機物負荷、水位保持時間(HRT)、電子供与体(Fe)の追加添加及び運転モードの影響を調査した。その結果、COD/Nが低い場合の硝酸塩及び全窒素(TN)の除去量は、アップフロー運転モードの方がダウンフロー運転モードよりも優れていることがわかった。また、流入COD/NO-N=1.5～3.6、HRT=10h、アップフロー運転では、NO-N、NH-N、TNの平均除去率はそれぞれ83.1%、84.7%、81.2%であった。電子供与体として流入液中の有機化合物を使用せずに自己栄養状態で運転した場合、Fe-C担体が提供する生来の電子供与体に応じて、NO-N除去率は46％、TN除去率は56％を達成した。流入液に鉄を添加すると、自己栄養的な脱窒過程がさらに促進され、Fe/NO=10、HRT=10hのモル比で、NO-Nの除去率は96.3%、TNの除去率は84.7%にまで上昇した。従属栄養状態と自己栄養状態で濃縮されたバイオフィルム試料について、微生物群集を分析した。Fe-C バイオフィルターは、Gallionella、従属栄養性脱窒細菌 Denitratisoma、自己栄養性脱窒細菌 Thiobacillus と Thioalkalispira を含む混成栄養性脱窒細菌の大規模な集団の成長を促進した。全体として、Fe-C微電気分解と結合したバイオフィルターは、従属栄養および自己栄養状態の両方の下で低C/Nの汚染水を処理するための新しい戦略を提供します。

A hybrid biofilter was established on Fe-C supported carriers aimed to enhance nitrogen removal from polluted water of low Carbon/Nitrogen (C/N) ratio. Effects of organic loadings, hydraulic retention time (HRT), additional electron donor (Fe) supplementation and operation mode on the performance of the biofilter were investigated. Results showed that up-flow operation mode was better than down-flow mode in terms of nitrate and total nitrogen (TN) removal at low COD/N. The average removal of NO-N, NH -N and TN attained 83.1%, 84.7% and 81.2%, respectively, under the conditions of influent COD/NO-N = 1.5-3.6, HRT = 10 h and up-flow operation. When the biofilter was operated under autotrophic conditions without organic compounds in influent as electron donors, the biofilter achieved a NO-N removal of 46% and TN removal of 56% depending on the innate electron donors provided by the Fe-C carriers. Supplementation of Fe in influent further promoted autotrophic denitrifying process, and the removal of NO-N and TN increased to 96.3% and 84.7%, respectively, at the mol ratio of Fe/NO = 10 and HRT = 10 h. The microbial community was analyzed for the biofilm samples enriched under heterotrophic and autotrophic conditions. The Fe-C biofilter boosted the growth of a large population of mixotrophic denitrifying bacteria including Gallionella, heterotrophic denitrifying bacteria Denitratisoma, and autotrophic denitrifying bacteria Thiobacillus and Thioalkalispira. On the whole, the biofilter coupled with Fe-C micro-electrolysis provides a novel strategy to treat polluted water of low C/N under both heterotrophic and autotrophic conditions.

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