作者:王方 来源:中国科学报 发布时间:2021/5/24 11:26:15
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升级废水处理 让猪场不再臭

 

居住在日本冲绳岛的人都很欣赏当地养猪业的密集程度。这些农场对岛上的经济和文化有很大的影响。据统计,截至2018年,冲绳共有生猪22.5万多头。猪肉是当地人的主食,传统餐馆许多菜肴中都有它的身影。但养猪业的热闹也带来了不太受欢迎的臭味。

开着车穿过一些地方特别是有农场的,车窗都得关上,否则你肯定会后悔不已。在整个冲绳,农场产生了大量的废水。这种气味至少在一定程度上是由养猪的副产品引起的。

近日,冲绳科学技术研究生院生物系统部门的研究人员创造了一种处理这种废水的新系统,并在当地一家养猪场成功进行了测试。相关成果发表于《生物资源技术》。

“我们的新系统使用了两个不同的室。”第一作者Anna Prokhorova解释说,“在一个室中,对高强度猪场废水进行处理,以去除异味、病原体和有机物;在另一个室中,从已通过传统曝气系统处理的废水中去除多余的硝酸盐和磷酸盐。据我们所知,这是首个同时成功处理两种不同类型废水的系统。”

这与农民目前使用的传统曝气系统形成了鲜明对比。传统曝气系统主要处理废水中的有机物,也将现有的铵态氮转化为硝酸盐,但不进一步处理硝酸盐。

生物系统部门负责人Mami Kainuma说:“令人担忧的是,硝酸盐污染会对人类健康和环境造成灾难性的影响。当硝酸盐被人体摄入后,它会转化为亚硝酸盐,影响血液的供氧能力,从而导致高铁血红蛋白血症或蓝婴综合征。”

在日本,畜牧业的硝酸盐排放限制将很快降低到目前水平(每升500毫克硝酸盐—氮)的1/5,以便与其他行业保持一致。冲绳35%以上的农场可能会经历这一即将到来的变化。

新系统依赖丰富的细菌群落开始相关处理过程。在第一个室(阳极室),细菌与现有的有机分子发生反应,在这个过程中释放电子。然后这些电子通过电极被转移到第二个室(阴极室)。这里含有已经通过曝气过程的废水,因此有高浓度的硝酸盐。细菌接受这些电子,并利用它们为硝酸盐转化为氮气提供动力。该系统的优点是可以在有机物含量低的废水中进行硝酸盐去除。

在实验室成功试用该系统后,研究人员在冲绳一家养猪场进行了初步的中试试验,包括进行了一年多的监测。由于细菌群落起着不可或缺的作用,研究人员还分析了哪些物种存在、群落组成如何随时间变化,以及哪些物种负责每一步。

长期实验表明,去除硝酸盐的优势细菌是那些能接受电子生长的细菌。在处理过程中,电极电位在-0.4V至0.6V范围内激发了它们的活性,从而提高了废水处理效率。这种细菌群落在阴极室中的总生长量超过60%,并且继续表现出很强的活性,导致硝酸盐还原率很高。另一个最大的优点是,当有机物,特别是挥发性脂肪酸在未经处理的废水中被降解时,气味减轻了,病原体的数量也减少了。

“到目前为止,结果比我们预期的更高效。”Prokhorova说,“该系统成本低,易于组装和维护,可进一步推广扩展。我们希望,在未来几年内,冲绳县和其他有类似问题的地区的农民能够将其利用起来。”

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.124508

 
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