微生物技術(shù)：凈化氮素污染的“好幫手”

水是社會(huì)發(fā)展必不可少的重要資源。隨著城市化發(fā)展、工業(yè)化推進(jìn)，不易去除的污染物質(zhì)進(jìn)入自然水環(huán)境，對水質(zhì)造成影響。

水的主要污染物包括固體廢棄物、需氧有機(jī)物、難降解有機(jī)物、重金屬、植物營養(yǎng)物質(zhì)、酸、堿和石油類物質(zhì)等化學(xué)物質(zhì)。隨著我國污水處理能力不斷提高，黑臭水體問題正在逐步得到解決，但水體富營養(yǎng)化問題卻仍然嚴(yán)峻，脫氮除磷已成為污水處理領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

2021年，“污水深度生物脫氮技術(shù)及應(yīng)用”榮獲國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。該技術(shù)是哈爾濱工業(yè)大學(xué)王愛杰團(tuán)隊(duì)、北京工業(yè)大學(xué)彭永臻團(tuán)隊(duì)、中國水環(huán)境集團(tuán)侯鋒團(tuán)隊(duì)等共同研發(fā)實(shí)踐的成果之一。

據(jù)王愛杰介紹，我國70%的城市污水呈低碳氮比特征，需依賴外部碳源投加實(shí)現(xiàn)總氮深度去除。氮素向環(huán)境的過量排放，是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵因素之一。含氮污染物廣泛地存在于生活污水和工業(yè)廢水當(dāng)中，能夠引起水華、赤潮等藻類的惡性爆發(fā)，從而嚴(yán)重地影響水環(huán)境的質(zhì)量和水生態(tài)安全，“污水脫氮的本質(zhì)，就是把水中的含氮污染物轉(zhuǎn)化成無害的氮?dú)猓瑥亩_(dá)到保護(hù)水環(huán)境和水生態(tài)安全的這樣的目標(biāo)?！?/p>

由此，研發(fā)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了系列低碳、少能、高效技術(shù)系統(tǒng)，在多項(xiàng)污水處理工程中推廣應(yīng)用，突破了低碳氮比污水深度脫氮的技術(shù)瓶頸和工程難題。

污水生物脫氮一般需要經(jīng)過三個(gè)步驟：有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮，氨氮氧化為硝態(tài)氮，硝態(tài)氮還原為氮?dú)?。碳源有機(jī)物既是微生物的能量來源，也是硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾倪€原劑。從氧化還原反應(yīng)的角度，碳源有機(jī)物是反硝化脫氮過程的電子供體。

王愛杰說，污水深度生物脫氮技術(shù)三個(gè)核心的發(fā)明點(diǎn)分別是控碳脫氮、解構(gòu)脫氮和自養(yǎng)脫氮?？靥济摰夹g(shù)的發(fā)明點(diǎn)，就是通過優(yōu)化污水處理過程中碳源的分配路徑和利用的方式來減少碳的損失，使得污水中有限的碳源能夠最大程度地被用于脫氮；解構(gòu)脫氮技術(shù)就是通過引入微小的外源能量來激活微生物降解有機(jī)氮的這種代謝途徑，從而使得有機(jī)氮的解構(gòu)，讓有機(jī)氮能夠快速地解構(gòu)并且釋放出氨氮；自養(yǎng)脫氮技術(shù)就是開辟出自養(yǎng)脫氮的新路徑，使用無機(jī)電子供體替代有機(jī)碳源，很好地解決生物脫氮缺乏碳源的問題。

目前，污水深度生物脫氮技術(shù)為污水處理系統(tǒng)提標(biāo)改造、深度凈化與利用提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐和低碳解決方案，已在全國19個(gè)省市污水處理工程中進(jìn)行了規(guī)模化示范和應(yīng)用推廣，未來可在全國各地的水環(huán)境治理中繼續(xù)發(fā)揮出積極的作用。

中國科協(xié)科普部

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