Teknologi denitrifikasi autotrofik memiliki keunggulan yaitu tidak memerlukan sumber karbon eksternal, produksi lumpur rendah, dan biaya rendah. Ini adalah salah satu teknologi pengolahan denitrifikasi mendalam yang paling menjanjikan untuk air limbah berkadar karbon rendah dengan latar belakang karbon ganda. Pemilihan donor elektron anorganik merupakan kunci apakah teknologi ini dapat digunakan secara luas dalam praktik.
Menurut prinsip denitrifikasi, denitrifikasi autotrofik berbasis belerang mudah menghasilkan asam dan sulfat, denitrifikasi berbasis besi mengkonsumsi asam dan akan mengakumulasi nitrit, sedangkan denitrifikasi autotrofik berpasangan berbasis belerang-besi dapat menggabungkan karakteristik keduanya, mempertahankan stabilitas pH reaksi, dan mengurangi polusi sekunder.
Pengenalan singkat
Polutan yang mengandung nitrogen masih menjadi salah satu masalah ekologi utama lingkungan perairan. Saat ini terdapat banyak metode pengobatan pencemaran nitrogen di badan air, yang terutama dibagi menjadi metode fisikokimia dan metode biologis. Diantaranya, metode fisikokimia meliputi elektrodialisis, elektrolisis membran ion dan pengupasan, namun metode pengolahan ini memiliki beberapa kekurangan, seperti biaya pengoperasian yang tinggi, perawatan yang sulit, dan mudah menghasilkan polusi sekunder. Denitrifikasi biologis merupakan cara penting denitrifikasi air limbah, di antaranya denitrifikasi merupakan bagian penting dari denitrifikasi biologis. Namun, pertumbuhan dan metabolisme bakteri denitrifikasi heterotrofik dalam metode denitrifikasi heterotrofik tradisional bergantung pada karbon organik, dan penambahan sumber karbon organik tidak hanya akan menimbulkan biaya operasional yang tinggi, tetapi juga menyebabkan polusi sekunder. Dalam konteks penerapan teknologi rendah karbon saat ini, teknologi denitrifikasi autotrofik tanpa sumber karbon eksternal memainkan peran yang semakin penting dalam pengendalian pencemaran air.
Prinsip dan kemajuan penelitian denitrifikasi autotrofik (SAD) berbasis sulfur
SAD mengacu pada proses di mana denitrifikasi Thiobacillus (seperti denitrifikasi Thiobacillus) menggunakan sulfur tereduksi (S0, S2-, JADI32-, S2O32-, dll.) sebagai donor elektron dan NO3--N atau TIDAK2--N sebagai akseptor elektron dalam kondisi anoksik atau anaerobik, dan memperoleh energi melalui proses oksidasi belerang tereduksi untuk mereduksi NO3--N ke N2. Keuntungan dari proses SAD antara lain tidak memerlukan sumber karbon eksternal dan produksi lumpur yang rendah, serta memiliki keunggulan biaya rendah dalam mengolah air limbah anorganik yang mengandung NO.3--N.
Selain itu, H+ dihasilkan selama reaksi SAD, mengakibatkan penurunan pH. Di alam, belerang mempunyai sumber dan jenis yang sangat beragam. Donor elektron SAD termasuk unsur belerang, sulfida, tiosulfat, dan mineral yang mengandung belerang. Produk utama denitrifikasi autotrofik yang didorong oleh donor elektron berbeda juga berbeda. Artikel ini membahas kemajuan penelitian teknologi denitrifikasi autotrofik yang didorong oleh donor elektron yang berbeda.
Prinsip dan kemajuan penelitian denitrifikasi autotrofik berbasis besi (AIDD)
AIDD merupakan proses dimana bakteri denitrifikasi AIDD menggunakan besi valensi nol (ZVI) atau besi divalen sebagai donor elektron dan NO.3--N atau TIDAK2--N sebagai akseptor elektron untuk melakukan denitrifikasi dalam kondisi anaerobik. Saat ini, mekanisme reaksi biologis denitrifikasi berbasis besi masih belum jelas. Beberapa ahli telah mengusulkan empat model mekanisme prediksi, yaitu tipe Fe(II) oksidoreduktase, tipe nitrat reduktase, tipe bc1-Fe(II) oksidoreduktase, dan tipe keseimbangan elektron, namun belum ada satupun yang dapat dikonfirmasi. Dalam artikel ini, penulis berfokus pada efek denitrifikasi ketika berbagai zat yang mengandung besi di AIDD digunakan sebagai donor elektron.
Kemajuan penelitian proses penggandengan SAD-AIDD
AIDD dan SAD memiliki kekurangan dalam penerapan praktis. Proses SAD mengkonsumsi alkalinitas, sedangkan AIDD menghasilkan alkalinitas. SAD-AIDD dapat menggabungkan karakteristik keduanya untuk menjaga kestabilan pH reaksi, yang telah menarik perhatian luas. Donor elektron yang umum dari SAD-AIDD adalah mineral besi sulfida alami yang memiliki banyak jenis dan relatif mudah diperoleh. Denitrifikasi dengan besi sulfida alami sebagai donor elektron adalah salah satu cara utama untuk denitrifikasi air tanah. Jenis donor elektron utama dari proses SAD-AIDD adalah besi sulfida, lumpur besi yang mengandung sulfur, dan campuran pengisi besi-sulfur. Artikel ini menjelaskan kemajuan penelitian proses penggandengan berdasarkan klasifikasi ini.
Ketika laju suplai elektron lambat, akan terjadi persaingan tertentu antara reduktase yang berbeda.
Ringkasan
Membandingkan penelitian para sarjana dalam dan luar negeri tentang denitrifikasi autotrofik berpasangan berbasis sulfur, berbasis besi, dan berbasis sulfur-besi serta kinerja denitrifikasi dari berbagai jenis donor elektron, dapat disimpulkan bahwa teknologi denitrifikasi autotrofik berbasis sulfur-besi secara teoritis dapat mengatasi kekurangan fluktuasi pH yang besar dan SO yang besar42-produksi karena dapat menyediakan berbagai donor elektron, dan memiliki potensi penerapan yang lebih besar. Namun, masih banyak masalah yang perlu diselesaikan dalam teknologi denitrifikasi autotrofik berbasis sulfur, berbasis besi, dan berbasis sulfur-besi. Kedepannya dapat dilakukan penelitian mendalam dari tiga aspek berikut untuk memecahkan permasalahan yang ada di bidang ini:
1) SAD mempunyai akumulasi SO42-dan TIDAK2-, dan proses denitrifikasi menghasilkan asam, sehingga mengurangi kinerja denitrifikasi. Oleh karena itu, penggabungan proses denitrifikasi berbasis sulfur dengan teknologi lain dapat dieksplorasi lebih lanjut untuk mengatasi permasalahan di atas.
2) Proses AIDD mengkonsumsi asam, mempunyai masalah seperti peningkatan pH, akumulasi NO2-, dan mudahnya oksidasi dan pengerasan besi. Teknologi ini dapat dipadukan dengan IC-ME, denitrifikasi heterotrofik, denitrifikasi autotrofik berbasis hidrogen atau SAD untuk membentuk sistem kopling guna menjaga kestabilan pH reaksi, mengurangi pengerasan, dan meningkatkan efisiensi denitrifikasi. Selain itu, kemungkinan interaksi antara bakteri denitrifikasi autotrofik dan polutan perlu dieksplorasi lebih lanjut di masa depan untuk memberikan dukungan teoretis bagi penerapan praktis teknologi ini.
3) Denitrifikasi autotrofik berpasangan berbasis belerang-besi menggabungkan autotrofi berbasis belerang dengan autotrofi berbasis besi, yang dapat menjaga stabilitas pH reaksi dan mengurangi limbah SO42-. Namun penelitian di bidang ini masih sedikit dan teknologinya belum cukup matang sehingga masih diperlukan eksplorasi lebih lanjut. Secara khusus, sangat penting untuk mengembangkan bahan pengisi dengan kinerja denitrifikasi yang tinggi dan kemungkinan pemadatan yang rendah.
Sumber: "Pengolahan Air Industri" 2024 Edisi 6
Penulis pertama: Wang Jing
Penulis koresponden: Han Yanhe
Makalah DOI: 10.19965/j.cnki.iwt.2023-0417
Kutipan makalah: Wang Jing, Wang Ning, Han Yanhe, dkk. Kemajuan penelitian teknologi denitrifikasi autotrofik berbasis belerang, berbasis besi, dan berbasis besi belerang [J]. Pengolahan Air Industri, 2024, 44 (6): 22-33.