تصفيه آبهاي شرب آلوده به نيترات با استفاده از دنيتريفيكاسيون اتوتروفيك در بيوفيلتر هيدروژني

Treatment of Nitrate-contaminated Drinking Water Using Autotrophic Denitrification in a Hydrogenised Biofilter

در اين تحقيق سيستمي شامل اتصال يك روش موثر و اقتصادي براي توليد در محل و كنترل شده هيدروژن و دي‌اكسيد كربن و استفاده از بيوراكتور با بستر ثابت، طراحي شد و توانايي آن در حذف نيترات از آب شرب مورد ارزيابي قرار گرفت. هدف اصلي اين پژوهش توسعه يك فناوري ارزان بود كه براي يون نيترات كاملاً انتخابي عمل كند و براي ديگر پارامترهاي كيفي آب شرب، كمترين تغييرات را داشته باشد. گازهاي هيدروژن و دي اكسيد كربن به‌ترتيب به‌عنوان دهنده الكترون و منبع كربني باكتري‌هاي دنيتريفاير اتوتروفيك، با روشي ارزان با اعمال ولتاژ بسيار پايين برق مستقيم (10-5 ولت) در راكتور الكتروشيميايي با الكتروليز متانول توليد شدند و به بيوراكتور دنيتريفيكاسيون تلقيح شده توسط باكتري‌هاي دنيتريفايري كه به طور طبيعي در آب حضور دارند، تزريق ‌شد. نتايج بهره‌برداري پايلوت با آب يك چاه آلوده به نيترات با غلظت 120 ميلي‌گرم در ليتر در آبخوان تهران به‌مدت 160 روز نشان داد كه با مصرف انرژي الكتريكي نسبتاً پايين و تنها با تزريق دو گاز بي ضرر هيدروژن و دي‌اكسيد كربن، بدون افزودن هيچ گونه ماده شيميايي ديگر، براي غلظتهاي نيترات معمول موجود در منابع آبي شرب با زمان ماند 2 تا 5 ساعت مي‌توان به راندمان حذف بيش از 95 درصد دست يافت.

In this research, a system was designed and constructed that included an efficient, economically feasible method for adjustable, in-situ generation of hydrogen and carbon dioxide coupled with a packed bed bioreactor. The system was subsequently tested for its ability to remove nitrate from drinking water. The major objective was to develop an economical technology with a high selectivity for nitrate ions but causing minimum changes in other drinking water quality parameters. Hydrogen (as the electron donor) and carbon dioxide (as the carbon source for autotrophic denitrifier bacteria) were generated in a cost-effective way by applying a very low DC voltage (5-10 volts) in an electrochemical reactor using methanol electrolysis. The gases were injected into a denitrification bioreactor inoculated with denitrifier bacteria which are naturally present in water. Finally, the system was put to a pilot operation to remove nitrate from a nitrate-contaminated well (a typical contamination range of 120 mg/L as NO3-) in Tehran aquifer for a period of 160 days. The results showed that the system was capable of achieving a nitrate removal efficiency of 95% with an HRT of 2-5 hr while its power consumption was minimal and only required the two harmless gases, hydrogen and carbon dioxide, to be injected without any chemical additions.