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第二种生物方法主要原理是部分异养反硝化,策略是对反应器交替加入乙酸和亚硝酸根,前者让微生物释出聚羟丁酸(PHB-polyhydroxybutyrate),作为还原NO2-的还原等价物。在超过200次的交替进料反应时间里,一氧化二氮的转化率也有62%,氮的去除率达到98%,剩下的32%生成了氮气。
由于上述的实验室结果喜人,CANDO 团队获得了包括斯坦福的TomKat可再生能源中心(TomKatCenter for Sustainable Energy)、美国国家科学基金会ReNUWIt研究中心以及水务公司威立雅的资金资助,并在加州Delta Diablo的Antioch污水厂开展了中试实验。研究人员希望优化生物方法,例如从自养生物中寻找答案。
应用前景
2014年,一篇题为“Towards energy neutral wastewater treatment: Methodology and state of the art” (DOI: 10.1039/c4em00069b)的论文中对几种不同的脱氮工艺进行了总结对比。
虽然硝化反硝化现在应用最为广泛,但实际上其能源效率很低,而工程应用案例日渐增加的亚硝化+厌氧氨氧化工艺是目前理想的替代选择。亚硝化+厌氧氨氧化工艺可以将需氧量减少60%,污泥产量减少75%,但是它受制于工艺的稳定性、耐固性和敏感性,发展依然相对缓慢。
跟厌氧氨氧化工艺相比,CANDO工艺的能耗和污泥产量都没有优势。但是,因为CANDO工艺选用的是异养细菌来反应,其反应时间会快于厌氧氨氧化工艺,这将可能对提高工艺的稳定性有所帮助。另外据文献介绍,上述交替进料(厌氧/缺氧)策略能实现磷的回收,原理跟强化生物处理类似。当然,CANDO工艺的最理想结果是能利用自养微生物来实现,但这个超前的概念依然需要实验来验证其可行性。从某种角度看,CANDO工艺更像是现有的厌氧氨氧化工艺的变种,但需要更多的微生物基础知识来支持它的发展。
无论如何,CANDO工艺的创新项目还是得到了业界的关注和支持。例如斯坦福大学的厌氧泰斗Perry McCarty教授,他在2015年底美国加州举行的NWRI Clarke Prize大会上提及了CANDO项目(Codiga 资源回收中心是TomKat可再生能源中心的前身),他希望此类创新项目能从实验室走向中试,并最终实现工程应用。
美国水环境研究基金会(WERF)和国际水协会(IWA)在2015年联合出版了题为“Assessment of Technology Advancements for Future Energy Reduction”的报告,里边对CANDO工艺做出了评估,结果如下图。
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