哈爾濱工業大學研究人員領導的一項研究揭示了廢水處理技術的重大進展。已發表在工程該研究引入了一種創新方法，透過利用一種新型生物炭基質（稱為β-環糊精功能化生物炭（BC@β-CD））來改善人工濕地（CW）的反硝化作用。這項突破解決了廢水處理的一個關鍵挑戰：在傳統方法因碳氮 (C/N) 比低而失效的情況下優化脫氮。
人工濕地因其處理污水的潛力而得到認可污水處理廠 (WWTP)，但其有效性常受到進水 C/N 比較低的影響，導致效果不理想且脫氮不充分。這項由馮曉池和任南琪領導的研究為透過先進材料科學和生化工程克服這些限制提供了新的見解。
研究團隊比較了三種不同的CW系統：傳統（對照）、生物炭（BC）和β-環糊精（BC@β-CD）。該研究旨在評估其處理低 C/N 比廢水的性能，具體來說，C/N 比從 4 降至 2。
研究結果表明，BC@β-CD 系統優於其他配置，與傳統系統相比，脫氮率分別提高了 45.89% 和 42.48%。此外，（N2O）排放量（一種強效溫室氣體）分別減少了 70.57% 和 85.45%。
研究人員採用了一系列分析技術，包括宏基因組學和酵素分析，來了解 BC@β-CD 如何增強反硝化作用。這些分析表明，BC@β-CD 促進碳代謝並增加反硝化酶活性，而不會改變 CW 內的微生物多樣性。
值得注意的是，BC@β-CD 透過增加煙醯胺腺嘌呤二核苷酸(NADH) 脫氫酶和電子轉移系統(ETS) 的活性來增強電子產生和傳輸，這對於有效反硝化至關重要。
使用結構方程模型的進一步研究證實，BC@β-CD的主要優勢在於其能夠將更多的碳代謝流重新分配到反硝化。即使碳源有限，這種策略性的重新分配也能支持反硝化過程，從而增強低碳氮比條件下的脫氮效果。
此研究結果凸顯了 BC@β-CD 在廢水處理中的變革潛力。透過優化碳代謝分配，這種生物炭基基質不僅提高了脫氮效率，還減少了溫室氣體排放。這項進步為廢水處理的普遍問題提供了實用的解決方案，為管理低碳進水提供了更永續的方法。
研究人員強調，BC@β-CD在CW中的成功應用代表環境工程領域向前邁出了重要一步。它為開發更有效、更環保的廢水處理技術提供了一個有前景的途徑。
未來的研究將集中在擴大這項技術並探索其在不同廢水處理場景中的應用。隨著世界尋求更永續的環境解決方案，這項研究為更清潔、更有效的廢水管理提供了一條充滿希望的道路。
The paper was authored by Hong-Tao Shi, Xiao-Chi Feng, Zi-Jie Xiao, Chen-Yi Jiang, Wen-Qian Wang, Qin-Yao Zeng, Bo-Wen Yang, Qi-Shi Si, Qing-Lian Wu, Nan-Qi Ren.
工程部提供
引文：在低碳/氮條件下利用創新的生物炭基基質實現增強反硝化（2024年9月27日），2024年9月27日檢索自https://webbedxp.com/science/jamaal/news/ 2024-09-denitroification-biochar-based -底物-碳氮.html
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