哈尔滨工业大学研究人员领导的一项研究揭示了废水处理技术的重大进展。已发表在工程该研究引入了一种创新方法，通过利用一种新型生物炭基质（称为β-环糊精功能化生物炭（BC@β-CD））来改善人工湿地（CW）的反硝化作用。这一突破解决了废水处理中的一个关键挑战：在传统方法因碳氮 (C/N) 比低而失效的情况下优化脱氮。
人工湿地因其处理污水的潜力而得到认可污水处理厂 (WWTP)，但其有效性常常受到进水 C/N 比较低的影响，导致效果不理想且脱氮不充分。这项由冯晓池和任南琪领导的研究为通过先进材料科学和生化工程克服这些局限性提供了新的见解。
研究小组比较了三种不同的CW系统：传统（对照）、生物炭（BC）和β-环糊精（BC@β-CD）。该研究旨在评估其处理低 C/N 比废水的性能，具体来说，C/N 比从 4 降至 2。
研究结果表明，BC@β-CD 系统优于其他配置，与传统系统相比，脱氮率分别提高了 45.89% 和 42.48%。此外，（N2O）排放量（一种强效温室气体）分别减少了 70.57% 和 85.45%。
研究人员采用了一系列分析技术，包括宏基因组学和酶分析，来了解 BC@β-CD 如何增强反硝化作用。这些分析表明，BC@β-CD 促进碳代谢并增加反硝化酶活性，而不改变 CW 内的微生物多样性。
值得注意的是，BC@β-CD 通过增加烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NADH) 脱氢酶和电子转移系统 (ETS) 的活性来增强电子产生和传输，这对于有效反硝化至关重要。
使用结构方程模型的进一步研究证实，BC@β-CD的主要优势在于其能够将更多的碳代谢流重新分配给反硝化。即使碳源有限，这种策略性的重新分配也能支持反硝化过程，从而增强低碳氮比条件下的脱氮效果。
该研究结果凸显了 BC@β-CD 在废水处理中的变革潜力。通过优化碳代谢分配，这种生物炭基基质不仅提高了脱氮效率，还减少了温室气体排放。这一进步为废水处理中的普遍问题提供了实用的解决方案，为管理低碳进水提供了更可持续的方法。
研究人员强调，BC@β-CD在CW中的成功应用代表着环境工程领域向前迈出了重要一步。它为开发更有效、更环保的废水处理技术提供了一条有前途的途径。
未来的研究将集中于扩大这项技术并探索其在不同废水处理场景中的应用。随着世界寻求更可持续的环境解决方案，这项研究为更清洁、更有效的废水管理提供了一条充满希望的道路。
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.
由工程部提供
引文：在低碳/氮条件下利用创新的生物炭基质实现增强反硝化（2024年9月27日），2024年9月27日检索自https://webbedxp.com/zh-CN/science/jamaal/news/2024-09-denitroification-biochar-based -底物-碳氮.html
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