Long-term monitoring and optimization of a continuous-flow bioelectrochemical reactor for the treatment of nitrate pollution in water
Laen...
Kuupäev
2024
Kättesaadavus
03.09.2024
Autorid
Ajakirja pealkiri
Ajakirja ISSN
Köite pealkiri
Kirjastaja
Eesti Maaülikool
Abstrakt
Nitrate (NO3−) pollution has become a growing concern worldwide due to its potential adverse effects on human health and the environment. This investigation aimed to utilize bioelectrochemical systems (BESs) for addressing nitrate contamination in groundwater sources. The primary goal was to assess the efficacy of removing NO3− from groundwater with limited electron donors, particularly targeting its eradication in a continuous-flow reactor following batch mode operation. During continuous-flow operation, the study identified a positive relationship between ammonium and nitrate concentrations in the reactor, with an observed increase in ammonium concentration. Notably, the maximum ammonium concentration of 0.94 mg/l coincided with minimal nitrate removal rates during intermittent breaks. Additionally, alterations in total organic carbon concentrations were observed due to microbial biomass. The temperature also fell within the optimal range (23–30 °C) for denitrifying bacteria. The reactor's efficiency varied with nitrate concentration in the input water, decreasing at higher concentrations, notably dropping to 71% at 150 mg/L. The optimal flow rate was at 100 mg/L nitrate, achieving 98% efficiency. Despite challenges, the reactor handled concentrations up to 250 mg/L. It performed well at lower concentrations, nearing complete treatment at 100 mg/L. During non-use, it maintained an 80% efficiency, suggesting reliability even when idle. In long-term monitoring, it consistently removed a significant portion of nitrate, maintaining 80% efficiency, establishing its effectiveness for extended nitrate treatment periods.
Nitraadireostus (NO3−) on muutunud kogu maailmas kasvavaks probleemiks selle kahjuliku mõju tõttu inimeste tervisele ja keskkonnale. Selle magistritöö eesmärk oli kasutada bioelektrokeemilisi süsteeme (BES) põhjaveeallikate nitraadisaaste kõrvaldamiseks. Esmane eesmärk oli hinnata NO3− eemaldamise tõhusust põhjaveest (madala süsinikühendite sisaldusega vesi), eriti keskendudes selle likvideerimisele pideva vooluga reaktoris pärast perioodilist režiimi. Pideva vooluga töötamise ajal tuvastas uuring positiivse seose ammooniumi ja nitraadi kontsentratsioonide vahel reaktoris, kusjuures täheldati ammooniumi kontsentratsiooni suurenemist. Nimelt langes ammooniumi maksimaalne kontsentratsioon 0,94 mg/l kokku minimaalse nitraadieemalduskiirusega vahelduvate pauside ajal. Täheldati ka muutusi orgaanilise süsiniku kontsentratsioonis seoses mikroobide biomassiga. Temperatuur jäi denitrifitseerivate bakterite jaoks optimaalsesse vahemikku (23–30 °C). Reaktori efektiivsus varieerus sõltuvalt nitraadi kontsentratsioonist sisendvees, langedes kõrgemate kontsentratsioonide korral. Optimaalne kontsentratsioon oli 100 mg/l nitraati vees, saavutades 98% efektiivsuse; kontsentratsiooni 150 mg/l juures oli eemaldusefektiivsus 71%. Vaatamata väljakutsetele puhastas reaktor kontsentratsioone ka kuni 250 mg/l. Reaktor toimis väga hästi madalamatel kontsentratsioonidel. Ka mittekasutamise ajal säilitas reaktor efektiivsuse 80%, mis viitab töökindlusele isegi perioodiliselt mittekasutades reaktorit. Pikaajalise seire käigus selgus, et reaktor säilitas vähemalt 80% puhastusefektiivsuse peaaegu kogu uurimisperioodi jooksul.
Nitraadireostus (NO3−) on muutunud kogu maailmas kasvavaks probleemiks selle kahjuliku mõju tõttu inimeste tervisele ja keskkonnale. Selle magistritöö eesmärk oli kasutada bioelektrokeemilisi süsteeme (BES) põhjaveeallikate nitraadisaaste kõrvaldamiseks. Esmane eesmärk oli hinnata NO3− eemaldamise tõhusust põhjaveest (madala süsinikühendite sisaldusega vesi), eriti keskendudes selle likvideerimisele pideva vooluga reaktoris pärast perioodilist režiimi. Pideva vooluga töötamise ajal tuvastas uuring positiivse seose ammooniumi ja nitraadi kontsentratsioonide vahel reaktoris, kusjuures täheldati ammooniumi kontsentratsiooni suurenemist. Nimelt langes ammooniumi maksimaalne kontsentratsioon 0,94 mg/l kokku minimaalse nitraadieemalduskiirusega vahelduvate pauside ajal. Täheldati ka muutusi orgaanilise süsiniku kontsentratsioonis seoses mikroobide biomassiga. Temperatuur jäi denitrifitseerivate bakterite jaoks optimaalsesse vahemikku (23–30 °C). Reaktori efektiivsus varieerus sõltuvalt nitraadi kontsentratsioonist sisendvees, langedes kõrgemate kontsentratsioonide korral. Optimaalne kontsentratsioon oli 100 mg/l nitraati vees, saavutades 98% efektiivsuse; kontsentratsiooni 150 mg/l juures oli eemaldusefektiivsus 71%. Vaatamata väljakutsetele puhastas reaktor kontsentratsioone ka kuni 250 mg/l. Reaktor toimis väga hästi madalamatel kontsentratsioonidel. Ka mittekasutamise ajal säilitas reaktor efektiivsuse 80%, mis viitab töökindlusele isegi perioodiliselt mittekasutades reaktorit. Pikaajalise seire käigus selgus, et reaktor säilitas vähemalt 80% puhastusefektiivsuse peaaegu kogu uurimisperioodi jooksul.
Kirjeldus
Master`s Thesis
Environmental Governance and Adaptation to Climate Change
Märksõnad
magistritööd, master thesis, water treatment, bioelectrochemical systems, nitrate, denitrification, dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA), Green University (thesis is related to EMÜ Green University iniciative's aims), food safety, organic food