植物修复的氮作为绿色化学污水处理系统

文摘

但值得一提的是,据报道,废水中氨氮污染对环境构成了巨大威胁。虽然有几种常规技术被用来治理废水中氨氮污染,它们不是可持续且经济有效的。沿着这条线,当前的研究旨在强调绿色化学的意义特征的植物修复氮废水处理。值得注意的是,氨氮可以发现在许多类型的来源和它对环境带来不良影响。因此,目前的研究还回顾了植物修复的氮和描述其绿色化学特点。此外,不同类型的废水污染物及其对植物修复、植物修复的影响考虑在废水处理的应用和可持续的废物管理综述了水生植物收割。最后,本研究介绍了植物修复的未来展望。回顾的基础上,可以得出结论:绿色化学特点的植物修复氮已经证明它是相对于其他现有氨氮可持续且经济有效的修复技术。因此,可以推断更便宜、更环保氨氮技术可以实现污水处理利用植物修复。

1。介绍

氨氮的废水污染物,可以发现在许多类型的废水。过多的氨氮在水体可能会导致富营养化,导致过度的植物和藻类的增长和衰减,并导致恶化的水质1]。值得注意的是,海藻可能限制光渗透。另一方面,在水体富营养化促进缺氧,导致不愉快的和有害气体,危及鱼类和无脊椎动物(1]。到目前为止,有一些现在的方法被用于去除废水中的氨氮。氨氮可以通过传统的空气汽提塔,只能去除氨氮约60%至90%。然而,应该注意的是,这一过程需要使用化学品的pH值控制,因此实施更高的治疗费用和lime-related操作和维护问题。除了传统的空气汽提塔、氨氮也可以删除断点氯化。这个过程能够去除氨氮的90%到100%,但是它生成高氯残留和非常有害的水生生物。此外,它需要仔细的pH值的控制,以防止三氯化氮气体的形成。

迄今为止,植物修复被认为是一种最经济可行的、可持续的和可负担得起的技术。这是由于这样的事实:plants-based系统在植物修复和微生物过程是利用以减少污染物在自然2]。它是一种原位修复技术,这是生态友好和太阳能相关的清理技术2]。值得注意的是植物修复是一个绿色化学过程提供一个可持续的替代和具有成本效益的技术与传统工业三级污水处理氨氮净化技术。因此,本研究旨在强调绿色化学的意义特点和植物修复的可持续性为废水处理氮修复。

2。氨氮:资源和环境的影响

氨是无色气体,展现一种刺鼻的气味在环境温度和压力。它的主要成分是国内废水浓度。它很溶于水,存在于电离平衡氨(NH3)和电离在水中氨氮(NH4 +)物种(3]。许多研究表明,总氨的毒性是由工会NH的影响造成的₃(3]。总氨通常被称为氨和铵浓度的总和4]。铵离子是一个重要的元素,它是需要植物的增长。值得注意的是,氨进入环境的城市,农业,工业,也自然的活动5]。同时,氨进入环境从自然资源由于有机废物的降解,与大气中气体交换,动物粪便,固氮作用[6]。有两种类型的来源对氨进入环境,即点和非点源的来源。点源排放和废水的氨得到不同类型的工厂。另一方面,从农业非点源的氨的来源是,住宅,市政,和大气释放6]。

在水中氨氮的存在导致的环境问题,如表面水的富营养化,生态系统的变化,以及酸化(43]。在水生富营养化,氨氮作为氮源,生产所需的硝酸盐。高浓度的硝酸盐和氨的水体可能导致有毒环境,可能导致缺氧环境造成硝化过程。严重的富营养化可能导致缺氧条件下,这是一个死区,没有水生生物可以生存43]。

3所示。植物修复的氨氮

植物利用氮包括几个步骤包括吸收、同化和易位44]。氮的吸收主要三种形式,即,硝酸离子,尿素,铵离子。一旦氨存在于植物细胞,它是纳入蛋白质通过生化反应和其他有机组合。然而,只有融入的铵离子有机分子在植物组织中通过酶促过程(44]。铵和硝酸离子是植物生长和氮的主要来源是必要的在较大的数量比其他矿物营养素。硝酸相比,被植物吸收铵更快(45]。这是由于较低的能量要求铵离子的吸收和同化与硝酸离子(46]。应该注意,铵离子可以直接被植物的根吸收或硝酸根离子减少的结果,它是进一步融入酰胺氨基谷氨酰胺合成酶和谷氨酰胺的随后,谷氨酸,谷氨酸合酶。这两个酶导致大部分的铵离子的同化(44]。值得注意的是,铵离子是有毒的和不允许被存储在植物。因此,铵离子是氧化硝酸盐离子,吸收产生氨基酸,或转化为酰胺(47]。

植物吸收铵离子时,释放一个氢离子在中解决方案。随着时间的推移,氨氮的吸收可能会增加氢离子浓度,因此降低生长介质pH值。然而,增加铵在植物吸收和存储可能会导致细胞损伤,进一步导致细胞死亡(48]。铵离子被植物的根吸收。根系的氮吸收取决于整个植物的氮的需求和依赖于氮需求增长。植物的氮饥饿几天可能导致增加的能力吸收铵(48]。

4所示。植物修复的绿色化学特征

绿色化学是指化学产品和工艺,减少或防止有害物质的生产。绿色化学的应用不仅造福环境,但也导致创新和增强经济(49]。在植物修复,只有植物所需的修复过程。应该注意的是,植物修复过程的氨氮具有绿色化学的特点,如没有化学物质的使用,节能,安全的反应条件与传统的氨的修复技术。

4.1。没有化学的使用

相比传统的氨氮修复技术、植物修复过程不需要化学的使用。所需的化学物质传统氨的补救技术可能会增加额外的运营成本。这成本被认为是一个损失,因为它不会增加公司的利润。值得注意的是,不需要化学植物修复过程。植物自然吸收铵离子的废水来支持经济增长。除此之外,用于植物修复的植物可再生原料,减少艾滋病对气候变化的二氧化碳的固定50]。现有的氨氮和化学修复技术和植物修复所需的每个过程展示在表1。

Ferraz et al。(2013)采用石灰和氢氧化钙粉提高渗滤液的pH值至11氨汽提、氨汽提塔的减少88%的初始棕褐色的pH值11渗滤液浓度(7]。然而,碳酸钙垢的形成导致减少氨剥离性能(51]。维奥蒂和Gavasci(2014)显示,进步比例降低了氨去除效率18%的氨汽提塔(51]。值得注意的是利用的氨氮去除的离子交换再生剂再生的斜发沸石。有趣的是,再生所需的化学品的成本,这是由离子交换过程的成本的主要部分(8]。至于取消使用断点氯化氨氮,氯气和石灰。化学物质的总成本为300 MGD断点氯化15 mg / L的氨氮影响工厂1.47美分/ 1000 L的废水(9]。蒙多et al。(2007)用硫酸钠和氯化钾作为猪的粪便的电渗析的电解质氨回收(10]。值得注意的是,植物修复不需要在修复过程中化学物质的使用,这可以节省公司的运营成本。很容易对水生植物培养的股票由于其快速生长和繁殖。

4.2。减少能源消耗

至于污水处理厂,能源消耗是常与污染物的类型和负载的数量。平均而言,营养物去除技术具有更高的能源强度(52]。值得注意的是,植物修复是一种太阳能驱动的技术,因此,只有来自太阳光的能量是植物修复所需的过程。阳光能源可以找到丰富的一年四季,尤其是在热带气候的国家。应该注意的是,植物修复提供了一个相对较低的能耗比其他现有的氨氮修复技术。表2表示比较的能耗不同类型技术的氨氮。

4.3。固有的安全过程

一些传统的氨氮清理技术相比,植物修复安全反应和降低风险。植物修复提供了一种替代方法来治理氨氮通过使用环保生物质而不是化学物质,导致健康危害等潜在风险,化学反应的危险,火灾和爆炸危险,和环境危害。表3指出了传统氨氮的利用率带来的潜在风险清理技术。

许多风险评估研究报告事故氨与许多学科(53]。Campos et al。(2013)在他们的研究评价的pH值,在空气剥离过程中碱度、温度对氨去除垃圾渗滤液从沸腾产生的氨气从氨汽提在酸中和[15]。除此之外,断点氯化可能导致三氯化氮的生成,这是一个爆炸性气体。Okado et al。(2014)在他们的研究报告的分析爆炸事故中三氯化氮的废液含有铵离子和铂黑的爆炸废液是由于氮的生成氯(16]。值得注意的是,没有与植物修复相关的潜在风险,生物硝化作用和离子交换过程。

5。废水污染物和植物修复性能的影响

值得强调的是,植物修复的成功申请工业三级污水处理,特别是对氮移除,高度依赖三级污水废水的特点。工业废水是由各种各样的污染物,这可能会导致水生植物毒性。废水中的有毒污染物的存在会抑制植物的生长,这可能会影响水生植物在医治废水的性能。根据克拉克和鲍德温(2002),不同的公差氨浓度表现出了不同类型的水生植物,他们得出的结论是,可以提高植物修复的有效性通过选择高的水生植物的宽容废水中的氨水平(54]。除此之外,水生植物的耐受性不同类型的污染物的废水也会影响氨氮去除效率。根据陆et al .(2004),减少增长可以观察到植物重金属胁迫下(18]。除此之外,接触重金属废水也会抑制植物的生长(55]。值得注意的是,宽容的水平在不同类型的水生植物在不同氨氮浓度和其他常见废水污染物被一些研究人员研究。表4一些研究显示进行公差的几个水生植物用于植物修复与不同类型的污染物。

如表所示4,不同类型的水生植物有不同的公差与不同类型的废水污染物。Eichhornia凤眼莲似乎是最有前途的水生植物之一高等工业废水由于其高公差与广泛的废水污染物。值得注意的是,高耐大多数重金属和高耐高氨氮浓度。

6。植物修复污水处理应用程序的考虑

植物修复的重要参数必须考虑,以确保植物修复过程的效率。中最重要的参数是水生植物物种,盐度、温度和pH值。

6.1。水生植物物种

迄今为止,许多研究已经进行氨氮吸收与不同类型的大型植物物种进行废水处理。在确定大型植物物种的适应性为植物修复被利用,铵的速度被植物吸收和同化这些营养素为植物生物量是至关重要的。生成的植物可以利用作为一个指标来估算植物的营养吸收能力(56]。表4显示列表中使用的大型植物不同的植物修复研究氨氮。然而,水生植物对不同类型的废水的适用性取决于不同类型的水生植物宽容废水中的污染物如表所示4。

6.2。盐度

盐度的影响强调水生植物可能大大影响水生植物的生长和繁殖。不同类型的水生植物物种有不同的公差范围。根据哈勒et al .(1974),水生植物对盐度的宽容可能会影响他们的性能在水处理由于减少蒸腾作用和总干重与更高层次的盐度和死亡(57]。根据哈勒et al . (1974), large-leaved浮动物种是最容易受到盐度,而水下物种可能容忍高盐度large-leaved相比,和小叶的物种是最脆弱的57]。根据一项由陆(2009),盐度对植物干重有显著的影响(58]。这是由于这样的事实,更多的新个体体积小工厂可能不会弥补生物量减少由于抑制营养生长在高盐度水平(58]。值得注意的是,这种高盐度水平抑制水生植物水吸收减少水的渗透势。哈勒et al。(1994)观察到水浮莲stratiotes和Eichhornia凤眼莲可能影响低矿化度,分别约10%和13.32% [57]。此外,陆(2009)观察到水浮莲stratiotes干物质产量在1766年减少了大约30%μ年代厘米⁻¹(58]。另一方面,帕斯卡尔et al。(1997)观察到,生物质生产在高盐度抑制(59]。

6.3。温度

水生植物在植物修复的性能随温度(60]。这是由于这样的事实:植物的植物修复性能依赖于植物的生长。温度是一种最重要的生态因子,影响某一大型植物物种的生产力。大多数水生植物能生长良好的温度之间20°C和30°C和抑制增长10°C的温度低于[61年]。沙et al。(2013)研究了三种水生植物的性能,其中包括Eichhornia凤眼莲,浮萍属小,水浮莲stratiotes关于BOD5去除。发现三种水生植物的生长的最适温度范围15°C和38°C (60]。然而,不同种类的水生植物可以用于冷天气。Reddy和塔克(1985)说积雪草的可以成功地生长在凉爽的季节,可以用来取代吗Eichhornia凤眼莲基于氮废水处理系统(62年]。

6.4。pH值

废水pH值可能会影响性能的水生植物在医治氨氮。沙et al。(2014)报道,6 - 9的pH值是最有利治疗废水利用水生植物(60]。El-Gendy et al。(2004)在他们的研究中使用Eichhornia凤眼莲,水浮莲stratiotes,浮萍属小解决城市污水和报道,最优增长Eichhornia凤眼莲是763年]。然而,它可以承受pH值从4到10 (63年]。

7所示。收获水生植物

应该注意的是,关于植物修复的主要问题是这一过程产生的大量的生物质。最有效的除氨氮处理的最后收获水生植被周期。未能收获水生植物的收割时期可能导致释放存储回废水氨氮。

7.1。水生植物生物量产量

水生植物营养条件下生成大量的生物质(64年]。预测将生成的垃圾数量,biomass-generated数据的数量是至关重要的。另外,这个初步的数据是很重要的在选择植物修复的最适当的废物管理技术。值得注意的是,不同类型的水生植物有不同的生物质产量表现出表5。

基于表5,Eichhornia凤眼莲最大年度生物质产量最高为0.0106 t干wt m²年⁻¹和浮萍属小最大年度生物质产量最低为0.0008 t干wt m²年⁻¹。值得注意的是,成功的污水处理系统通过利用水生植物也由其增长率。根据园林路(2002),在低到中等养分浓度,生物质发电正比于营养供应(56]。

7.2。收获时期

值得强调的是,常规的水生植物收获是至关重要的,以防止释放存储回废水氨氮。因此,一个精心策划的收获进度是至关重要的,以确保一个有效的氨氮去除。表6显示了叶片寿命的不同类型的水生植物。

一些水生植物的叶片寿命是影响溶解无机氮浓度。土屋和Iwakuma(1993)看出营养水平可能会影响叶片的使用寿命Hydrocharis dubial . (40]。他们的研究结果表明,叶片的寿命相对较长在低浓度的营养40]。(1989)表明,土屋叶片的使用寿命Trapa•在较高的养分浓度(即缩短。在30毫克N / L) (41]。值得注意的是,“希克斯(1982)呼应,叶寿命与养分有效性(65年]。Eichhorna凤眼莲寿命最长的叶子,是35天。这两个Spirodela polyrhiza和Wolffia北欧化工叶寿命最低,这是12天。应该注意的是,水生大型植物的叶片寿命越短,越频繁,收获水生植物。然而,水生植物的叶片寿命也取决于废水的特点,这是非常敏感的重金属暴露(如表所示4)。

8。收获水生植物的可持续管理

Seadon(2010)指出,一个可持续的废物管理集成反馈循环,避免废物处理(66年]。水生植物是一种有机物质,可以被分解,可以转化为增值产品。

8.1。沼气

沼气是一种环保清洁燃料,产生的有机废物的厌氧消化67年]。可以使用沼气,水生植物由于其高碳氮比和可发酵的物质的含量高68年]。水生植物,如Eichhornia凤眼莲,Trapa•,香蒲latifolia,Salvinia molesta,浮萍属小,水浮莲stratiotes,可以生成高沼气产量和容易被分解([69年- - - - - -73年])。Ngoju et al。(2015)说Eichhornia凤眼莲可能是一个潜在的沼气原料。同时,他们发现产生的沼气Eichhornia凤眼莲原料由49 - 53%的甲烷,30 - 34%的二氧化碳,氮5 - 6%,相对少量的硫化氢(74年]。另一方面,从水生植物生物质沼气产量影响因素包括粒度、挥发性固体含量、植物成分(即。、氮、碳和磷),微量营养物质,和培养液体积(74年]。根据Kathusi(2016),产生的沼气收获水生植物有潜力成为一个有效的策略在减少环境问题关于气候变化,植物修复,富营养化,酸化,和水污染75年]。除此之外,Kathusi(2016)还得出结论,沼气生产从收获水生植物是商业潜力和可持续76年]。时et al。(2007)看出从生成的沼气Eichhornia凤眼莲和Trapa•生长在黄铜和电镀行业废水相对较高是由于各种污染物的存在作为水生植物的微量元素。他们发现,水生植物生长在污染废水增加从浪费能源的经济上的成功77年]。

8.2。Vermicompost

微生物的产物变性的有机废物利用蚯蚓被称为vermicompost。Vermicompost是发现丰富的营养物质78年]。伯纳尔和埃尔南德斯(2016)显示,vermicompostEichhornia凤眼莲可以作为有机肥料或土壤增强剂,因为它富含营养79年]。此外,vermicompost从Eichhornia凤眼莲可以节约;它可以用于生产散装vermicompost通过使用高效的方法,对vermicomposting与蚯蚓的数量高于反应堆提出迄今为止(78年]。Kostecka和Kaniuczak(2008)发现浮萍属小vermicompost与良好的粒状结构(无臭80年]。一个高效的vermicompostingSalvinia molesta以“高效”vermicompost技术使用Eudrilus eugeniae由Gajalakshmi et al。(2014)可以用于vermicomposting是更快和经济78年]。Mishra et al。(2016)发现,指出水生植物生物量vermicompost是有效的和环保的可持续农业(81年]。在使用的水生植物Mishra et al。(2016)红萍microphylla,水浮莲stratiotes, Salvinia cucullata, Salvinia molesta(81年]。根据Tereshchenko Akimova(2014),就业的Eichhornia凤眼莲vermicomposting有助于提高生物参数在一个14天的实验,甚至审判水葫芦生物量生长在重金属污染的废水(82年]。此外,他们建议vermicompost重金属拉登Eichhornia凤眼莲可以用作城市绿化土壤和康复技术干扰网站(82年]。因此,vermicomposting可以可持续收获水生植物的可持续管理的工具。

8.3。造纸

值得注意的是水生植物与水的特点,适当的纸浆由于其高含水量(83年]。Bidin et al。(2015)报道,水生植物,即芦苇grossus,香附子,香蒲angustifolia可用于造纸由于其纤维特性、化学成分、物理性能(84年]。他和Saikia:(1994)得出结论Eichhornia凤眼莲果肉可以防油纸的理想原料生产,当它与竹浆混合(85年]。此外,托马斯和房间(1986)报告说Salvinia molesta适用于造纸(86年]。尽管如此,研究人员认为,还需要更多的研究与工业应用方面,以确保这一过程的可持续性。

8.4。生物炭

生物炭是由富含碳的物质产生的有机废物(87年]。米兰达et al。(2014)调查的潜在收获的生物量l . punctata伊乐藻属植物,Marsilea从富硒废水为原料来生产生物炭的使用热解技术(88年]。他们发现热解的产物浮萍属小可以转化成汽油和柴油88年]。除此之外,Masto et al。(2013)报道,生物炭Eichhornia凤眼莲可以利用土壤质量修正案(89年]。通过将收获水生植物生物量生长在重金属污染的废水通过热解,积累重金属可以封闭安全固体部分的字符。可持续的废物管理的汇总时收获水生植物可以总结在图1。

9。未来的角度

至于传统氨氮净化技术,植物修复为三级工业废水处理提供了可持续的选择。因此,更需要提高其效率的工业应用是至关重要的因为它是环保和成本效益。然而,植物修复是需要耗费时间和空间,因为大的表面积以保留废水。因此,研究专注于植物修复反应堆的发展,这可能降低废水的表面积更大卷和保留时间长,被认为是必要的。除此之外,值得注意的是,植物修复独立系统是一个低效率的和费时的过程。因此,研究人员认为,混合动力系统的植物修复有潜力提高植物修复的效率。Putra et al。(2015)在他们的研究中“删除使用EAPR铅和铜污染的水系统和被水吸收生菜(水浮莲Stratiotesl .)”报道,整个金属在植物吸收系统是更高EAPR制度下相比,植物修复过程(90年]。Putra et al。(2015)得出结论,实验的初步结果显示,创建一个便宜的有前景的结果,electroassisted环保混合动力系统和植物修复系统修复的铅和铜污染的废水(90年]。因此,更多的研究和创新植物修复不同类型的混合动力系统在提高效率和可靠性的绿色修复技术对不同类型的废水污染物是必要的。

10。结论

基于本研究的结果,可以得出结论,通过利用水生植物修复的氮大型植物具有绿色化学特点。此外,事实证明,植物修复是可持续的和具有成本效益的绿色化学特点与其他现有氨氮修复技术。除此之外,Eichhornia凤眼莲似乎是最有前途的一个水生植物污水处理由于其高公差与广泛的废水污染物。然而,几个参数被认为需要考虑,以确保氨氮的植物修复的效率。除此之外,适当的方法去除的收获还应该考虑大型植物,以确保植物修复过程的可持续性。收获水生植物转化为沼气和vermicompost可以有前途的技术,一个可持续的废物管理的植物修复过程证明了几个研究人员。然而,还需要更多的研究转换的水生植物为造纸原料和生物炭。值得注意的是,植物修复的混合动力系统废水处理可能是一个流行趋势在不久的将来由于其在医治废水的成本有效性和效率提高。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关这篇文章的出版。

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