建設パイライト系混成栄養脱窒システムにおける二次排水からの硝酸塩とリンの同期除去の性能とメカニズム

Performance and mechanism of synchronous nitrate and phosphorus removal in constructed pyrite-based mixotrophic denitrification system from secondary effluent.

• Wen Zhang
• Fuyang Huang
• Weiwu Hu

抄録

二次排水からのNとPの同時除去を目的として、パイライトと残留有機物を共電子供与体として用いたパイライト系混合栄養脱窒システムの性能とプロセスを検討した。その結果、リン酸塩61.80±3.26%及び硝酸塩99.99±0.01%が除去され、得られた硝酸塩除去率定数は2.09日であり、パイライト系自己栄養脱窒(PAD)システムの報告値(0.95日)を大きく上回る結果となった。PO-Pの除去は主に鉄とFePOの化学的沈殿によって達成され、硝酸塩及びアンモニウムの初期濃度とは無関係であった。ハイスループット16S rRNA遺伝子配列解析の結果、混栄養環境下では従属栄養性脱窒剤と自栄養性脱窒剤が共存していることが示された。脱窒過程は、炭素バランスと硫酸塩蓄積量の計算により2段階に分けることができた。(a)硝酸塩は12〜36時間の間に従属栄養的に主に還元され、(b)硝酸塩は36時間後に自己栄養的に還元された。その結果、従属栄養的な脱窒の割合は58.17±3.78%であり、アンモニウム濃度が高いほど促進されていた。これらの知見は、混成栄養脱窒プロセスを理解し、二次排水からNとPを同時に除去する費用対効果の高い技術を開発する上で有用であると考えられる。グラフィカルアブストラクト。

The performance and process of the constructed pyrite-based mixotrophic denitrification (POMD) system using pyrite and residual organic matters as the co-electron donors were investigated for simultaneous removal of N and P from secondary effluent. After the batch experiments, 61.80 ± 3.26% of phosphate and 99.99 ± 0.01% of nitrate were removed, and the obtained nitrate removal rate constant can reach 2.09 days in POMD system, which was significantly superior to that reported (0.95 day) in pyrite-based autotrophic denitrification (PAD) system. PO-P removal was mainly achieved via chemical precipitation as FePO with iron, and it was irrelevant with the initial nitrate and ammonium concentrations. High-throughput 16S rRNA gene sequencing analysis showed the coexistence of heterotrophic and autotrophic denitrifiers in the mixotrophic environment. The denitrification process could be divided into two stages according to the carbon balance and calculation of sulfate accumulation: (a) nitrate was mainly reduced heterotrophically during 12-36 h and (b) nitrate was reduced autotrophically after 36 h. The calculated proportion of heterotrophic denitrification was 58.17 ± 3.78%, which was promoted by a higher ammonium concentration. These findings are likely to be useful in understanding the mixotrophic denitrification process and developing a cost-effective technology to simultaneously remove N and P from secondary effluent. Graphical abstract.