האתגר של ניטראט וניטטקס ב-Agricultural Runoff

החקלאות המודרנית מסתמכת רבות על דשנים מבוססי חנקן כדי להגביר את היבולים.עם זאת, חלק משמעותי של חנקן בלוטת התריס אינו נלקח על ידי צמחים.באמצעות צנרת ומשטח, ניטראטים (NOFLT:03FLT:1cio) ו- 10 מ"ג'ימ"ל (Llowicial) ו-#87) ו-Lites) ניטארי (Niltial Defind) EPA) לנטרל את רמות טיפול סביבתיות.

מדוע שיטות מסורתיות נופלות קצרות

מבחינה היסטורית, הפלט החקלאי היה מנוהל באמצעות דילול, תנופה טבעית באיור או רטובות, וסינון בסיסי באמצעות חול או קברל, בעוד שיטות אלה להפחית ריכוזים שיא, הם לעתים רחוקות מספיקים כדי לעמוד בסטנדרטים רגולטוריים. דילול פשוט להפיץ את העומס המזוגן; זה עדיין לא מבטל את קצבה טבעית באמצעות פעילות מיקרוביאלית באדמה ומשקעים איטי מדי עבור תופעות לוואי בלתי צפויות.

הערכה ביולוגית מתקדמת

מעבדים מכניזם

טיהור ביולוגי הוא תהליך מיקרוביאלי טבעי שבו חיידקים אנירוביים facultative להשתמש ניטריט כמו מקבל אלקטרוני בהיעדר חמצן, הפחתת זה צעד חכם לניטטקס, תחמוצת חנקנית, Nitrous oxide, ולבסוף גז חנקן מזיק (NLT:02FLT:1), גז זה נמלט לאטמוספירה, להשלים את התצורה של חנקן (אונקמי) על ידי חנקן (nol) או מינרלים (NVal) הוא נוזל (NVal) הוא נוזל; כולל חנקן (NPR) הוא נוזל; 02FLT:02FLT:1 חנקן) הוא נוזל; כולל חנקן (N) או RET) הוא נוזל; 000) הוא נוזל; 000) או RET) מוגן) 000) הוא נוזל; 000) 000) 000) 000) 000; 000; 000; 000; 000; 000; 000) נוזל; 000; 000; 000) 000) 000 גרם; 000 גרם; 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000) 000) 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

אסטרטגיות לשיפור

כדי להפוך את denitrification מעשי עבור הפליאוף החקלאי - אשר יכול להיות dilute וקור - חוקרים פיתחו גישות משופרות. Solid-phase denitrification משתמשת מקורות פחמן איטיים כגון שבבי עץ, קש חיטה, או קורנקובס. חומרים אלה מספקים אספקת פחמן לטווח ארוך ונוכלים גם תמיכה פיזית לגידול ביופארס של וודס מותקנים מותקנים מותקנים עכשיו על החווה של צפון מערבה, והשגת חומרים אחרים.

הגבלות ותחזוקה

מערכות ביולוגיות דורשות שליטה זהירה כדי להימנע מצטברות ניטריט (ממד ביניים שיכול להיות רעיל) וכדי למנוע ייצור של תחמוצת ניטרי (NIRFLT:0) 0 (2IRFLT:1O), גז חממה חזק.התיכוני זרימה גבוהים במהלך הסערה יכולים לשטוף את הביומסה, בעוד טמפרטורות נמוכות איטיות איטיות איטיות יותר ניטור קבוע ומחזור מחזורי של תת-פח פחמן להוסיף עלויות תפעוליות.

Ion Exchange Systems

Revenation and Regeneration

החלפת Ion (IX) משתמשת בישבן סינתטי נושאים קבוצות פונקציונליות המסוגלות להחליף ions עם המים הסובבים.עבור הסרת ניטריט, התחדשות של יון בסיס חזק (בדרך כלל קבוצות אמוניום quaternary) מועדות בשל הניסלקציה הגבוהה שלהם עבור ניטראט מעל סולפט ו דוקרבן.התהליך הוא פשוט: מים זורמים דרך עמודה, שבו יש צורך מוחלש, ונוף זה הופך להיות מרוכז כל כך על ידי נזלת, כאשר הוא מוחלש, הוא לעתים קרובות.

בקשה ל-Agricultural Runoff

חילופי Ion מתאים היטב למתקנים בקנה מידה בינוני, כגון טיפול ניקוז משדה יחיד או חממה. זה יכול להשיג יעילות גבוהה מאוד ( >95%) אפילו ריכוזים ניטריים נמוכים (5-20 מ"ג / L) התקדמות לאחרונה כוללת את הפיתוח של רטיקול סלקטיביים כי להפחית את התחרות מ sulfate ולהגדיל את רמות הפחתת השימוש ב- IX רק כדי לשפר את רמות הניהול שלהם.

המונחים: Brine

ההשפעה הסביבתית של שחרור חריף היא שיקול קריטי.לטעון גבוה של מים על פני השטח אסור בדרך כלל בשל רעילות לחיים מימיים.אפשרויות לניהול בר-קיימא כוללות ניתוק ביולוגי של הין עם תוספת פחמן, חמצון אלקטרוכימי של הניטראט, או שימוש בגלולה ביישומים שאינם ניתנים להשגה (למשל, דיכוי מים מתמשך) אך ורק לפסולת מזון צמחי (LDL) זה נשאר קבוע (D) לפסולת) אך ורק לפסולת מזון צמחייה).

ניכוי אלקטרו-כימי

עקרונות ו- Catalysts

הפחתת אלקטרוכימי חלה זרם ישיר על פני אלקטרודות שקועות במים זורמים. at the Cathode, nitrate מופחת to חנק גז (או לפעמים ammonia) באמצעות סדרה של מדרגות העברת אלקטרונים.היעילות וסלקטיביות תלויה במידה רבה בחומר קטוודה.Coper, tin, tin, ו- bimetallic (למשל, Pd-Cu-Zn) עבור פעילות דלקת מפרקים נוספת (Nicicial) של דלקת מפרקים (N) אשר בדרך כלל שימוש ב-Falated) של טיפול תרופתי (Ricialicialicial Retraicial) (Ricial) (Ricial Retradicial Retradicial) (Ricial Retradicial Retradicial Retradicial Relicial Retradicial Retrad) (Ricial Relicial Retramicial Relicial Retrad) (D) (Ricial Retrad) (Riciald) (Ricial Retramicial Retrad) (למשל, כולל תגובה) (Ricial Retrad) (Ricial cunicial Retrad

יציבות ואנרגיה

מחקרים בקנה מידה מעבדה מדווחים על שיעורי הסרה של 90-99% עם צריכת אנרגיה החל מ 5 עד 30 קילו של nitrate-nitrogen הוסרו.עבור זרימת ניקוז חקלאית טיפוסית של 10 L /s וריכוז של 15 מ"ג / L NOFreaLT:03FLT:1-N, זה מתורגם בערך 5-30 קילוואט של כוח מתמשך - עומס פוטנציאלי אך עשוי להיות מוגבל עם התקדמות אלקטרודות לאחרונה, כולל שיפור אנרגיה מתחדשת 3D.

מחקרים ואתגרים מעשיים

כמה מערכות בקנה מידה טייס נבדקו בהולנד וארצות הברית.לדוגמה, משפט שדה באמצעות ערימה של אלקטרודות שטוחה בתצורה של זרימה מושגת באמצעות הסרת ניטראט 80% בזמן שימור הידראולי של 30 דקות. אתגרים כוללים אלקטרודה על ידי חומר אורגני ורמת על ידי סידן / מנסיום precipitates, אשר להפחית את היעילות לאורך זמן של זמן רב של עודף אלקטרו-חמצני, אך ניתן להפעיל כימיקלים באופן מיידי, אך ורק על ידי הסרת מים אלקטרו-חמצני, ללא תופעות לוואי אלקטרו-חמצני, אך ורק על-ידי חומר כימי, ללא תופעות לוואי אלקטרו-חמצני, אך ורק בתנאי המשתנים, אך ורקמותרפיטריאלימיים, עם זאת, ללא תופעות אלקטרו-מחדש, ללא תופעות אלקטרו-חמצני, עם זאת, ניתן להוסיף את המורכבות פיזית, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, 000 אלקטרו-חמצני, 000 אלקטרו-ידי שימוש בטמפרטורות אלקטרו-ידי חומר כימיות, ללא תופעות לוואי אלקטרו-חמצני, עם חומרים אלקטרו-מחדשניים (מחדשניים (מחדשניים (מחדשניים).

טכנולוגיות מתפתחות וטכנולוגיות היברידיות

Membrane Filtration (Reverse Osmosis ו-Nanofiltration)

osmosis הפוכה (RO) וננומטריה (NF) להשתמש membranes למחצה כדי לדחות חנקות מתמוסס, כולל nitrate ו nitrite. RO משיג > 90% אבל דורש לחץ גבוה (10–30 בר), יצירת זרם דח מרוכז כי יש לנהל לחץ נמוך יותר, אבל ייתכן שיש להוריד ניטראט (60-8) תלוי בצריכת אנרגיה נמוכה יותר, אך היא נמוכה יותר נמוכה יותר.

ננוטכנולוגיה

מודעות מבוססות ננו-חומריות וזרזים מראים הבטחה להסרת ניטריטסלקטיבית.לדוגמה, nanoscale Zero-valent Iron (nZVI) מפחיתה את הניטראט לאמונאלי או NreaFLT:02uaFLT תנאים עם פעילות גבוהה עקב שטח השטח הגדול שלה.עם זאת, nZVI נוטה לצבור יציבות ומחמצן במהירות במים, הדורשים אינטראקציות אלקטרו-דלקתיות (NT) עם יכולות אלקטרו-דלקתיות ארוכות-מדבקות (DVic).

Wetlands נבנה עם Bioaugment

(FWS) וזרימת תת-קרקעית בנויות רטובות מבוססות שיטות ניהול הטובות ביותר עבור ריצה חקלאית (FWS) על ידי השתילה צמחייה עולה (קטפרטים, ריבים), ושמירה על שכבת פחמן עשירה של שבבי עץ או אפונה, רטובים יכולים לתמוך בהסרה ראשונית של חיידקים (Ricronicial Reaggation) כמו LT2nance)

ניכוי Photocatalytic Reduction

(הופנה מהדף ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

ניתוח השוואתי של טכנולוגיות

בחירת הטכנולוגיה הנכונה תלויה בזרימת קצב, ריכוז ניטלי, זמינות קרקע, עלויות אנרגיה ואפשרויות לסילוק. להלן היא השוואה סיכום המבוססת על ביצועי מפתח וגורמים תפעוליים.

  • (ב) ⁇ :0) הכחשה ביולוגית: קיבולת גבוהה (התאים לזרמים גדולים); יעילות של סילוק מתונה (50-95%); עלויות תפעול נמוכות אם יש פחמן פסולת; מייצרת NIRFLT:2FLT:2FLT 3; דורש טמפרטורה זהירה ובקרת pH; סיכון של NFLT:42FLT:5O; פליטות; פליטות אדמה מתונה.
  • (ב) ⁇ :0 (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) ניכוי אלקטרו-כימיקלי: יעילות גבוהה (80-99%); תוספת כימית; מיידי על / off; צריכת אנרגיה מתונה; אלקטרודה מרעיעה; עלות הון לאלקטרודות ואספקת חשמל.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ :0) ,Utlands: FLT:1 אנרגיה נמוכה, תחזוקה נמוכה; שטח אדמה גדול; ניידות עונתית; מספר רב של שותפים.

בפועל, מערכות היברידיות - כגון ביולוגי עץ שבב ואחריו מללוט חילופי יון - הם צובר מתחנן כי הם משלבים את הסרת הרובה בעלות נמוכה של טיפול ביולוגי עם האמינות הגבוהה של IX עבור זרימת שיא. בדומה, ארץ רטובה בנוי עם תא אלקטרוכימי בלולאה רטיקול יכול לספק ביצועים עקביים לאורך כל השנה.

מחקר עתידי ומימוש

הפחתה בעלויות באמצעות אוטומציה ואנרגיה מתחדשת

אחד החסמים הגדולים ביותר לאימוץ נרחב של טכנולוגיות מתקדמות הוא הון ועלויות תפעוליות. חיישנים חכמים (הזמן האמיתי צגים ניטראט) בשילוב עם בקרת זרימה אוטומטית יכול לייעל את העשייה הכימית, זרם אלקטרודה הנוכחי, או מחזורי התחדשות, צמצום פסולת ואנרגיה. pairing אלקטרוכימי או RO עם מערכות צילום סולאריות הוא אפשרי באזורים חקלאיים עשירים השמש; הכוח יכול לשמש ישירות סוללות עודף כגון פעילות גופנית.

סקאביה ואינטגרציה ברמה הנשגבת

במקום לטפל בתחומים בודדים, מרכזי טיפול בקנה מידה מים מעוצבים היכן ניקוז מחוות מרובות נאספים ו מטופלים במתקן מרכזי.זה משפר את כלכלות של קנה מידה ומאפשר הפעלה מקצועית.המים מטופלים יכולים להיות מחולקים מחדש עבור השקיה, יצירת לולאה מזין מים מעגלי.עם זאת, גישות כאלה דורשות תכנון שימוש הקרקעי והשקעה בתשתיות איסוף.

תפקיד מדיניות ופרקטיקה ניהולית הטובה ביותר

לא טכנולוגיה אחת יכולה לפתור זיהום ניטראט בלבד.הההה חייבת להיות חלק מאסטרטגיה משולבת לניהול תזונתי הכולל יישום דיפרטרי, כיסוי יבולים, ניקוז מבוקר, ו buffers riparian buffers.The US Department of Agriculture's Natural Resources Service (NR) וסוכנויות דומות ברחבי העולם מציעים סיוע טכני ופיננסי להתקנת ביולוגיים רטובים ו-Freas, לדוגמה, ל-R.

מסקנה

ניטראט וחנקן זיהום מפלט חקלאי הוא איום מתמשך על איכות המים ובריאות הציבור. שיטות מסורתיות לא יכולות לעמוד בסטנדרטים רגולטוריים מודרניים או להתמודד עם העומסים המשתנים הקשורים לאירועים סערות.טכנולוגיות מתקדמות - סטיות ביולוגיות, חילופי יון, צמצום אלקטרוכימי, ופתרונות מתעוררים כגון סינון מים, מערכות ננוטכנולוגיה, ופוטקטיות - מעבר גבוה יותר עבור תהליכים כימיים מתקדמים, אך טיפול תרופתי, אך טיפול תרופתי, הוא שילוב יעיל של טיפול כימי, עם שיטות טיפול כימי, אך הוא טיפול תרופתי, אך הוא טיפול תרופתי, אך טיפול תרופתי, עם טמפרטורות סטנדרטיות, אך הוא שילוב.

לקריאה נוספת על גבולות רגולטוריים וטכנולוגיות טיפול, ראה את הנחיות ה-0WHO ל-Ul Quality MapFLT:1 ו-FLT:2EPA טיפול במים דוח ניהול Reuals Management ReportFLT 3.