有機汚染物質の生物学的および化学的治療の有効性

利点および限界

生物学的治療は、持続可能なものであり、最小の二次廃棄物を生成します。微生物は汚染物質の負荷を変動させるように適応することができます。しかし、それらは長期保持時間を必要とし、温度、pH、および毒性の衝撃に敏感です。多くの再発化合物は、生物学的攻撃に抵抗し、不完全な劣化と、より有毒な変形生成につながると、親化合物よりも有毒である可能性があります。 U.S.環境保護庁は、それが、多くの生物学的廃棄物処理の摂取量が発生したときに、多くのバイオマスコミが、それが、多くの廃棄物処理を補う必要があります。

化学的治療の役割

化学的治療は、有機汚染物質を急速に劣化または変形させるために反応剤を使用します。 高度な酸化プロセス(AOP)は、バイオ再発剤である化合物に特に有効です。

共通の化学的アプローチ

• []Ozonation]:オゾンは、不飽和結合を直接攻撃するか、アルカリ条件でヒドロキシラジカルを生成します。脱色と消毒のために有効です。
• フェントンプロセス]:鉄の鉄の触媒はヒドロキシル基を発生させるために酸化水素分解を触媒します。 酸性pHでよく働き、産業排水のために理想的です。
• 光触媒:UV光で活性する半導体(例えば、TiO2)は反応性酸素種を生成します。低濃度汚染物質に適しています。
• 化学酸化:陽極での直接電子転送または塩素劣化汚染物質などの酸化剤の生成; 化学的追加は必要ありません。
• 化学的削減]:ゼロ・コンパク・鉄または硫化物は、ハロゲン化物を減らし、炭素ハロゲンボンドを分解します。

強度と欠点

化学的方法は高速で、特定の化合物の高除去効率を達成することができます。それらは毒性ショックの影響を受けにくい。しかし、それらはしばしば重要なエネルギーと化学物質を消費し、副産物(例えば、オゾン化から臭化し、または塩素化から生成される)を生成し、その後の生物学的研磨なしで完全な鉱物化を達成しない可能性があります。 ]]環境科学&技術ジャーナルは、AOPを単独で調整できないことを強調表示します。

生物的および化学的処置を結合する利点

統合システムは、化学酸化の速度と生物学的劣化の軽度な条件を活用します。 相乗効果は、以下から発生します。

• 化学酸化を使用して前処理:より小さい生物分解性の中間体に複雑な分子を破壊し、毒性を減らし、生物学的利用性を改善します。例えば、オゾンは細菌にそれらにアクセスできる芳香リングを開けることができます。
• ポスト治療生物学的研磨[:残留酸化剤および副産物分解を除去し、部分的に酸化化合物を二酸化炭素および水に変換します。 これは、下流化学的要求を下げます。
• :化学の生物学的後続:場合によっては、生物学的治療が簡単に分解可能な有機物を除去し、その後、短い化学酸化は再発する分裂を処理します。 これは、化学的消費を削減します。
• シーケンシャルカップリング]:除去を最適化し、廃棄物を最小限に抑えるために、生物学的および化学反応器間のストリームをリサイクルします。例えば、オゾンは、禁断化合物の蓄積を防ぐ間、バイオマス活性を維持するために断続的に投与することができます。

水研究]に公表された研究は、生物学活性炭(BAC)ろ過によるオゾン化を統合することで、マイクロ汚染物質の90%以上を除去し、単独で50-70%と比較して、エネルギーコストを削減するという実証実験をしています。

ケーススタディとケーススタディ

事例1: 医薬品廃水

病院排水処理の本格的な植物がフェントン前処理ステップを踏襲し、膜バイオリアクター(MBR)が続きます。複合システムは、抗生物質の95%と総有機炭素(TOC)の85%を取り除き、生物学的段階の処理は副産物で残っています。対照的に、MBRは単独で、阻害作用による60%抗生物質除去しか達成されません。

事例2:農薬汚染土壌

有機塩素農薬を配合した土壌は、電気化学酸化ステップ(ホロンドープダイヤモンド陽極を使用)を2時間使用し、その後、で絶縁された。 プセドモナスコンソーシアム。 30日後に、DDTとリンダの98%が劣化し、生物学的治療だけで70%、化学単独で80%に比べました。 化学的前処理土壌活性剤は、微生物を低減しました。

ケーススタディ3:織物染料の流出剤

アリゾ染料を含む繊維廃水は、光触媒作用(TiO[[_]]2]/UV]を1時間保存し、有酸素移動ベッドバイオフィルム原子炉(MBBR)を追従しました。 色の除去は99%およびCODの取り外し92%で、光触媒作用中に形成された生物学的ステップミネラル化の芳香アミン。 結合プロセスは、同じ効果品質のための光触媒を使用するよりも40%のエネルギーを使用しました。

ラボスケール比較

50件の研究のメタアナリシスは、生物学的化学的システムが平均30%の高い汚染物質除去と20%の低い操業コストで単一のプロセスと比較して達成していることがわかりました。 相乗効果は、水とバイオマス間の分割をした、ログK_]ow[と化合物の最も顕著です。

チャレンジと未来の方向性

製品の管理と毒性

化学酸化は、親化合物よりも有毒である中間体を生成できます(例えば、臭化物が豊富な水のオゾン化から副産物によって臭化される)。 生物学的後処理は、これらの劣化を慎重に設計する必要があります。 毒性のリアルタイム監視(例えば、バイオルーメンセンスアッセイを使用して)プロセス制御を誘導することができます。

反応条件の最適化

結合されたシステムは生物活動を維持するためにpH、温度、酸素および酸化剤の適量のバランスをとることを要求します。例えば、フェントンプロセスからの残留水素の過酸化物は癒やされない場合細菌を禁じることができます。時された化学投薬を用いるバッチ原子炉を配列することはこれに対処するために開発されています。

コストとスケールアップ

専門機器(オゾン発生器、UV反応器など)の統合により、資本コストが増加します。しかし、ライフサイクル分析では、化学使用量を削減し、スループットが増加するという結果、これらの費用は2-5年以内にオフセットできます。モバイル処理ユニットやモジュール設計は、分散型アプリケーション向けに新興しています。

スマートインテグレーションと制御

マシン学習アルゴリズムは、影響力のある品質に基づいて、最適な化学的投与量と生物学的接触時間を予測することができます。欧州のパイロットプロジェクトは、オンラインセンサー(例えば、UV吸収、COD、毒性)を使用して、生物学的および化学的フェーズ間で自動的に切り替え、エネルギー消費を30%削減します。

新興技術

• 酵素治療]: 反応性ラッカーケースや過酸化酵素は、過酷な条件なしで反応性種を生成し、軽度の化学代替として使用することができます。
• エレクトロ・バイオオロアメディション: 低い電気分野は微生物活性を刺激するか、または土壌および地下水に汚染物質を直接酸化させます。
• :太陽光による遠隔地での生体的治療と光触媒を組み合わせ、エネルギーコストを削減する。