关于微藻生物膜光生物反应器去除地下水中硝酸盐的机制研究：ζ电位和水力停留时间的影响

摘要

地下水硝酸盐污染是一个严重的环境问题，需要可持续、低能耗的处理技术。尽管微藻生物膜光生物反应器（PBRs）在去除硝酸盐方面具有潜力，但水力停留时间（HRT）对生物膜结构和处理性能的影响仍不清楚。在这项研究中，我们在一个垂直气泡柱式PBR的内壁上培养了一种由普通小球藻和Scenedesmus混合组成的生物膜，用于处理硝酸盐污染的地下水（硝酸盐浓度为50 mg NO₃⁻–N L^-1）。生物膜的形成是在批处理操作下开始的，随后转为连续上流操作，并逐步将HRT从6天减少到14小时。通过监测硝酸盐浓度（NO₃⁻–N）、ζ电位（ζ-potential）、光密度（OD₇₅₀）和生物膜厚度来评估生物膜的发展、稳定性及其处理效果。在批处理操作期间，硝酸盐浓度在6天内降至10 mg L^-1以下，同时ζ电位从−24 mV变为−5 mV，表明微藻附着增强；光密度从0.08增加到0.3，表明生物量从悬浮状态转变为表面附着状态。在连续操作下，硝酸盐浓度降至11 mg L^-1，生物膜厚度达到60 µm，ζ电位为−10至−5 mV。将HRT缩短至4天时，生物膜厚度略有减少（59 µm），硝酸盐浓度波动在10–25 mg L^-1之间。当HRT≤2天时，生物膜变得紧密（57 µm），部分脱落，尽管ζ电位接近−3 mV，但硝酸盐浓度仍较高（20–28 mg L^{-1₇₅₀的变化可以作为可靠的指标，为优化微藻生物膜PBR在地下水硝酸盐修复中的应用提供实际指导。}

图形摘要

此图像的替代文本可能是由AI生成的。

地下水硝酸盐污染是一个严重的环境问题，需要可持续、低能耗的处理技术。尽管微藻生物膜光生物反应器（PBRs）在去除硝酸盐方面具有潜力，但水力停留时间（HRT）对生物膜结构和处理性能的影响仍不清楚。在这项研究中，我们在一个垂直气泡柱式PBR的内壁上培养了一种由普通小球藻和Scenedesmus混合组成的生物膜，用于处理硝酸盐污染的地下水（硝酸盐浓度为50 mg NO₃⁻–N L^-1）。生物膜的形成是在批处理操作下开始的，随后转为连续上流操作，并逐步将HRT从6天减少到14小时。通过监测硝酸盐浓度（NO₃⁻–N）、ζ电位（ζ-potential）、光密度（OD₇₅₀）和生物膜厚度来评估生物膜的发展、稳定性及其处理效果。在批处理操作期间，硝酸盐浓度在6天内降至10 mg L^-1以下，同时ζ电位从−24 mV变为−5 mV，表明微藻附着增强；光密度从0.08增加到0.3，表明生物量从悬浮状态转变为表面附着状态。在连续操作下，硝酸盐浓度降至11 mg L^-1，生物膜厚度达到60 µm，ζ电位为−10至−5 mV。将HRT缩短至4天时，生物膜厚度略有减少（59 µm），硝酸盐浓度波动在10–25 mg L^-1之间。当HRT≤2天时，生物膜变得紧密（57 µm），部分脱落，尽管ζ电位接近−3 mV，但硝酸盐浓度仍较高（20–28 mg L^{-1₇₅₀的变化可以作为可靠的指标，为优化微藻生物膜PBR在地下水硝酸盐修复中的应用提供实际指导。}

图形摘要

此图像的替代文本可能是由AI生成的。