污水处理新技术(新技术让养猪业更环保)

日本冲绳科学技术研究生院(OIST)生物系统部的研究人员开发了一种处理养猪场废水的新系统，并成功通过了现场测试。

日本冲绳的养猪业正在集约化发展。根据日本内阁府的数据，截至2018年，当地猪的数量已超过22.5万头。这些养猪场对岛上的经济和文化有很大的影响。然而，这些影响并不都是积极的——养猪场的臭味是最大的问题。

某种程度上，这种令人讨厌的气味是养猪的副产品(废水)造成的。现在，来自冲绳科学技术研究生院(OIST)生物系统部的研究人员开发了一种处理养猪场废水的新系统，并在冲绳当地的一个养猪场成功完成了测试。

"我们的新系统使用两个不同的室."这篇论文的第一作者安娜·普罗霍罗夫博士说，“未经处理的废水在第一个腔室中去除了气味、致病菌和有机物。之后，经过传统曝气系统的废水再次进入第二室，过滤掉硝酸盐和磷酸盐。据我们所知，这是第一个同时成功处理两种不同类型废水的系统。”

该系统与目前使用的传统曝气系统形成鲜明对比。传统的曝气系统主要处理废水中的有机物，也将存在的铵态氮转化为硝酸盐，但不会进一步处理硝酸盐。在日本，畜牧业硝酸盐排放的限值将很快降低到目前水平的五分之一(目前的标准是每升500毫克硝酸盐氮)，冲绳农场排放的废水中有35%可能超过这一新标准。"硝酸盐污染将对人类健康和环境产生毁灭性的影响."研究小组的组长said凯努马说，“摄入人体的硝酸盐会转化为亚硝酸盐，从而影响血液的携氧能力，导致高铁血红蛋白血症或蓝婴综合症。”

在第一个室(阳极室)中，大量的细菌会与有机物发生反应，释放出电子。这些电子然后通过电极转移到第二室(阴极室)。阴极含有已经过曝气反应的高硝酸盐浓度的废水。阴极室表面的细菌接收到电子后，利用它们为硝酸盐转化为氮气提供动力。该系统的新优势是在低有机物含量的下，可以去除废水中的硝酸盐。

在实验室测试后，研究人员与冲绳环境科学中心合作，在冲绳畜牧和草原研究中心的养猪场设立了初步试点实验。由于细菌群落发挥着不可或缺的作用，研究人员还调查了哪些细菌物种存在，群落组成如何随时间变化以及哪些物种负责每一步。

长期实验表明，硝酸盐去除的优势细菌是那些能够接收电子进行生长的细菌。在处理过程中，研究人员向电极施加了-0.4 V-0.6 V的电势，以刺激这些细菌的活性，提高废水的处理效率。不仅如此，阴极室内的细菌群落总数增加了60%以上，并持续表现出较强的活性，从而获得了较高的硝酸盐还原率。新系统的另一个优点是，因为原废水中的有机物(特别是挥发性脂肪酸)被降解，气味和病原体的数量减少。

“到目前为止，我们对结果非常满意。这比我们预期的要高效得多。”Prokhorova博士说:“该系统可扩展，成本低，易于组装和维护。我们希望在未来几年内，冲绳和其他有类似问题的地区，如日本大陆和东南亚的农村社区的农民可以使用它。”