新型電營養脫氮系統有效淨化養豬業廢水
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文章來源 : 農業科技決策資訊平台 2021-08-11
日本沖繩擁有大規模的養豬業，估計有超過 225,000 頭豬。雖然養豬產業有助於沖繩發展經濟和文化，但其產生的大量廢水是該行業的重大問題。目前農民一般使用的曝氣系統(aerated system)主要是處理廢水中的有機物，並將銨轉化為硝酸鹽，但不再進一步處理硝酸鹽，然而硝酸鹽污染會對人體健康和環境造成重大影響，當人們攝入硝酸鹽，它會轉化為亞硝酸鹽，進而影響血液的攜氧能力，並可能造成變性血紅素血症(methemoglobinemia)或藍嬰症(blue baby syndrome)。在日本，畜牧業的硝酸鹽排放限量將降低至目前限量(即500mg/L硝態氮)的五分之一，而沖繩約有超過35%的養豬場將超過此調降後的限量標準。
沖繩科學技術大學院大學(Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University, OIST) Biological Systems Unit的研究團隊開發一種處理養豬業廢水的電營養脫氮系統(electrotrophic denitrification system)，提升產業永續性。研究人員Anna Prokhorova 博士說明新系統使用兩個不同的艙室，並依靠豐富的菌群來協助處理廢水。在第一個艙室—陽極室中，將未經處理的原廢水去除異味、病原體和有機物質，陽極管表面的細菌會與原廢水中的有機分子反應並釋放電子；而後電子經由電極轉移到第二個艙室—陰極室，陰極管表面的細菌接受這些電子，驅動硝酸鹽轉化為氮氣，故可在此艙室淨化已經由傳統曝氣系統處理、含大量硝酸鹽的廢水。此法的好處是有機物(尤其是揮發性脂肪酸)可在原廢水中降解，使氣味與病原體數量減少，並可在有機物含量低的廢水(如已經過曝氣的廢水)中去除硝酸鹽，據悉這是第一個可同時處理兩種不同類型廢水的系統，此研究結果發表於Bioresource Technology。
另外，藉由在電極上施加 -0.4V ~ -0.6V的電位來增強細菌的活性，菌群可在陰極室中成長 60% 以上，進而提高硝酸鹽的還原率，更有效淨化廢水。在實驗室實驗成功後，該團隊進一步於沖繩一養豬場進行實驗，並證明負責去除硝酸鹽的細菌可以接受電子而生長。Prokhorova 博士說明此系統的成效比預期佳，其具有可拓展性、低成本、易組裝和易維護的特點，希望在未來幾年，其他地區也可應用。【延伸閱讀】利用微生物製成的燃料電池清理養豬廢水
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