การกำจัดไนเตรตด้วยกระบวนการร่วมของไฮโดรจีโนโทรฟิกดีไนตริฟิเคชันและเฮเทอโรโทรฟิกดีไนตริฟิเคชัน

Abstract

Two bio-electrochemical reactors were developed to improve the quality of nitrate contaminated water, such as groundwater in agricultural area. The graphite plate was controlled as the anode material, while the cathode was copper wire (Cu reactor) and stainless steel wire (SS reactor). Under decreasing C/N ratio, the great denitrification performance was obtained in the Cu reactor, followed by the SS reactor and the bioreactor respectively. The water hydrolysis and graphite oxidation at electrodes encouraged the occurrence of hydrogenotrophic denitrification together with heterotrophic denitrification for nitrate removal. The denitrification performance was enhanced by increasing applied currents. However, the chemical precipitation at the cathode from water hardness affected on hydrogen transfer and denitrification performance. The number of autotrophic denitrification bacteria was greater than heterotrophic denitrification bacteria. The abundant Archromobacter was found at the cathode of Cu reactor, whereas Flavobacterium were plenty in the suspended sludge. Hydrogenophaga were detected in both biomass samples, and this genus was no observed in biomass sample of traditional bioreactor.

ถังปฏิกรณ์แบบชีวภาพร่วมกับไฟฟ้าเคมี (bio-electrochemical reactors) ได้รับการพัฒนาขึ้นในการวิจัยนี้ เพื่อปรับปรุงคุณภาพของน้ำปนเปื้อนไนเตรต เช่น น้ำใต้ดินบริเวณพื้นที่เกษตรกรรม โดยใช้แผ่นแกรไฟต์เป็นขั้วแอโนด ขณะที่ขั้วแคโทดจะใช้ลวดทองแดง (เรียกว่า ถังปฏิกรณ์ Cu) และลวดสแตนเลส (เรียกว่า ถังปฏิกรณ์ SS) จากการทดลองพบว่า เมื่ออัตราส่วน C/N ในน้ำก่อนบำบัดลดลง ถังปฏิกรณ์ Cu จะให้ประสิทธิภาพการกำจัดไนเตรตที่ดีที่สุด รองลงมาเป็นถังปฏิกรณ์ SS และถังปฏิกรณ์ชีวภาพ ทั้งนี้ในถังปฏิกรณ์ Cu และ SS จะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของน้ำที่ขั้วแคโทด และปฏิกิริยาออกซิเดชั่นของแกรไฟต์ที่ขั้วแอโนด จากนั้นจะกระตุ้นให้เกิดการกำจัดไนเตรต ผ่านกระบวนการไฮโดรจีโนโทรฟิกดีไนตริฟิเคชันร่วมกับเฮเทอโรโทรฟิกดีไนตริฟิเคชัน โดยประสิทธิภาพการกำจัดไนเตรตเพิ่มขึ้นตามกระแสไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม พบตะกอนเคมีเกิดขึ้นที่ขั้วแคโทดจากความกระด้างของน้ำ ส่งผลให้การแพร่ของไฮโดรเจนจากขั้วไฟฟ้าลดลง และลดประสิทธิภาพการกำจัดไนเตรต นอกจากนี้การวิเคราะห์จุลินทรีย์ที่ขั้วแคโทดและแขวนลอยในถังปฏิกรณ์ พบแบคทีเรียกลุ่มออโทโทรฟิกดีไนตริฟิเคชันมีจำนวนมากกว่าแบคทีเรียกลุ่มเฮเทอโรโทรฟิกดีไนตริฟิเคชัน โดยเฉพาะในถังปฏิกรณ์ Cu จะพบ Archromobacter มากที่ขั้วแคโทด ขณะที่ Flavobacterium พบมากในจุลินทรีย์แขวนลอย ทั้งนี้ Hydrogenophaga ซึ่งยืนยันว่าเป็นแบคทีเรียกลุ่มไฮโดรจีโนโทรฟิกดีไนตริฟิเคชัน ยังถูกพบทั้งในตัวอย่างจุลินทรีย์ของทั้งถังปฏิกรณ์ Cu และ SS แต่ไม่พบในตัวอย่างจุลินทรีย์ของถังปฏิกรณ์ชีวภาพ