新型生物活性复合藻酸盐珠材用于城市暴雨径流中硝态氮的捕获与反硝化研究

《Environmental Science: Water Research and Technology》：Encapsulating Sorptive Materials and Anaerobic Microorganisms in Composite Alginate Bead Geomedia to Capture and Biodegrade Nitrate in Green Stormwater InfrastructureOpen Access

　　硝态氮是城市暴雨径流中的重要污染物，会降低受纳水体的水质。由于硝态氮在土壤中的吸附能力很弱且不与颗粒物结合，大多数暴雨管理措施（包括绿色暴雨基础设施，即GSI）均无法有效去除硝态氮，除非对其进行反硝化优化。我们近期开发了一种新型生物活性复合藻酸盐珠地材（"BioSorp Beads"），其中含有生物降解微生物（如白腐真菌）和吸附材料（粉末活性炭、基于铁的废水处理残留物），用于捕获和降解亲水性痕量有机污染物——这些污染物在GSI中通常无法被去除。在本研究中，我们调整了珠材和微生物，使其在GSI渗透事件中捕获暴雨径流中的硝态氮，并在前期干旱期间进行反硝化。我们将阴离子交换树脂（AER）用于硝态氮吸附、厌氧微生物用于反硝化（从污水处理厂污泥中富集）、铁矿物作为电子供体、木粉作为维持基质和电子供体、粉末活性炭（用于捕获痕量有机污染物并支持生物膜生长），将其封装于氯化钙藻酸盐或氯化铁藻酸盐中以制备所述珠材。不含微生物的惰性珠材（含AER）在合成暴雨中显示出最高1.32 mg/g NO??-N的吸附能力。在厌氧和整体好氧条件下，封装有微生物的BioSorp Beads通过吸附和反硝化在一周内将硝态氮去除至低于检出限。生物性氯化铁藻酸盐珠材的硝态氮生物降解效果低于生物性氯化钙藻酸盐珠材，这可能是因为氯化铁藻酸盐珠材的pH值偏酸性（约3.5）。当在测试的生物性氯化钙藻酸盐珠材中封装木粉时，反硝化效率提高了80%。尽管这属于初期概念验证性开发测试，但结果表明BioSorp Beads通过调整材料或微生物有可能针对特定污染物进行优化，并具有在GSI实践中应用的潜力——既可在初始建设阶段使用，也可作为建设后改良措施应用于现有设施以增强反硝化效果。版权所有 ? 2026 作者。由英国皇家化学会出版。本文根据知识共享署名-非商业性使用4.0国际许可协议授权。您可以在其他出版物中使用本文材料而无需进一步向RSC申请许可，但须进行正确署名且不得用于商业目的。