醌介体在污水生物脱氮的应用

随着污水处理标准的日益严格，生物脱氮技术面临效率与成本的双重挑战。醌介体作为一种新型电子传递载体，通过加速微生物的电子传递过程，显著提升了生物脱氮效率，成为污水处理领域的研究热点。

技术原理：电子传递的“催化剂”

醌介体是一类含有醌基结构的氧化还原活性物质，能够可逆地进行氧化还原反应，作为电子传递的中间载体。在生物脱氮过程中，硝酸盐和亚硝酸盐的还原需要复杂的电子传递链，而醌介体通过其独特的氧化还原特性，能够加速这一过程。

具体而言，醌介体在微生物作用下被还原为氢醌，随后将电子传递给硝酸盐还原酶等关键酶，促进硝酸盐向亚硝酸盐、最终转化为氮气的转化。研究表明，醌介体可提高硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶的活性，使反硝化速率提升1.12~2.02倍。例如，蒽醌-2,6-二磺酸钠（AQDS）在反硝化过程中表现出优异的催化性能，可使硝酸盐去除率提高至87 μmolL。

应用形式：从水溶性到固定化

醌介体的应用方式经历了从水溶性到固定化的演变，以解决其在实际应用中的流失问题。

水溶性醌介体

早期研究多采用直接投加水溶性醌介体（如AQDS、NQS等）的方式。实验表明，NQS在最佳投加量（0.15 mmolL）下，可使总氮去除率提高至20.6%（空白组仅11.2%）。然而，水溶性醌介体易随出水流失，需频繁补充，导致运行成本增加和二次污染风险。

固定化醌介体

为克服水溶性醌介体的弊端，研究者开发了多种固定化技术：

物理包埋法：如海藻酸钙包埋1,5-二氯蒽醌，可使反硝化速率提高2.1倍，且具有良好的循环利用性。

电化学法：将蒽醌-2,6-二磺酸钠固定在活性炭毡上（ACFPPyAQS），反硝化速率提升约1.3倍，且稳定性显著优于物理包埋法。

化学合成法：如将醌基接枝到聚苯乙烯载体上制备PBQ等材料，硝酸盐去除率比空白组提高1.48倍，且重复使用10次后仍保持稳定。

固定化技术不仅减少了醌介体的流失，还提高了其重复利用性，降低了运行成本。

环境适应性：温度与碳源的影响

醌介体的应用效果受环境因素影响显著。研究表明：

温度：在常中温（20~30℃）条件下，AQDS等醌介体可显著提升反硝化速率；在低温（10~15℃）下，NQS仍能提高脱氮效率1.7~2.7倍，但需优化投加浓度（如200 μmolL）和方式（一次或多次投加）。

碳源与碳氮比：丙酸钠作为碳源时反硝化效果最佳，碳氮比为4.7时总氮去除率最高（64.7%）。

未来方向：高效、低耗与智能化

尽管醌介体技术已取得显著进展，但仍面临挑战：

高效低耗合成：开发低成本、环境友好的醌介体制备方法。

智能化投加：结合在线监测技术，动态调整醌介体投加量与碳源配比。

复合工艺耦合：与厌氧氨氧化（Anammox）等技术联用，进一步提升脱氮效能。

结语

醌介体通过加速电子传递，为污水生物脱氮提供了高效、低耗的解决方案。从水溶性到固定化的创新应用，不仅解决了流失问题，还拓宽了其工程适用性。未来，随着材料科学与智能控制技术的进步，醌介体技术有望在全球污水处理领域实现更广泛的应用，为水环境治理贡献力量。