Bioreaktorer skærer ned på nitrogenforurening

Bioreaktorer er underjordiske skyttegrave fyldt med træflis. De har vundet indpas som et værktøj til at fjerne nitrogen fra vandet i landbrugsmiljøer.

Vandet, der dræner fra marker, kanaliseres ind i bioreaktorerne. Naturlige mikrober, der lever på fliserne, fjerner kvælstofforbindelserne i vandet, når det strømmer igennem.

Fordi det er bakterierne, der udfører denne vandrensningsproces, det kaldes en biologisk proces, deraf navnet bioreaktor.

Vandet, der kommer ud af bioreaktorerne, har meget mindre nitrogen, gør det sundere for miljøet.

I en ny undersøgelse, forskere testede parametre, der kunne hjælpe med at estimere levetiden for disse bioreaktorer. Forskningen blev offentliggjort i Agrosystemer, Geovidenskab og miljø , en udgivelse af American Society of Agronomy and Crop Science Society of America.

"Vores mål er at give landmænd og andre interessenter en bedre forståelse af, hvor længe disse systemer vil vare, når de bruges i marken, " siger Abby Schaefer, hovedforfatter af undersøgelsen.

Studiet strakte sig over to år. Forskerne testede ni bioreaktorer. Ved udgangen af ​​den tid, alle bioreaktorerne fjernede stadig effektivt nitrogen fra vandet.

Fjernelse af kvælstof fra drænvandet i landbrugsmiljøer er afgørende, fordi nitrogen kan være et tveægget sværd.

Afgrøder har brug for nitrogen for at vokse og producere mad. Men for meget kvælstof det forkerte sted kan give problemer.

Overskud af kvælstof kan forurene grundvand og vandveje. I disse vandmiljøer, for meget nitrogen kan give næring til skadelig algeopblomstring.

Algerne opbruger hurtigt al ilten i vandområderne. Dette kan føre til døde zoner, som er områder med for lidt ilt til at understøtte liv.

Træflisbioreaktorer er en måde at reducere mængden af ​​kvælstof, der kommer ind i vandvejene. Bioreaktorerne har flere fordele i forhold til andre denitrificerende teknikker.

Bioreaktorer kan konsekvent reducere 30-50% af nitrogenforbindelser fra vand. "Nogle bioreaktorer kan opnå endnu højere reduktioner, " tilføjer Schäfer.

"Bioreaktorer kræver meget lidt jord for at blive taget ud af afgrødeproduktionen, " siger Schäfer. "Plus, de kræver meget lidt vedligeholdelse."

Bioreaktorerne påvirker heller ikke effektiviteten af ​​gårdfliser drænsystemer. Det betyder, at vandet i marker stadig kan drænes for at forhindre oversvømmelser.

En udfordring med flisbioreaktorer er bundfældning og nedbrydning af fliserne. Dette påvirker, hvor effektivt bioreaktorerne fungerer.

Forskerne fandt ud af, at fliserne tættere på bioreaktorernes indgang satte sig og brød ned hurtigere end flis længere inde.

Det er et vigtigt fund. Træflis nær bioreaktorens indløb kan genopfyldes uden at skulle grave hele bioreaktoren ud.

Derudover forskerne fastslog, at de første tre fjerdedele af bioreaktorerne var det sted, hvor de fleste nitrogenforbindelser blev fjernet fra vandet.

Det betyder, at udskiftning af træflis nær indgangspunktet for en bioreaktor kan forlænge levetiden.

Holdet undersøgte også den tid, en given dråbe vand tilbringer i bioreaktoren. Denne måling kaldes den hydrauliske retentionstid.

"Hydraulisk retentionstid er et af hovedkriterierne for at designe denitrificerende bioreaktorer, " siger Schaefer. "Vi ønskede at forstå, hvilken indvirkning retentionstiden har på alle facetter af bioreaktors ydeevne."

Forskerne testede tre forskellige hydrauliske retentionstider:to timer, otte timer og 16 timer. De fleste ændringer set i bioreaktorerne over tid var ens for de forskellige testede retentionstider.

Imidlertid, træflis nedbrydes hurtigere, når den hydrauliske opholdstid var to timer. Men disse bioreaktorer fjernede stadig nitrogenforbindelser fra vand effektivt.

Schaefer og kolleger sigter nu efter at få en bedre forståelse af, hvordan bioreaktorerne fungerer over endnu længere perioder.