Simultaneous Nitrogen and Phosphorus Recovery from Anaerobic Digestion Effluent via Enzymatic Bicarbonate Conversion Coupled with a Membrane Contactor

化学 流出物 厌氧消化 碳酸氢盐 色谱法 氮气 接触器 消化(炼金术) 无氧运动 渗滤 制浆造纸工业 环境化学 酶水解 水解 膜技术 胰蛋白酶 碳酸氢钠
作者
Taehun Kim,Am Jang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.est.6c00124
摘要

Anaerobic digestion effluent (ADE) is an attractive feedstock for resource recovery due to its high concentrations of ammonia (NH 3 ) and phosphate (PO 4 3– ). However, the presence of elevated bicarbonate (HCO 3 – ) imparts strong buffering capacity, which inhibits PO 4 3– precipitation and increases chemical demand for NH 3 recovery. To overcome HCO 3 – interference, this study proposes an enzyme-based pretreatment that converts HCO 3 – into PO 4 3– using phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC). PEPC was immobilized onto carboxylated polystyrene beads via EDC/NHS coupling (PB@PEPC) to enhance stability and reusability. When applied to real ADE, 25 PB@PEPC beads achieved a 2.94-fold reduction in HCO 3 – concentration (from 6013.8 ± 339.8 mg·L –1 to 2045.5 ± 283.5 mg·L –1 ) within 12 h, while simultaneously increasing PO 4 3– concentration 10.79-fold (from 590.8 ± 148.3 mg·L –1 to 6363.3 ± 383.5 mg·L –1 ). The enriched PO 4 3– was recovered as calcium phosphate with efficiencies exceeding 95% using Ca(OH) 2 at a Ca/P molar ratio of 2.5. The elevated pH during PO 4 3– precipitation promoted NH 4 + conversion to volatile NH 3, enabling up to 82.4 ± 6.1% NH 3 recovery using a membrane contactor without additional alkaline reagents. PB@PEPC retained 86.1 ± 4.2% of its initial activity after five reuse cycles. Overall, this integrated process offers a sustainable pathway for simultaneous nutrient recovery from complex wastewater.
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