紧密耦合的TiO2/g-C3N4光催化剂与原位培养生物膜协同增强水中硝酸盐还原

摘要： 氮污染已成为水生环境的主要威胁，解决这一问题的关键在于增强水体中的硝酸盐还原能力。光催化与生物降解紧密耦合（ICPB）技术是降解难生物降解污染物的新型方法，但此前尚未应用于硝酸盐还原。本研究采用TiO?/g-C?N?光催化剂与原位培养生物膜紧密耦合的系统，在无需额外电子供体的条件下实现水体硝酸盐还原。结果显示，ICPB系统运行16小时后硝酸盐去除率达40.3%，且N?选择性高达86.3%，优于其他处理工艺。在ICPB过程中，硝酸盐首先被还原为亚硝酸盐（主要由生物膜作用贡献），随后通过光催化剂与生物膜的协同作用进一步还原——这种机制既减少了不良副产物生成，又提高了N?选择性。此外，ICPB过程中微生物的生长有利于反硝化作用。研究表明，TiO?/g-C?N?产生的光诱导电子被微生物捕获，促使生物膜群落结构向有利于硝酸盐还原的方向优化。本研究为增强水体硝酸盐还原提供了新策略，并揭示了ICPB体系中硝酸盐的还原机制。