Rauno Lust kaitseb doktoritööd „Bioelectrochemical systems for enhanced removal of nitrate from water with a low electron donor concentration“

31. augustil kell 10.15 kaitseb Rauno Lust keskkonnatehnoloogia erialal doktoritööd „Bioelectrochemical systems for enhanced removal of nitrate from water with a low electron donor concentration“ („Bioelektrokeemilised süsteemid nitraadi võimendatud eraldamiseks väikse elektronidoonori sisaldusega veest“).

Juhendajad:
professor Ülo Mander, Tartu Ülikool
kaasprofessor Kuno Kasak, Tartu Ülikool
kaasprofessor Jaak Nerut, Tartu Ülikool

Oponent:
vanemteadur Carlos Alberto Arias, Aarhusi Ülikool (Taani)

Kokkuvõte
Kõrge nitraadi (NO3) sisaldus pinna- ja põhjavees on suuresti seotud intensiivse põllumajandusega. Kõrge NO3 sisaldus joogivees võib olla inimestele ohtlik, põhjustades näiteks methemoglobineemiat või seedetrakti vähki. Seetõttu on oluline leida erinevaid lahendusi, et NO3 seotud reostust vähendada. Üks protsess, mille käigus NO3 on võimalik eemaldada on denitrifikatsioon. Selle protsessi käigus kasutavad mikroorganismid NO3 elektronakseptorina, just nagu inimesed kasutavad hingamiseks hapniku. Põhja- või pinnavees on denitrifikatsioon aga takistatud, kuna elektrondoonorite, näiteks orgaaniliste süsinikühendite, kontsentratsioon on väike. Väitekirja põhieesmärk oli hinnata, kas mikrobioloogilist elektrosünteesi reaktorit (MESR) on võimalik kasutada NO3 redutseerimise tõhustamiseks, madala elektrondoonorite kontsentratsiooni korral. MESR-i elektroodidele rakendatakse elektrivoolu, et muuta elektronid mikroorganismidele kättesaadavaks ja seeläbi toetada denitrifikatsiooni. Katsete läbiviimiseks valmistati kahe-kambriline MESR ja jälgiti selles toimuvaid protsesse 38 päeva jooksul. Tulemustest selgus, et MESR-i kasutamisel suurenes NO3 redutseerimiskiirus kaks korda, saavutades ärastuskiiruse 1,4 mgN-NO3/(L×päevas) ning samal ajal vähenes ka kasvuhoonegaaside emissioon. Kuna kahe-kambrilise MESR-i kasutamine põhjustas kõrvalekallet neutraalsest pH-st, siis otsustati teostada teine katsete seeria ühekambrilise MESR-ga. Teine katse kestis kokku 612 päeva ja selle käigus prooviti läbi erinevaid tööelektroodi potentsiaale ning optimaalse potentsiaali juures saavutati NO3 redutseerimiskiirus 3,8±1,2 mgN-NO3/(L×päevas). Seejuures jäi ka lahuse pH neutraalseks. Erinevate tööelektroodi potentsiaalide proovimisel leiti, et MESR-i võib kasutada ka teiste lämmastikuringega seotud protsesside, näiteks dissimilatoorse nitraadi redutseerimine ammooniumiks või nitrifikatsiooni, läbiviimiseks. Tulemuste põhjal võib väita, et MESR on paljutõotav tehnoloogia erinevate mikroobsete protsesside toetamiseks ning seetõttu on MESR-i võimalik kasutada väga erinevatel viisidel.