居住在日本沖繩島的人都很欣賞當地養豬業的密集程度。這些農場對島上的經濟和文化有很大的影響。據統計，截至2018年，沖繩共有生豬22.5萬多頭。豬肉是當地人的主食，傳統餐館許多菜肴中都有它的身影。但養豬業的熱鬧也帶來了不太受歡迎的臭味。
開著車穿過一些地方特別是有農場的，車窗都得關上，否則你肯定會后悔不已。在整個沖繩，農場產生了大量的廢水。這種氣味至少在一定程度上是由養豬的副產品引起的。
近日，沖繩科學技術研究生院生物系統部門的研究人員創造了一種處理這種廢水的新系統，并在當地一家養豬場成功進行了測試。相關成果發表于《生物資源技術》。
“我們的新系統使用了兩個不同的室。”第一作者Anna Prokhorova解釋說，“在一個室中，對高強度豬場廢水進行處理，以去除異味、病原體和有機物；在另一個室中，從已通過傳統曝氣系統處理的廢水中去除多余的硝酸鹽和磷酸鹽。據我們所知，這是首個同時成功處理兩種不同類型廢水的系統。”
這與農民目前使用的傳統曝氣系統形成了鮮明對比。傳統曝氣系統主要處理廢水中的有機物，也將現有的銨態氮轉化為硝酸鹽，但不進一步處理硝酸鹽。
生物系統部門負責人Mami Kainuma說：“令人擔憂的是，硝酸鹽污染會對人類健康和環境造成災難性的影響。當硝酸鹽被人體攝入后，它會轉化為亞硝酸鹽，影響血液的供氧能力，從而導致高鐵血紅蛋白血癥或藍嬰綜合征。”
在日本，畜牧業的硝酸鹽排放限制將很快降低到目前水平（每升500毫克硝酸鹽—氮）的1/5，以便與其他行業保持一致。沖繩35%以上的農場可能會經歷這一即將到來的變化。
新系統依賴豐富的細菌群落開始相關處理過程。在第一個室（陽極室），細菌與現有的有機分子發生反應，在這個過程中釋放電子。然后這些電子通過電極被轉移到第二個室（陰極室）。這里含有已經通過曝氣過程的廢水，因此有高濃度的硝酸鹽。細菌接受這些電子，并利用它們為硝酸鹽轉化為氮氣提供動力。該系統的優點是可以在有機物含量低的廢水中進行硝酸鹽去除。
在實驗室成功試用該系統后，研究人員在沖繩一家養豬場進行了初步的中試試驗，包括進行了一年多的監測。由于細菌群落起著不可或缺的作用，研究人員還分析了哪些物種存在、群落組成如何隨時間變化，以及哪些物種負責每一步。
長期實驗表明，去除硝酸鹽的優勢細菌是那些能接受電子生長的細菌。在處理過程中，電極電位在-0.4V至0.6V范圍內激發了它們的活性，從而提高了廢水處理效率。這種細菌群落在陰極室中的總生長量超過60%，并且繼續表現出很強的活性，導致硝酸鹽還原率很高。另一個最大的優點是，當有機物，特別是揮發性脂肪酸在未經處理的廢水中被降解時，氣味減輕了，病原體的數量也減少了。
“到目前為止，結果比我們預期的更高效。”Prokhorova說，“該系統成本低，易于組裝和維護，可進一步推廣擴展。我們希望，在未來幾年內，沖繩縣和其他有類似問題的地區的農民能夠將其利用起來。”