含硝基苯废水处理技术研究进展

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关键词:硝基苯; 一元水处理技术; 多元水处理技术; 研究进展 中图分类号:X703 文献标志码:A doi:10.3969/j.issn.1003-6504.2010.6E.046 文章编号:1003-6504(2010)6E-0171-04
Research Progresses about Treatment Technology of Wastewater Containing Nitrobenzene
1.2 化学法 化学法诸如单质金属还原法、Fenton 试剂法及多
相催化氧化法等,其最大的特点是反应速率快及效果 明显等,但也存在处理成本高、二次污染等问题。自从 Agrawal 等[8]研究发现 Fe0 可改善硝基芳烃的可生物 降解性之后,利用 Fe0 及其氧化产物降解有机污染物 得到了广泛的研究[9]。Rugge 等[10]发现在被硝基苯污染 的厌氧含水层中,由亚铁-铁氧化物组成的表面结合态 铁反应系统的降解速率较其他还原反应高出 3 个数量 级。Fenton 试剂既能有效的降解水体中的硝基苯,且降 解过程符合拟一级动力学反应规律[11]。以 EDTA 铁为 催化剂构建的改进型 Fenton 试剂,在硝基苯初始含量 15000mg/kg、30%H2O2 和 50mmol/L EDTA 钠铁溶液 投加量分别为 0.3mL/g、0.1mL/g、含水率为 33%的条 件下,反应 60 min 后,硝基苯的去除率达 87%[12]。
Li Tian-peng
(Department of Chemistry and Environment Engineering, Wuhan Bioengineering Institute, Wuhan 430415, China)
Abstract:In this paper, the development in the treatment of wastewater containing nitrobenzene at home and abroad by means of treatment technologies were reviewed, and the development trends were predicted. In recent years, technologies for treating wastewater containing nitrobenzene were researched, such as single and multiple water treatment technology. The mechanisms, limiting factors and potential development of treatment technologies were discussed in detail. It was pointed out that in the coming years the development of treatment technologies for wastewater containing nitrobenzene will be mainly depended on how effective combination of existing water treatment technologies. Key words:nitrobenzene; single water treatment technology; multiple water treatment technology; research process
第 6E 期
李天鹏 含硝基苯废水处理技术研究进展
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性高于硝基苯的,所以反应产物苯胺在好氧条件下可 被微生物降解。林鑫海等[30]先向废水中投加 350mg/L ClO2,然后在活性炭加载含铜复合金属氧化物的催化 剂床层停留 56min 后,色度和 COD 的去除率均达到 90%,表明 ClO2 三相催化氧化技术对含硝基苯废水有 较好的去除效果。郎咸明等[31]研究发现经新型微电解 设备预处理后的含硝基苯废水的 BOD/COD 值提高至 0.32,通过投加强化菌种进行深度处理,污泥沉降比由 30%提高到 50%以上,苯胺去除率由 57.3%提高至95%, 最终出水的 COD 和苯胺分别为 66 和 0.4mg/L,表明 出水达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中规定 的一级排放标准。 2.2 三种水处理技术(或以上)耦合
苯的去除产生了非常明显的作用。
2 多元水处理技术
上述分析表明,一元水处理技术在含硝基苯废水 的治理方面都存在一定得局限性,而多种一元水处理 技术的高效整合将是水处理发展的最重要的趋势之 一。研究表明[20-21],不同水处理技术之间存在不同程度 的相互强化作用。 2.1 两种水处理技术耦合
目前,常用的两种水处理耦合技术主要包括物化 法和生化法两大类。 2.1.1 物化法
物化法即物理法与化学法的联合体系,两者联用 时产生明显的协同效应。Hung 、Houria 、Dai 等 研 [22-24] 究都证实零价铁与超声波联合体系降解含硝基苯废 水时产生了明显的协同效应,产生协同的原因是:首 先超声波对零价铁表面有较好的清洗及活化作用,在 加速了物质传递的同时,提高了微电解反应速率;其 次零价铁的“颗粒效应”能够降低超声空化阈值,通过 增加空化泡的数量来增强超声空化效应;再次超声空 化产物 H2O2 与微电解反应产物 Fe2+共存时,将发生链 式反应催化生成具有极强的氧化能力的·OH,对硝基 苯有较好的降解作用。Rodriguez 等[25]发现在 UV 照射 下,H2O2 能够快速分解产生氧化能力极强的羟基自由 基·OH,该自由基对硝基苯有彻底的矿化作用,其中 H2O2 的浓度是降解速率的 的去除 率分别为 45%和 80%,而加入 Fe(Ⅲ)后,TOC 和 COD 的去除率分别变为 80%和 100%,由此可见 Fe(Ⅲ)确 实增加了硝基苯的光氧化速率[26]。在高锰酸钾-臭氧 (KMnO4-O3)体系中,KMnO4 能促进 O3 分解产生大量 的羟基自由基(·OH)活性基团,从而使 KMnO4-O3 体 系比单独 O3 对地下水中硝基苯的去除率提高了约 37%,高达 95%[27]。 2.1.2 生化法
生化法即生物法与化学法的联合体系,首先通过 化学法改变有机污染物的化学结构,提高污染物的可 生物降解性,为生物法的后续处理创造良好的反应条 件。Orshansky 等[28]研究发现吸附-生物降解工艺处理 硝基苯的基本过程是:首先通过吸附能力强的活性炭 吸附废水中大部分有毒污染物,然后再让生物降解含 低浓度硝基苯类化合物废水,达到了理想的治理效 果。Bell 等[29]采用的由颗粒铁还原区和好氧生物降解 区得序批式处理系统处理硝基苯的基本步骤是:硝基 苯首先被颗粒铁迅速还原成苯胺,由于苯胺的可生化
收稿日期:2010-04-07;修回 2010-07-22 基金项目:江西省教育厅科学技术研究项目(GJJ10637);石狮市科学技术计划项目(2009SF25) 作者简介:李天鹏(1985-),男,硕士,主要从事水处理新技术研究,(电子信箱)tianpeng985@。
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第 33 卷
李宁林等 通 [32] 过大量的小试和中试实验研究证 实“微电解-UASB(升流式厌氧污泥床)-PACT(序批式 活性污泥法)”工艺可用于含硝基苯类废水的处理,处 理出水的 pH、SS、COD、色度等理化指标日均浓度均 达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的一级标 准,且该工艺的处理效果稳定,出水水质较好。张键等[33] 采用“Fenton 试剂-微电解-厌氧滤池(AF)-序批式活 性污泥法(SBR)”工艺处理高浓度硝基苯类废水,连续 运行结果表明,该处理工艺对高浓度硝基苯类废水的 处理效果良好,在进水 COD 值为 11.24 g/L 时,COD 值表征的总去除率大于 99%,出水水质的各项理化指 标均达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的一 级排放标准。针对硝基苯废水难降解的特点,安立超 等[34]研发了投加硝基苯废水降解菌群和“CEFB(循环 式电极反应固定床)-兼性厌氧水解-PACT(投加粉末 活性炭的活性污泥法)”的高效处理工艺,15d 的连续 监测数据表明,COD、色度和硝基苯的总去除率均在 85%以上。李海燕等[35]研究发现含硝基苯类废水经“混 凝-电化学还原-中和沉淀-厌氧水解-生物接触氧化生物炭”工艺处理后,废水的色度、COD 及硝基苯类 化合物的去除率均在 90%以上,出水水质达到了《污 水综合排放标准》(GB8978-1996)中的二级标准,表明 对含硝基苯废水具有极好的处理效果,该工艺中的物 化预处理对废水的污染物有一定程度的去除作用,实 现了硝基苯类化合物向苯胺类化合物较大程度的转 化,同时部分改变了某些有机物的结构,提高了废水 的可生化性,为后续生物处理创造了较好的条件。
硝基苯是一种重要的化工原料,广泛应用于染 料、药物及有机溶剂的生产等领域[1]。由于硝基苯具有 化学性质稳定、高毒性、“三致”作用、难生物降解及环 境积累趋势等特点,硝基苯已被列为严格控制的环境 污染物[2]。目前,国内外对含硝基苯废水治理方法主要 有一元水处理技术(包括物理法、化学法及生物法)和 多元水处理技术(两种或两种以上水处理技术的耦合 均称为多元水处理技术)。本文将对含硝基苯废水处 理技术的研究现状和发展趋势进行综述。
1 一元水处理技术
1.1 物理法 常见的物理法主要包括吸附法、萃取法及膜分离
技术等,其最大的优点是可达到目标污染物的回收再 利用,实现废物的资源化。但该法存在处理周期长、工
作量大及萃取剂稳定性较差等缺点。活性炭及改良型 活性炭作为一种新型吸附材料,近几年在水处理方面 得到广泛的应用[3-4]。王生辉等[5]研究发现粉末活性炭 对硝基苯有很强的吸附作用,该吸附过程符合弗兰德 利希经验公式,在初始 0~30min 内硝基苯很快被吸 附,之后吸附速率逐渐下降,到 120min 时基本达到吸 附平衡。Nakai[6]在萃取塔 φ×H 为 2cm×246cm,温度为 308K,压力为 10MPa,溶质与溶剂的质量比为 1∶1,空 速为 1.0h-1 的条件下,让浓度为 400mg/L 的硝基苯废 水与超临界 CO2 接触,废水中的硝基苯可完成被萃 取,表明超临界 CO2 对硝基苯废水有较好的处理效 果。Bielska 等[7]在对硝基苯进行超滤的过程中,通过 加入阳离子和阴离子混合物来改变分子颗粒的表面 活性、胶束化作用,从而使硝基苯的去除效率明显提 高。
第 第
3623E01卷期0
第 年6
6E 月

Environmental Science & Technology
Vol. 33 No.6E June 2010
含硝基苯废水处理技术研究进展
李天鹏
(武汉生物工程学院化学与环境工程系,湖北 武汉 430415)
摘 要:文章综述了近年来国内外含硝基苯废水处理技术的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。硝基苯是一种具有较高化学稳 定性、高毒性及环境积累性等的优先控制污染物。近年来对含硝基苯废水处理技术的研究主要包括一元水处理技术(即物理法、化学法及 生物法)和多元水处理技术(两种或两种以上一元水处理技术的耦合)。经过深入分析各种处理技术的基本原理、限制性因素及发展趋势 等,认为如何将现有水处理技术进行高效整合是今后研究的重点。
另外,Dhananjay 等 开 [13] 展了硝基苯光催化降解 实验,在 TiO2 负载率为 0.3%的条件下,硝基苯溶液初 始浓度为 100~200mg/L 时,反应 120min 即达到检测 限以下;而初始溶液浓度为 300~500mg/L 时,反应 240min 后也达到了检测限以下。Hermann 等[14]研究发 现在中性条件下,臭氧对硝基苯有较理想去除效果, 降解过程也有助于臭氧的溶解,因而可通过测定液相 的臭氧浓度对处理过程进行时时在线控制。 1.3 生物法
硝基苯生物降解途径主要有两种:其一是氧化途 径,以释放亚硝酸(盐)为特征;其二是还原途径,以释 放氨为特征。由于生物法的处理成本低廉,且微生物 具有较强的可变异性及适应性,因此生物法已成为处 理有机污染物的理想方法[15-16]。但微生物菌株的驯化 和纯化的技术及如何提高菌种来源是限制生物法应 用与推广的主要因素。李轶等[17]研究发现硝基苯可作 为恶臭假单胞菌的氮源,在使用河水和底质的现场模 拟实验中,投加硝基苯降解菌可使降解周期缩短 40h 以上,同时发现河水中的硝基苯较底质中的硝基苯更 容易被去除。Partha 等[18]利用混合反应器(由滴滤池和 曝气塔组成)处理含硝基苯废水,在最优运行条件下, 该系统的抗冲击负荷能力较强,当进水硝基苯浓度高 达 180mg/L 时,出水硝基苯浓度仅为 6.35mg/L,去除 率为 96.5%,利用静态液面气体分析技术得到硝基苯 的有效生物去除率为 87.5%。李明堂等[19]研究发现在 微宇宙模拟系统中,降解菌对硝基苯具有较高的降解 效率,在温度为 25~30℃、pH 为 7.0~8.0 的条件下,反 应 8d 内能将 10mg/L 的硝基苯完全降解;在卵石接触 生物氧化法模拟系统中,由于卵石对硝基苯和菌体的 吸附作用,以及对菌体的保护作用,因而对水中硝基
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