一种fes驱动厌氧还原硝基芳香族化合物废水的处理方法
技术领域
[0001]
本发明涉及工业废水处理的技术领域，尤其涉及硝基芳香族化合物废水处理技术领域，具体地涉及一种fes驱动厌氧还原硝基芳香族化合物废水的处理方法。
背景技术：
[0002]
硝基芳香族化合物（nitro-aromatic compounds，简称nac）是重要的化工品，广泛应用于火炸药、农药、杀虫剂、除草剂、染料、医药等产品的生产，nac也随之多途径地进入环境，被世界各国列为优先监测和严格要求排放的污染物之一。这类化合物种类复杂、难降解、结构稳定，同时，化合物中—no2的存在，使得该类化合物具有较高的毒性，它可以通过呼吸道吸入或皮肤吸收进入人体，导致神经系统症状、贫血和肝脏疾患；它若进入水体，在水中十分稳定，难以自然降解，会富集在底泥中，对水体造成持久性污染；同时会影响水生生物的生长，并通过食物链危害人体健康。因此，含硝基芳香族化合物的工业废水必需在排放前进行无害化处理。
[0003]
目前国内外对硝基苯废水的处理主要有物理、化学、生物等方法。其中生化法具有投资小、运行费用低、操作管理方便等优点，为国内外研究人员所采用，并取得了大量的成果。但是芳香族硝基化合物的高毒性和难降解性使其生化处理相当困难，这对该技术的进一步工程化应用是十分不利的，同时该过程需要投加大量的电子供体，如葡萄糖、乙酸等有机物，导致其处理成本进一步增加。
[0004]
铁还原已经被证实为还原有机物的有效途径，但是，单质铁非常昂贵，使用成本高，且易造成资源的浪费。天然矿物磁黄铁矿常被作为尾矿丢弃，经雨水冲刷会形成酸性废水，对环境造成污染，其主要成分fes已被证实可以还原多种有机、无机污染物。当环境中存在导电的硫化亚铁时，它作为电子供体提供电子促进硝基芳香族化合物降解。fes在重金属、含氯有机物的还原等方面表现出优异性能，而fes耦合厌氧生物系统体系处理硝基芳香族化合物废水的研究在国内外尚属空白。
技术实现要素：
[0005]
本发明的目的在于提供一种fes驱动厌氧还原硝基芳香族化合物废水的处理方法，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。
[0006]
一种fes驱动厌氧还原硝基芳香族化合物废水的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将含硝基芳香族化合物浓度为10 mg/l的模拟废水加入到厌氧污泥中进行污泥驯化，其中，每升厌氧污泥加入0.5 l模拟废水；待模拟废水中的硝基芳香族化合物完全降解后，将模拟废水中的硝基芳香族化合物浓度逐步提高至50 mg/l，加入到厌氧污泥中继续进行污泥驯化，待出水质稳定后，完成污泥驯化；s2、向驯化后的厌氧污泥中投入硫化亚铁，构建硫化亚铁耦合厌氧生物系统；s3、将硝基芳香族化合物废水加入到硫化亚铁耦合厌氧生物系统中，其中，硝基芳香族
化合物废水与驯化后的污泥的体积比为4:1；s4、使硝基芳香族化合物废水在硫化亚铁耦合厌氧生物系统内充分混合反应。
[0007]
在发明进一步的实施例中，所述硫化亚铁为纳米级fes。
[0008]
在发明进一步的实施例中，所述步骤s2中，硫化亚铁的加入量为0.5-3 g/l。
[0009]
优选的，所述步骤s2中，硫化亚铁的加入量为0.5-1.5 g/l。
[0010]
在发明进一步的实施例中，所述步骤s4中，所述硝基芳香族化合物废水采用序批式反应模式加入硫化亚铁耦合厌氧生物系统。
[0011]
在发明进一步的实施例中，所述硝基芳香族化合物废水的初始浓度为50 mg/l。
[0012]
在发明进一步的实施例中，所述步骤s4中，充分混合反应是指将硫化亚铁耦合厌氧生物系统放置于恒温振荡器进行混合反应，其中，控制转速为300 r/min， 控制温度为35℃，反应时间为0.5-24 h。
[0013]
本发明的有益效果在于：（1）本发明的一种fes驱动厌氧还原硝基芳香族化合物废水的处理方法，按照本发明的硝基芳香族化合物废水的处理方法，不需要复杂的反应要求与条件，仅加入少量纳米fes即可强化厌氧生物对硝基芳香族化合物的降解效率，在硫化亚铁耦合厌氧生物系统加入1 g/l的纳米fes，控制转速为300 r/min，温度为35℃，反应时间为24 h的最佳条件下废水中硝基芳香族化合物去除率可达95%以上。
[0014]
（2）本发明利用厌氧活性污泥，传统微生物降解硝基芳香族化合物原理，加入纳米级fes以提供电子促进硝基芳香族化合物降解过程，本发明探究了强化硝基芳香族化合物降解的新途径，降低了硝基芳香族化合物降解的成本，具有较高的实际应用意义。
附图说明
[0015]
图1为本发明的实施例1中不同系统降解硝基芳香族化合物的效果图；图2为本发明的实施例2中不同浓度纳米fes降解硝基芳香族化合物的效果图。
具体实施方式
[0016]
下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下实施例只是用于更加清楚地说明本发明的性能，而不能仅局限于下面的实施例。
[0017]
实施例1：在100 ml的厌氧瓶中加入80 ml的含硝基芳香族化合物浓度为50 mg/l的废水，充入高纯氮气排尽废水中残留的氧气至无氧状态，加入20 ml已驯化的厌氧污泥（污泥mlss为8.2 g/l）和1 g/l的纳米fes，密封厌氧瓶，构建硫化亚铁耦合厌氧生物系统。按照上述相同步骤，分别设置只投入相同量的厌氧污泥、只投入纳米fes的厌氧生物对照系统和硫化亚铁对照系统。各系统具体组成见表1。
[0018]
表1 不同系统降解硝基芳香族化合物具体组成
；将上述三个系统放入放置于恒温振荡器中进行充分反应，控制转速为300 r/min，温度为35℃。在反应周期内，在设置的取样时间点取样，水样用0.22 μm滤膜过滤后，用液相色谱仪进行硝基芳香族化合物含量测定，测定波长为254 nm。
[0019]
结果如图1所示，在硫化亚铁对照系统内，硝基芳香族化合物的浓度较为稳定，在反应24h后，其去除率为11.47%，这一结果表明单独的硫化亚铁对硝基芳香族化合物降解能力较弱。而在生物对照系统和硫化亚铁耦合厌氧生物对照系统内，随着反应时间的延长，硝基芳香族化合物可被逐渐降解，在反应24h后，硝基芳香族化合物在硫化亚铁耦合厌氧生物系统内残留率最低，去除率为95.06%，而在厌氧生物对照系统内，其去除率为53.81%。此外在反应时间内，硝基芳香族化合物在耦合系统内的浓度均低于厌氧生物对照系统。以上结果说明投加的纳米fes能显著促进硝基芳香族化合物在厌氧生物体系内的降解。
[0020]
其原理在于：在厌氧条件下，纳米fes可作为电子供体，被微生物利用还原硝基芳香族化合物为胺基化合物，且微生物可以利用纳米fes作为电子载体，促进细胞和硝基芳香族化合物之间的电子转移，从而可提高硝基芳香族化合物的生物降解效率。
[0021]
实施例2：在100 ml的厌氧瓶中加入80 ml的含硝基芳香族化合物浓度为50 mg/l的废水，充入高纯氮气排尽废水中残留的氧气至无氧状态，加入20 ml已驯化的厌氧污泥（污泥mlss为8.2 g/l）和0.5 g/l的纳米fes，密封厌氧瓶，构建硫化亚铁耦合厌氧生物系统。按照上述相同步骤，再分别向厌氧污泥内投加1 g/l、3 g/l及5 g/l的纳米fes，构建不同投加量的耦合系统。各系统具体组成见表2。
[0022]
表2 不同浓度纳米fes降解硝基芳香族化合物具体组成将上述四个系统放入放置于恒温振荡器中进行充分反应，控制转速为300 r/min, 温度为35℃。在反应周期内，在设置的取样时间点，水样用0.22 μm滤膜过滤后，用液相色谱仪进行硝基芳香族化合物含量测定，测定波长为254 nm。
[0023]
结果如图2所示，随着纳米fes浓度的增加，硝基芳香族化合物在耦合系统内的去
除速率也在逐渐增大。当纳米fes浓度为1 g/l时，硝基芳香族化合物在耦合系统内的降解速率达到最大，在反应24h后硝基芳香族化合物去除率最高为95.06%，硝基芳香族化合物在耦合系统内降解效果达到最佳。然而当纳米fes投加浓度进一步增大到3 g/l时，由于过量的纳米fes对于微生物具有一定的毒性，硝基芳香族化合物的降解速率变慢，纳米fes浓度为3 g/l时的降解效果要差于纳米fes浓度为1 g/l时的降解效果。当纳米fes浓度进一步增加到5 g/l时，该抑制效应达到最大，在反应24h后硝基芳香族化合物的去除率也最低为67.68%。说明在一定的浓度范围（0.5-1.5 g/l）内，纳米fes作为电子传递介体对厌氧还原硝基芳香族化合物的促进作用较为显著，但当其超过一定浓度后会对厌氧生物产生一定的毒性作用，从而抑制硝基芳香族化合物的厌氧还原降解。
[0024]
以上表述仅为本发明的优选方式，应当指出，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种fes驱动厌氧还原硝基芳香族化合物废水的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、使用含硝基芳香族化合物的模拟废水加入到厌氧污泥中进行污泥驯化；s2、向驯化后的厌氧污泥中投入硫化亚铁，构建硫化亚铁耦合厌氧生物系统；s3、将硝基芳香族化合物废水加入到硫化亚铁耦合厌氧生物系统中；s4、使硝基芳香族化合物废水在硫化亚铁耦合厌氧生物系统内充分混合反应。2.根据权利要求1所述的一种fes驱动厌氧还原硝基芳香族化合物废水的处理方法，其特征在于，所述步骤s1的污泥驯化，具体包括以下过程：将含硝基芳香族化合物浓度为10 mg/l的模拟废水加入到厌氧污泥中进行污泥驯化，其中，每升厌氧污泥加入0.5 l模拟废水；待模拟废水中的硝基芳香族化合物完全降解后，将模拟废水中的硝基芳香族化合物浓度逐步提高至50 mg/l，加入到厌氧污泥中继续进行污泥驯化，待出水质稳定后，完成污泥驯化。3.根据权利要求1所述的一种fes驱动厌氧还原硝基芳香族化合物废水的处理方法，其特征在于，所述硫化亚铁为纳米级fes。4.根据权利要求1所述的一种fes驱动厌氧还原硝基芳香族化合物废水的处理方法，其特征在于，所述步骤s2中，硫化亚铁的加入量为0.5-3 g/l。5.根据权利要求4所述的一种fes驱动厌氧还原硝基芳香族化合物废水的处理方法，其特征在于，所述步骤s2中，硫化亚铁的加入量为0.5-1.5 g/l。6.根据权利要求1所述的一种fes驱动厌氧还原硝基芳香族化合物废水的处理方法，其特征在于，所述步骤s3中，硫化亚铁耦合厌氧生物系统中所加入的硝基芳香族化合物废水与驯化后的厌氧污泥的体积比为4:1。7.根据权利要求1所述的一种fes驱动厌氧还原硝基芳香族化合物废水的处理方法，其特征在于，所述步骤s4中，所述含硝基芳香族化合物的废水采用序批式反应模式加入硫化亚铁耦合厌氧生物系统。8.根据权利要求1所述的一种fes驱动厌氧还原硝基芳香族化合物废水的处理方法，其特征在于，所述硝基芳香族化合物废水的初始浓度为50 mg/l。9.根据权利要求1所述的一种fes驱动厌氧还原硝基芳香族化合物废水的处理方法，其特征在于，所述步骤s4中，充分混合反应是指将硫化亚铁耦合厌氧生物系统放置于恒温振荡器进行混合反应，其中，控制转速为300 r/min， 控制温度为35℃，反应时间为0.5-24 h。
技术总结
本发明公开了一种FeS驱动厌氧还原硝基芳香族化合物废水的处理方法，包括以下步骤：S1、使用含硝基芳香族化合物的模拟废水加入到厌氧污泥中进行污泥驯化；S2、向驯化后的厌氧污泥中投入硫化亚铁，构建硫化亚铁耦合厌氧生物系统；S3、将硝基芳香族化合物废水加入到硫化亚铁耦合厌氧生物系统中，其中，硝基芳香族化合物废水与驯化后的厌氧污泥的体积比为4:1；S4、使硝基芳香族化合物废水在硫化亚铁耦合厌氧生物系统内充分混合反应。本发明的处理方法仅加入少量纳米FeS即可强化厌氧生物对硝基芳香族化合物的降解效率，最佳条件下废水中硝基芳香族化合物去除率可达95%以上。芳香族化合物去除率可达95%以上。芳香族化合物去除率可达95%以上。
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