發(fā)布時(shí)間：2020-06-13 12:47

【摘要】：2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)生產(chǎn)廢水的主要污染物組分有DNAN,2,4-二硝基氯苯(DNCB)和2,4-二硝基苯酚(DNP),具有鹽度高、硝基芳香族化合物(NACs)濃度高和可生化性差等特點(diǎn)。本研究開發(fā)了“零價(jià)鐵(ZVI)-芬頓(Fenton)-厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)-好氧移動(dòng)床膜反應(yīng)器(MBBR)”組合工藝,實(shí)現(xiàn)了 DNAN生產(chǎn)廢水的高效處理;系統(tǒng)地探究了官能團(tuán)對(duì)NACs在ZVI體系下還原性能的影響;開發(fā)ZVI-厭氧生物耦合系統(tǒng),強(qiáng)化NACs降解并揭示ZVI與微生物之間的作用機(jī)制;以ZVI耦合厭氧生物系統(tǒng)為基礎(chǔ),開發(fā)“ZVI-ZVI耦合厭氧系統(tǒng)-MBBR-Fenton”組合工藝,對(duì)DNAN生產(chǎn)廢水處理工藝進(jìn)行優(yōu)化。“ZVI-Fenton-ABR-MBBR”組合工藝處理DNAN生產(chǎn)廢水的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,ZVI工段的最佳條件:HRT為8 h,鍍銅率為0.20%。Fenton工段的最佳條件:n(H202)/n(Fe2+)為15,H2O2的投加量為0.216 molL-1,HRT為5 h及pH值在3左右。該生產(chǎn)廢水經(jīng)全流程組合工藝小試和中試測(cè)試后,出水COD和總硝基化合物含量等指標(biāo)均達(dá)到了《兵器工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)火工藥劑GB14470.2-2002》所要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)地研究了 DNCB、DNAN和DNP的取代基團(tuán)對(duì)其在ZVI體系內(nèi)還原性能的影響。結(jié)果表明,DNCB、DNAN和DNP在ZVI體系下的降解過程均符合偽一級(jí)動(dòng)力學(xué),還原速率為DNCBDNANDNP。此外,DNCB的還原優(yōu)先發(fā)生在對(duì)位硝基,而DNAN和DNP則優(yōu)先發(fā)生在鄰位硝基。量子化學(xué)計(jì)算表明,DNCB對(duì)位硝基中N原子電荷密度更大,而DNAN和DNP則是鄰位硝基中更大。同時(shí),DNCB對(duì)位硝基的N-O鍵級(jí)要小于鄰位,而DNAN和DNP則是對(duì)位硝基要大于鄰位。電荷密度越大,鍵級(jí)越低越有利于硝基的還原。量子化學(xué)計(jì)算獲得的還原性能描述符與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的。由此可以推斷,吸電子取代基(-Cl)具有活化對(duì)位硝基的功能,而給電子取代基(-OCH3和-OH)則具有活化鄰位硝基的特性。構(gòu)建ZVI-厭氧生物耦合系統(tǒng),強(qiáng)化DNAN的厭氧還原轉(zhuǎn)化。結(jié)果表明,DNAN的還原和2,4-二氨基苯甲醚(DAAN)的生成在耦合系統(tǒng)內(nèi)均被顯著促進(jìn)。耦合系統(tǒng)可在4 h內(nèi)實(shí)現(xiàn)40 mg L-1的DNAN的完全轉(zhuǎn)化,而厭氧生物對(duì)照系統(tǒng)則需要20 h。ZVI對(duì)照系統(tǒng)內(nèi)DNAN的去除率只有28.71±5.06%。DAAN在耦合系統(tǒng)、厭氧生物對(duì)照系統(tǒng)和ZVI 對(duì)照系統(tǒng)內(nèi)的生成濃度分別為 27.79±0.69 mg L-1、4.74±0.48 mg L-1 和 0.00±0.00 mg L-1。ZVI可促進(jìn)耦合系統(tǒng)維持高的甲酸累積量、低的ORP和良好的pH緩沖能力。同時(shí),ZVI也增強(qiáng)了產(chǎn)甲烷菌的活性。在存在競(jìng)爭(zhēng)性電子受體時(shí)(如NO3-、SO42-),耦合系統(tǒng)對(duì)DNAN的還原效果更穩(wěn)定,表明ZVI的存在可增強(qiáng)厭氧系統(tǒng)的穩(wěn)定性。采用鐵刨花對(duì)ZVI-厭氧生物耦合系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,探究耦合系統(tǒng)的穩(wěn)定性。結(jié)果表明鐵刨花可增強(qiáng)厭氧系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力,在低HRT、高DNAN濃度以及高鹽度條件下仍可保持比較穩(wěn)定的處理效果。耦合系統(tǒng)中的厭氧污泥具有清晰的顆粒污泥輪廓,結(jié)構(gòu)密實(shí)而又穩(wěn)定;而對(duì)照系統(tǒng)內(nèi)的污泥比較松散且表面粗糙。鐵刨花的投加可促進(jìn)厭氧系統(tǒng)內(nèi)微生物種群多樣性的增加,特別是與DNAN還原和產(chǎn)甲烷相關(guān)菌屬豐度的提高。在此基礎(chǔ)之上,開發(fā)了“ZVI-ZVI耦合UASB-MBBR-Fenton”組合工藝對(duì)DNAN生產(chǎn)廢水處理工藝進(jìn)行優(yōu)化,該組合工藝運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性表明其對(duì)難降解化工廢水的處理具有巨大的前景。
【圖文】：

究提出了生化過程為主、結(jié)合使用ＺＶＩ還原－高級(jí)氧化的總體研究思路，以期實(shí)現(xiàn)ＤＮＡＮ逡逑生產(chǎn)廢水的經(jīng)濟(jì)高效預(yù)處理。經(jīng)過預(yù)處理工藝處理后的廢水在進(jìn)入到生物處理單元進(jìn)行逡逑進(jìn)一步的處理，實(shí)現(xiàn)該廢水的達(dá)標(biāo)排放。具體的工藝流程如圖２．１所示。逡逑ＤＮＡＮ生產(chǎn)廢水通過蠕動(dòng)泵泵入到ＺＶＩ還原池內(nèi)，經(jīng)過充分的催化還原反應(yīng)，把逡逑ＮＡＣｓ轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的氨基芳香族化合物；ＺＶＩ還原池出水進(jìn)入到Ｆｅｎｔｏｎ反應(yīng)池內(nèi)，實(shí)現(xiàn)逡逑目標(biāo)污染物的部分礦化；Ｆｅｎｔｏｎ池出水通過投加碳酸鈉調(diào)節(jié)ｐＨ值至中性進(jìn)入到絮凝沉逡逑淀池內(nèi)，，使未反應(yīng)的Ｆｅ２＋及Ｆｅｎｔｏｎ反應(yīng)生成的Ｆｅ３＋以Ｆｅ（ＯＨ）３等形式沉淀下來(lái)；絮凝沉逡逑淀池出水加入適量的氮、磷、鈣、鎂等營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)入到ＡＢＲ厭氧折流板反應(yīng)器及ＭＢＢＲ逡逑好氧移動(dòng)床膜反應(yīng)器內(nèi)，進(jìn)行進(jìn)一步的生化處理，最終實(shí)現(xiàn)ＤＮＡＮ生產(chǎn)廢水的的達(dá)標(biāo)逡逑排放。逡逑丨＿邋；逡逑ＦｅＳＯ４邋７Ｈ－，０邋Ｈ２０７邐ｉ邐＇逡逑！邋0ｅＣｉｒＣｕｌａｔｌ邋氣邐＊邐ＰＡＭ邋Ｎｕｔｎｅｎｔ（Ｎ？Ｐ；ＣａＪｖｉｇ）邋Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉ＾ｉ邐；逡逑！邋３邐．ｆ邋￣ｒ￣ｉ邋ｒ１￣￣＾逡逑；薇邋ｒｖ邋ｒ邋＇邐？？？？％？－ｒ逡逑Ｌ邋趟逡逑１邐邋Ｎａ，Ｃ0３邐１邐邐＾邐＾邐１逡逑——邐逡逑；７邐８邐９；邐；逡逑ｉ邐Ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ邋Ｐｒｏｃｅｓｓ邐＇邐Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ邋Ｐｒｏｃｅｓｓ邐１逡逑圖２．１邋ＤＮＡＮ生產(chǎn)廢水處理Ｉ：藝路線：（１）進(jìn)水池，（２）鐵刨花填充床，（３）芬頓反應(yīng)池，（４）絮逡逑凝沉淀池

了廢水處理成本；鍍銅率過低，則對(duì)鐵刨花的催化效果N<不叨顯。因此，確定鐵刨花農(nóng)逡逑而丨：的鍍銅率對(duì)其降解ＮＡＣｓ邋ｊ＝Ｖ丫ｆ取要的意義。采取序批式反應(yīng)器，采川鍍銅率分別為逡逑０．１５％、０．２０％、０．２５％的鐵刨花處理初始濃度為２００邋ｉｎｇＬ—１的ＤＮＣＢ，結(jié)米如圖２．２所逡逑0逡逑２００邋－邋＾逡逑＼邐■邐Ｐｒｉｓｔｉｎｅ邋ｉｒｏｎ邋ｓｈａｖｉｎｇｓ逡逑＾，６０－１邐■邋－邐Ｃｕ／Ｆｅ０．１５％逡逑ｊ邋．邐：＼邐．．．．．Ａ邐Ｃｕ／Ｆｅ０．２０％逡逑＾邋１２0．邐Ｃｕ／Ｆｅ邋０．２５％逡逑．１邋．逡逑Ｉ邋■逡逑§邋４0－逡逑０－邋＾邋－邋＾逡逑１邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐逡逑０邐１２３４５６７８逡逑Ｔｉｍｅ邋（ｈ）逡逑圖２．２鍍銅率對(duì)ＤＮＣＢ還原過程的影響逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｔｈｅ邋ｅｆｆｅｃｔ邋ｏｆ邋ｃｏｐｐｅｒ邋ｐｌａｔｉｎｇ邋ｒａｔｅ邋ｏｎ邋ＤＮＣＢ邋ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ逡逑由圖２．２可知，隨著鐵刨花表面鍍銅率的增大，ＤＮＣＢ的去除速率也逐漸加快。／｜：逡逑鍍銅率為0．邋１５％下，需要８邋ｈ才能實(shí)現(xiàn)ＤＮＣＢ的完全去除；在鍍銅率分R%為０．２０％和０．２５％逡逑的條件下，則只需要４邋ｈ即可實(shí)現(xiàn)ＤＮＣＢ的完全降解。由此可見，在相同處理?xiàng)l件下，逡逑Ｃｕ／Ｆｅ雙金屬體系的還原處理效果要明顯高于表而未經(jīng)修飾的曑花。這卜故山Ｊ■■沉逡逑積在鐵刨花表面的金屬銅與鐵形成了更多的Ｃｕ／Ｆｅ原位腐蝕點(diǎn)，使付飲的腐蝕速牛．加快，逡逑釋放出更多的電子
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2711202