二硝基苯酚廢水厭氧生物處理實驗研究

黃貞嵐,吳 莉,桂雙林,付嘉琦,龔媛媛

(江西省科學(xué)院能源研究所,330096,南昌 )

0 引言

工業(yè)園區(qū)所接納的廢水具有污染物濃度高、種類多、毒性高、難生物降解等特點。常規(guī)物理+生化處理難以使其出水達標排放[1],廢水中難降解的有機成分很多,其中有二硝基苯酚等物質(zhì)。二硝基苯酚(DNP)可用作防腐劑和非選擇性生物累積農(nóng)藥,它是硫化染料、木材防腐劑和苦味酸的生產(chǎn)中的化學(xué)中間體。二硝基苯酚排入水體和耕地中造成污染,對人體及生態(tài)系統(tǒng)有毒害作用。近年來,研究人員開發(fā)了多種硝基苯廢水治理技術(shù),如吸附分離、生物降解、高級氧化、電分解等,產(chǎn)生了吸附去除效率低、易脫附、生物降解效果差等一系列問題[2]。為了解決這些問題,本研究提出一種新的處理方法,用納米材料預(yù)處理+厭氧生物處理方法來處理該廢水,能夠提高生物降解的效率。由于納米材料的預(yù)處理可將二硝基苯酚進行降解為易生物處理的有機物質(zhì)[3],然后進一步生物降解,本實驗采用納米鐵負載碳預(yù)處理+厭氧生物降解二硝基苯酚,實驗運行90 d,實驗結(jié)果為:經(jīng)納米鐵負載碳預(yù)處理后再厭氧反應(yīng)器處理2,4-二硝基苯酚廢水,廢水去除率為84.4%～94.6%,廢水二硝基苯酚濃度由44.2 mg/L降解為2.37 mg/L,同時與未預(yù)處理進行對比實驗。實驗結(jié)果表明預(yù)處理效果更好,主要是廢水在納米鐵負載活性炭微電解作用下二硝基苯酚結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,產(chǎn)生易于微生物降解的物質(zhì)[3]。

1 實驗部分

1.1 實驗材料及分析方法

1.1.1 實驗廢水 實驗廢水采用配置的廢水,其廢水性質(zhì)見表1。

表1 廢水水質(zhì)指標

1.1.2 接種污泥 接種污泥采用某制藥廠處理站厭氧反應(yīng)器底部的污泥。

1.1.3 分析方法 檢測儀器有紫外可見分光光度計、pH計。

1.2 實驗裝置

預(yù)處理裝置采用帶塞子的三角燒杯,厭氧實驗裝置采用成套的厭氧生物處理裝置,見圖1。該裝置包括厭氧生物反應(yīng)瓶、集氣瓶,厭氧反應(yīng)瓶的容積均為2.5 L,反應(yīng)瓶放入水浴恒溫鍋內(nèi),溫度控制在36±1 ℃。

圖1 厭氧生物處理實驗裝置

1.3 實驗方法

本次實驗包括納米材料預(yù)處理實驗和厭氧生物處理實驗。

1.3.1 納米材料預(yù)處理實驗 納米材料采用自制的納米鐵負載活性炭[4-5]。在500 mL三角燒杯中加入 2,4-二硝基苯酚廢水和納米鐵負載活性炭后,調(diào)pH值,不同的pH和不同的納米材料量下進行納米材料預(yù)處理實驗,用震蕩器震蕩2 h。

1.3.2 厭氧生物處理實驗 本實驗采用2組厭氧生物反應(yīng)器裝置,分別1號反應(yīng)器和2號反應(yīng)器。采用2種廢水,一種是未預(yù)處理的 2,4-二硝基苯酚廢水,另一種是經(jīng)納米鐵負載活性炭預(yù)處理的 2,4-二硝基苯酚廢水,實驗裝置如圖1。 實驗時間8月2日—10月30日,實驗天數(shù)為90 d,實驗分2個階段。

8.2—8.18 前期為微生物馴化期 ,實驗廢水與厭氧生物污泥按一定比例混合馴化培養(yǎng),在反應(yīng)器分別加入800 mL(某制藥廠厭氧反應(yīng)器底部污泥)+800 mL(某制藥廠處理站最終出水),水浴溫度控制36 ℃,攪拌速度為20%。廢水量從80～200 mL,反應(yīng)馴化期產(chǎn)生少量沼氣。

8.19～10.30 微生物增長期,加二硝基苯酚廢水量從220至300 mL。加料前測定反應(yīng)器pH為7.0,1號反應(yīng)器加未處理二硝基苯酚220～300 mL,2號反應(yīng)器加納米鐵-活性炭預(yù)處理二硝基苯酚220～300 mL。待厭氧生物反應(yīng)運行穩(wěn)定后,對進、出廢水的pH和波長370 nm處[4]吸光度進行檢測,觀察反應(yīng)器內(nèi)厭氧處理情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 厭氧處理二硝基苯酚廢水的效果分析

厭氧處理實驗采用2種廢水,一種是未預(yù)處理的二硝基苯酚廢水,另一種是經(jīng)納米鐵負載活性炭預(yù)處理的二硝基苯酚廢水。2種廢水pH值為6.0～7.0之間,廢水濃度均見表2,分別加入?yún)捬跎锾幚矸磻?yīng)器,運行穩(wěn)定后檢測2個厭氧反應(yīng)器的出水,1號為未預(yù)處理廢水的厭氧生物處理出水,2號為納米鐵負載活性炭預(yù)處理+厭氧生物處理的出水,0號為未處理進水。廢水pH值為6.0～7.0之間,在波長370 nm處有特征吸收峰[6],用紫外分光計檢測波長370 nm處[4]進水和出水的吸光度。根據(jù)二硝基苯酚作的標準曲線,得到廢水濃度,實驗結(jié)果見表2。

表2 2,4-二硝基苯酚廢水預(yù)處理+厭氧處理效果

從表2檢測結(jié)果看到,1號反應(yīng)器處理2,4二硝基苯酚廢水的去除率為64.1 %～76.2 %,2號反應(yīng)器處理2,4二硝基苯酚廢水的去除率為84.4 %～94.6 %,廢水濃度由44.2 mg/L降解為2.37 mg/L,2號反應(yīng)器的處理效果比1號反應(yīng)器的處理效果更好,主要是納米鐵負載活性炭微電解作用使二硝基苯酚結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,通過鐵碳微電解的氧化作用斷開大分子鏈,能改善B/C值,有利后續(xù)生化處理,縮短生化時間極易于達標[3]。二硝基苯酚廢水產(chǎn)生易于厭氧微生物降解的分子,所以去除效果相對較好。

2.2 不同廢水濃度和停留時間對厭氧處理效果影響

在不同的廢水濃度和停留時間進行厭氧處理實驗,1號反應(yīng)器是加入220 mL未預(yù)處理的硝基苯酚廢水,2號反應(yīng)器是加入220 mL納米鐵負載活性炭預(yù)處理的硝基苯酚廢水。運行穩(wěn)定后,對厭氧進水和出水進行全光譜紫外掃描,0號曲線為未處理廢水全光譜分析曲線;1號曲線為1號反應(yīng)器出水全光譜分析曲線;2號曲線為2號反應(yīng)器出水全光譜分析曲線。

2.2.1 廢水停留時間為3天厭氧處理實驗 廢水在厭氧反應(yīng)器停留時間為3天,進料廢水二硝基苯酚的濃度為50 mg/L左右,對厭氧反應(yīng)器的進水和出水進行全光譜紫外掃描圖,光譜圖見圖2。

0號曲線——未處理廢水全光譜分析曲線; 1號曲線——1號反應(yīng)器出水全光譜分析曲線;2號曲線——2號反應(yīng)器出水全光譜分析曲線圖2 停留時間為3天3種廢水全光譜紫外掃描圖

圖2為9月6日的廢水全光譜紫外掃描圖。從圖2可知,去除效果最好的是2號,說明2號二硝基苯酚廢水經(jīng)過納米鐵負載活性炭的預(yù)處理后效果較好。廢水在反應(yīng)器停留3天,停留時間加長,廢水去除率提高。0號、1號、2號廢水在波長370 nm處[4]測得吸光度分別為3.845、0.917、0.358,3種廢水的pH值為7.0,1號和2號廢水去除率分別為76.2%、90.7%,從全光譜紫外掃描圖看到有些波長的吸光度有所降低,而212 nm處的吸光度較高,主要由硝基產(chǎn)生的[6]。

2.2.2 停留時間為1天厭氧處理實驗 廢水在厭氧反應(yīng)器停留時間1天,進料廢水二硝基苯酚的濃度為50 mg/L左右,對厭氧反應(yīng)器進水和出水進行全光譜紫外掃描圖,光譜圖見圖3。

0號曲線——未處理廢水全光譜分析曲線; 1號曲線——1號反應(yīng)器出水全光譜分析曲線;2號曲線——2號反應(yīng)器出水全光譜分析曲線圖3 停留時間為1天3種廢水全光譜紫外掃描圖

圖3為9月13日的廢水全光譜紫外掃描圖。從圖3可知,去除效果最好的是2號,2號二硝基苯酚廢水經(jīng)過納米鐵負載活性炭的預(yù)處理后效果較好。廢水在反應(yīng)器停留1天,與圖2對比,停留時間縮短,廢水去除率下降。0號、1號、2號廢水在波長處[4]測得吸光度分別為3.845、2.666、1.393,3種廢水的pH值為7.0,1號和2號廢水去除率分別為30.7%、63.8%。從全光譜紫外掃描圖看到有些波長的吸光度有所降低,而212 nm處的吸光度較高,主要由硝基產(chǎn)生的[6]。

2.2.3 二硝基苯酚廢水濃度為15 mg/L左右的厭氧處理實驗 廢水在厭氧反應(yīng)器停留時間1天,進料廢水二硝基苯酚的濃度降低為15 mg/L。對厭氧進水和出水進行紫外可見光譜分析,全光譜紫外掃描見圖4。

00號曲線--未處理廢水全光譜分析曲線; 1號曲線--1號反應(yīng)器出水全光譜分析曲線;2號曲線--2號反應(yīng)器出水全光譜分析曲線圖4 廢水濃度為15 mg/L 3種廢水全光譜紫外掃描圖

圖4為10月12日的全光譜紫外掃描圖。從圖4可知,去除效果較好的是2號,說明2號二硝基苯酚廢水經(jīng)過納米鐵負載活性炭的預(yù)處理后效果較好。0號、1號、2號廢水在波長370 nm處[2]測得吸光度分別為2.677、 2.353、0.992,3種廢水的pH值為7.0,1號、2號廢水去除率分別為12.1%、63.0%。進料廢水濃度降低,去除率變化不大。從全光譜紫外掃描圖看到有些波長的吸光度有所降低,而212 nm處的吸光度較高,主要由硝基產(chǎn)生的[6]。

3 結(jié)論

二硝基苯酚廢水經(jīng)納米鐵負載活性炭預(yù)處理后再厭氧微生物處理,廢水濃度由44.2 mg/L降解為2.37 mg/L,廢水的去除率為84.4%～94.6%,效果比未預(yù)處理的好。由于納米鐵負載活性炭微電解作用使二硝基苯酚結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,生成易厭氧微生物降解的分子。當進料廢水濃度為50 mg/L,停留時間為3天時,廢水去除率為90.7%,停留時間為1天時,廢水去除率為63.8%。廢水在厭氧反應(yīng)器中停留時間加長,可提高二硝基苯酚廢水去除率。廢水進料濃度的變化對去除率變化不大,當進料廢水濃度降低為15 mg/L,停留時間為1天,廢水去除率為63.0%。從全光譜紫外掃描圖看到有些波長的吸光度有所降低,而212 nm處的吸光度較高,主要由硝基產(chǎn)生的。