硝基苯废水治理的最新研究进展

收稿日期:2006-05-26作者简介:卢毅明(1982-),男,江苏扬州人,同济大学环境科学与工程学院在读硕士生,主要从事内电解生产性研究工作。文章编号:1673-1212(2006)06-0078-04硝基苯废水治理的最新研究进展卢毅明1,吴德礼2,马鲁铭3(11213同济大学环境科学与工程学院,上海200433)摘要:硝基苯类化合物的高毒性、难降解性及其在环境中的积累性,使得硝基苯污染治理越来越受到科研工作者的关注。近几年国内外硝基苯废水治理的研究主要包括物化法、生物法两大类。深入探讨每种技术的基本原理和存在的问题,对硝基苯类废水的处理难点和关键技术以及今后的研究方向进行了分析探讨,发现目前尚未出现具有显著经济和环境优势的技术,同时还指出硝基苯废水处理技术近期的进展可能取决于将现有处理技术综合应用。关键词:硝基苯废水处理;电化学还原;高级化学氧化;生物降解中图分类号:X70311文献标识码:A硝基苯属于高毒性物质,被列于世界“环境优先控制有毒有机污染物”的名单前列[1]。但它又是重要的化工原料,广泛应用于国防、印染、塑料、农药和医药工业,全世界每年排入环境中的硝基苯超10,000t[2]。硝基苯废水一般含硝基苯300mgΠl左右,苯氨30mgΠl左右。目前,国内外处理硝基苯废水的主要方法有物理化学法和生物法。1物理化学处理法1.1电化学法1.1.1铁内电解还原法近年来,内电解法新技术在硝基苯废水这类难降解有机工业废水处理方面的研究十分活跃。该过程基于金属腐蚀溶解的电化学原理,即利用两种具有不同电极电位的金属或金属和非金属相互接近,浸没在废水中形成原电池,并产生电场。借助电场作用,使废水中的胶体粒子和杂质通过电极沉积、凝聚和氧化还原的电化学反应,使废水得到净化[3]。铁单质发生阳极腐蚀释放电子,硝基类有机物在阴极得到电子转化为胺基类有机物。如存在氧气,会生成具有一定絮凝作用的Fe(OH)3,去除部分悬浮物及高分子染料。樊金红等人[4]用Fe-Cu微电池电解法预处理硝基苯废水,当进水浓度为250mg·L-1条件下,硝基苯全部转化为苯胺;当进水硝基苯浓度为1900mg·L-1时,反应时间为4.5h,硝基苯的转化率达到100%。赵德明等人[5]用Fe-C内电解法加H2O2组合工艺处理对氯硝基苯废水时,控制pH=3.0,总停留时间2h后,对氯硝基苯的转化率达到83%左右。硝基苯向金属表面的传质过程决定了硝基苯降解的速率,而超声空化能够改善传质效果,达到较好的处理效果。Hung等[6]研究了超声波分解、零价铁还原以及两种过程的共同作用来促进硝基苯和苯胺的降解。实验表明,在超声波存在条件下,金属铁还原硝基苯的速率会明显加快。在联用系统中,硝基苯的降解速率方程可用下式表示:-d[NB]dt=KUS[NB]+KFe0[NB]+K′[NB]=(KUS+KFe0+K′)[NB]其中,KUS、KFe和K′分别为单独使用超声分解、零价铁Fe0和两者同时使用时的增强效应速率常数,由此可知,两种降解方法的联用有协同作用。如果只使用零价铁还原时,最终产物一般为苯胺,而与超声波联用后可以将苯胺也完全降解,从而实现硝基苯的彻底无机矿化,其可能反应机理如下:1.1.2电解氧化还原法该过程是利用硝基苯在电解池阴极得到电子,从而被还原为苯氨。Jiang等人[7]以铜-锆非晶合金作为电催化剂,电解化学还原对硝基苯的去除程度,试验表明,在铜-锆非晶合金催化下,能有效提高硝基苯的降解程度。李玉平等人[8]在温和条件下,使用自制电极电催化还原低浓度·87·第31卷第6期2006年9月环境科学与管理ENVIRONMENTALSCIENCEANDMANAGEMENTVol131No16Sep12006硝基苯废水,研究表明,硝基苯转化率大于85%,苯胺产率大75%。K.POLAT[9]等人研究表明,使用混汞铜作为电解电极能高效的将硝基苯还原为对氨基苯酚。但由于电解存在耗电多、能耗大等问题,使其应用范围较窄,一般适用于小排量难降解废水,实际工程应用价值还须进一步研究。此外,非平衡等离子体技术在治理废水中的应用日益受到重视,电子束技术、电水锤技术、气液混合体脉冲电晕技术都具有良好的应用前景[10]。1.2化学氧化法化学氧化法是指利用强氧化剂的氧化性,在一定条件下与水中有机污染物发生反应,从而达到消除污染的目的,国内外的研究热点是高级化学氧化法。该过程是指在催化剂存在的条件下,氧化剂在水溶液中与有机质发生反应,诱发产生氧化性极强的羟基自由基(·OH),其氧化电位为2.80V,对有机质有强烈的破坏、分解作用,且不产生二次污染[10]。其中,研究较广的为均相与多相催化氧化技术、光催化氧化技术与超声波催化氧化技术。1.2.1均相与多相催化氧化法在均相催化氧化过程中,利用复合氧化剂诱发羟基