电调控硫转化强化硝基芳香化合物降解的方法技术

本发明专利技术公开了一种电调控硫转化强化硝基芳香化合物降解的方法。所述方法通过在传统厌氧生物反应器中增设阴阳极，并将厌氧污泥接种至电极表面，经驯化在电极表面形成生物膜，构建电调控厌氧生物处理系统，利用构建的电调控厌氧生物处理系统处理含有硫酸盐的硝基芳香化合物废水，调控阴极电位强化硝基芳香化合物的还原转化。本发明专利技术通过电场调控实现硫酸盐还原产物硫化物的实时转化并同步释放电子，为硝基芳香化合物还原补充电子，促进其还原，减少了外加碳源的使用，同时有效削减硫化氢的毒性抑制，并且可通过参数调节，实现工行业废水的高效处理，适用范围广泛，可灵活运用。可灵活运用。可灵活运用。

【技术实现步骤摘要】
电调控硫转化强化硝基芳香化合物降解的方法


[0001]本专利技术属于工业废水处理
，涉及一种电调控硫转化强化硝基芳香化合物降解的方法。

技术介绍

[0002]医药、农药、染料、炸药等精细化工是重要的支柱产业，也是高污染行业，产生了大量含有高浓度难降解有机污染物的工业废水。这类工业废水未经处理或者处理不当，将会引起造成严重的环境污染和健康问题。例如，火炸药工业废水中含有的硝基芳香族化合物，往往具有致癌性、致突变性，长期暴露会损伤人类及动物的肝脏和肾脏，严重危害健康。另一方面，在医药、农药、炸药等生产过程中，常常消耗大量的硫酸，这类废水中通常含有硫酸盐。硫酸盐进入环境后会在硫酸盐还原菌的作用下还原为硫化氢，引起管道腐蚀、硫化氢中毒等多种环境影响。
[0003]目前处理这类工业废水的技术可分为物理法、化学法、生物法三大类。其中物理法包括吸附法和萃取法等，虽然具有较好的处理效果，但存在环境因素限制、二次污染等问题。化学法包括臭氧氧化技术、Fenton氧化技术及电化学法等，成本较高，同时由于硝基的吸电子特性使得苯环的电子密度降低，导致硝基芳香化合物难以被氧化。生物法可分为好氧生物法和厌氧生物法，好氧处理会导致硝基芳香化合物挥发，造成环境污染，厌氧生物技术虽然具有更好的降解效果，但由于废水中可生物利用的碳源比例偏低，厌氧系统难以高效运行。
[0004]为了提高特征污染物的厌氧还原效果，在实际运行中厌氧单元投加大量的有机碳源，不仅增加了废水处理成本，还会导致硫化氢的产生，引起厌氧系统的硫化氢中毒。Li等人指出在传统的电化学还原硝基苯工艺中，硝基苯还原成苯胺的电位通常比大多数电极放出的分子氢的电位低，因此在硝基苯还原成苯胺的电位下电解往往会导致水的平行电解，从而降低电流效率，并且硝基苯通过电化学还原会产生亚硝基苯和羟胺基苯这两类中间产物，使得硝基苯降解并不彻底(Li Y P,Cao H B,Liu C M,et al.Electrochemical reduction of nitrobenzene at carbon nanotube electrode[J].Journal of Hazardous Materials,2007,148(1
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2):158
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163.)。Mu等人利用生物电化学系统还原硝基苯，证实了生物电化学系统强化硝基苯降解的可行性，但忽略了实际的硝基芳香化合物中通常存在硫酸盐，缺乏对硫酸盐去除的研究，不利于工艺的实际运用(Yang M U,Rozendal R A,Rabaey K,et al.Nitrobenzene Removal in Bioelectrochemical Systems[J].Environmental Science&Technology,2014,43(22):8690
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8695.)。

技术实现思路

[0005]针对高浓度难降解工业废水中可生物利用的碳源比例偏低，厌氧系统难以高效运行的难题，本专利技术提供一种电调控硫转化强化硝基芳香化合物降解的方法，通过电场调控实现硫酸盐还原产物硫化物的实时转化并同步释放电子，为硝基芳香化合物的还原补充电
子，促进其还原并有效削减硫化氢的毒性抑制，实现医药、农药、染料、炸药等精细化工行业产生的含有硝基芳香化合物的工业废水的高效处理。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]电调控硫转化强化硝基芳香化合物降解的方法，包括以下步骤：
[0008](1)构建电调控厌氧生物处理系统：在传统的厌氧系统中增设阴阳极，经长期的含硝基芳香化合物的模拟废水驯化，在反应器电极表面形成生物膜；
[0009](2)硫转化强化硝基芳香化合物降解：利用构建的电调控厌氧生物处理系统处理含有硫酸盐的硝基芳香化合物废水，调控阴极电位为
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650mV～
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850mV，强化硝基芳香化合物的还原转化。
[0010]本专利技术中，所述的含硝基芳香化合物为常见的工业废水中存在的含硝基芳香化合物，包括但不限于硝基苯、硝基酚、对硝基苯等。
[0011]优选地，步骤(2)中，调控阴极电位为
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700mV～
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850mV。
[0012]进一步地，上述电调控硫转化强化硝基芳香化合物降解的方法，具体包括以下步骤：
[0013]步骤1，构建无隔膜升流式电调控厌氧生物反应器：在传统厌氧生物反应器中增设阴极与阳极，并将厌氧污泥分别接种至阴极和阳极表面，由含硝基芳香化合物的模拟废水驯化30天以上，在反应器电极表面形成生物膜；
[0014]步骤2，硫转化强化硝基芳香化合物降解：将含有硫酸盐的硝基芳香化合物废水以连续流的方式流入无隔膜升流式电调控厌氧生物反应器中，利用外加电压控制反应器的阴极电位为
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650mV～
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850mV，强化硝基芳香化合物的还原转化。
[0015]进一步地，步骤1中，厌氧污泥的初始接种浓度为15～25mg/L。
[0016]进一步地，在本专利技术具体实施方式中，含硝基芳香化合物的模拟废水为含0.812mM的硝基苯的模拟废水。
[0017]进一步地，步骤1中，所述的无隔膜升流式电调控厌氧生物反应器的电极材料为石墨毡，形状为契合圆柱体反应器的圆形，由钛丝固定在反应器内。
[0018]进一步地，步骤1中，石墨毡在使用之前进行预处理，具体预处理方法如下：首先将石墨毡置于32％的HCl溶液中浸泡两小时，然后用去离子水冲洗干净，再将其浸泡于去离子水中，超声清洗一小时，用去离子水冲洗至中性后，置于温度为50℃的烘箱中烘至完全干燥。
[0019]进一步地，步骤1中，所述的无隔膜升流式电调控厌氧生物反应器中，阴极置于反应器下部，阳极置于反应器上部，阴阳极相隔4cm，间隔区域插入Ag/AgCl参比电极用于测定阴极电位与阳极电位，其中生物阴极为工作电极，生物阳极为对电极。
[0020]进一步地，步骤2中，连续流是指模拟废水由蠕动泵连续由反应器底部泵入反应器，废水依次流经反应器的阴极区域和阳极区域。
[0021]进一步地，步骤2中，连续流废水的水力停留时间为16～22h，无隔膜升流式电调控厌氧生物反应器的运行温度为23～30℃。
[0022]本专利技术中，含有硫酸盐的硝基芳香化合物废水依次流经反应器的阴极区域和阳极区域，其中阳极区域主要发生氧化反应，大部分氧化反应需通过电化学活性菌氧化可生物降解的有机及无机基质产生电子和质子，产生的电子通过电子传递链传递至阳极电极上，
再通过外电路传递至阴极，产生的质子通过质子交换膜传递至阴极。阴极区域主要发生还原反应，电化学活性菌接受来自阴极电极提供的电子，并还原阴极室的电子受体，例如硝基芳香化合物、硫酸盐等，硝基芳香化合物可在阴极被还原为相应的氨基衍生物，氨基衍生物通常毒性更低，更易于生化降解，因此氨基衍生物的生成更有利于硝基芳香化合物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.电调控硫转化强化硝基芳香化合物降解的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)构建电调控厌氧生物处理系统：在传统的厌氧系统中增设阴阳极，经长期的含硝基芳香化合物的模拟废水驯化，在反应器电极表面形成生物膜；(2)硫转化强化硝基芳香化合物降解：利用构建的电调控厌氧生物处理系统处理含有硫酸盐的硝基芳香化合物废水，调控阴极电位为
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650mV～
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850mV，强化硝基芳香化合物的还原转化。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的含硝基芳香化合物为硝基苯、硝基酚或对硝基苯。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，调控阴极电位为
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700mV～
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850mV。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，构建无隔膜升流式电调控厌氧生物反应器：在传统厌氧生物反应器中增设阴极与阳极，并将厌氧污泥分别接种至阴极和阳极表面，由含硝基芳香化合物的模拟废水驯化30天以上，在反应器电极表面形成生物膜；步骤2，硫转化强化硝基芳香化合物降解：将含有硫酸盐的硝基芳香化合物废水以连续流的方式流入无隔膜升流式电调控厌氧生物反应器中，利用外加电压控制反应器的阴极电位为
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650mV～
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850mV...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈锦优，王治茹，李燕，江心白，陈丹，张丽彬，杨旸，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：