Fenton试剂氧化耦合固定化微生物滤池处理火炸药污染土壤淋洗液

发布时间：2020-07-14 20:47

【摘要】：三硝基甲苯是制造火炸药的主要成分之一,在众多领域均有应用,例如:军工企业、炸山开矿等。将粗制的TNT通过亚硫酸钠精制的过程中,会产生含有大量硝基化合物及其他焦油态物质的火炸药废水(红水),如果这些废水没有得到有效处理而直接排放到周边土壤中,火炸药中的硝基化合物会对土壤、植物及土壤里生物造成极大危害。淋洗法是一种常用的物理修复方法,但该方法只是将污染物从土壤中转移到水中,污染物并未得到降解。土壤淋洗液中含有的二硝基甲苯磺酸钠、三硝基甲苯、二硝基甲苯、硝基甲苯等硝基芳香族化合物毒性强、COD浓度高、难以生化降解,直接排放会对生态环境和人体健康造成严重危害。因此,有效处理火炸药污染土壤淋洗液,对于改善生态环境、维护当地居民的健康具有重要意义。本研究综合运用物理、化学和生物法对火炸药污染土壤淋洗液进行了处理研究,充分发挥各种方法的优势,探讨了处理火炸药污染土壤淋洗液的有效方法。在预处理方面,探讨了Fenton试剂氧化处理火炸药污染土壤淋洗液的效果,选择一级、二级动力学方程对Fenton氧化降解污染物COD的反应动力学进行了拟合,确定了Fenton试剂氧化处理火炸药污染土壤淋洗液的最佳条件。在预处理研究基础上,利用固定化微生物厌氧生物滤池(G-AF)+好氧生物滤池(G-BAF)系统组合工艺处理火炸药污染土壤淋洗液,探索了该系统对COD去除的可行性,研究了G-AF-BAF处理Fenton出水的影响因素,确定了G-AF-BAF系统处理Fenton出水的最佳条件,并对优势降解菌进行了鉴定。具体结论如下:(1)火炸药污染土壤淋洗液为黑红色废水(pH=6.5~7.5),COD为45500mg·L-1,淋洗液为毒性废水。将淋洗液稀释10倍后,采用Fenton试剂氧化可有效处理火炸药污染土壤淋洗液,得到最佳反应条件:当FeSO_4·7H_2O投加量为8.0 g·L-1,H_2O_2投加量为64.0 ml·L-1,初始pH值为3,反应时间120 min及反应温度30℃时,土壤淋洗液的COD由4553.9降至800.1 mg·L-1,COD去除率达到82.4%;淋洗液中COD的降解符合二级反应动力学方程。根据紫外可见分光光谱检测可知,当吸收波长为500 nm时,吸光度为3.90,结果表明,水样中含有大量硝基化合物,经Fenton试剂氧化处理后,水样在500 nm处的吸光度由3.90降至0.27。因此,采用Fenton试剂可氧化去除大部分在可见区有吸收的有机污染物。经Fenton氧化处理后,水样的急性毒性降低94.7%,B/C由0.007升至0.22,可生化性得到明显改善。(2)在Fenton试剂预处理的研究基础上,利用FPU(功能化大孔聚胺酯交联载体)固定化高效复合微生物P925的两级G-AF-BAF系统,经过长时间运行,COD得到了很大程度的降低,其好氧系统出水COD稳定。(3)厌氧系统和好氧系统的HRT分别选择48h和36h,为了保证出水效果并且尽量缩短水力停留时间(HRT),整个系统的HRT选择为36 h;生化处理的最佳进水pH值为7。(4)微生物可成功固定在FPU上,系统稳定运行时,微生物对Fenton预处理水的适应性较好。厌氧反应器中微生物多为丝状,好氧反应器中微生物多为球状。(5)对反应器中的优势菌种进行了高通量测序分析,得出降解Fenton预处理过的火炸药污染土壤淋洗液的优势菌有:(Dok59)、假单胞菌属(Pseudomonas)、枝动杆菌属(Mycoplana)、诺维螺菌属(Novispirillum)、藤黄单胞菌属(Luteimonas)、热单胞菌属(Thermomonas)、亚硝化弧菌属(Nitrosovibrio)、鞘脂单胞菌属(Sphingopyxis)、副球菌属(Paracoccus)、(Proteiniclasticum)。
【学位授予单位】：西北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X789;X53
【图文】：

图 2.1 淋洗装置Fig.2.1 Equipment of leaching试剂用主要试剂和仪器见表 2.1 和 2.2。表 2.1 主要仪器和设备Tab.2.1 Major experimental equipment and instruments 型号，厂家和生产地THZ-82，金坛市富华仪器有限公衡离心机 TDI5-WS，湘仪离心机，中国Milli-Q Gradient,MILLIPORE，干燥箱 SFG-02.500,上海益恒实验仪器有 BS223S，Sartorins，德国

标准曲线的测定：分别取已配置好的过氧化氢标准溶液（100 mg·L-1)，取 0.4，0.8，1.2，1.6，2.0，2.4，2.8，3.2 mL 于具塞比色管中，分别加入 1.0 mL 的 3.0 mol·L-1硫酸溶液和 0.05 mol·L-1硫酸钛溶液，再加入超纯水至 10 mL。放置 10 min，在400 nm 波长下，以超纯水作参照对比，测定其吸光度。具体操作步骤：先将 Fenton 氧化反应结束后的一定量的待测溶液取 1.0 mL加入 25 mL 具塞比色管中，再分别加入 1.0 mL 的 3.0 mol·L-1硫酸溶液和 0.05mol·L-1硫酸钛溶液，定量至 10 mL 并摇匀后放置 10 min，在 400 nm 波长下，以超纯水作为参照比对，测定其吸光度。根据所测吸光度于标准曲线上查得过氧化氢的浓度，见图 2.2 所示。相关系数 r2=0.9999，回归方程 y=0.02229x+0.03867（式 2.3），H2O2浓度在 0~32 mg·L-1内与吸光度呈线性关系。

图 2.4 FeSO4·7H2O投加量对 COD 去除率的影响Fig. 2.4 Effect of FeSO4·7H2O dosage on COD removal由图可知，当 FeSO4·7H2O 投加量由 2.0 增至 8.0 g·L-1时，COD 去除率由68.2%升至 72.6%，FeSO4·7H2O 的投加量继续增加，COD 去除率有所下降，但变化不大。这是由于溶液中 Fe2+浓度较低时，H2O2的利用率低，生成的·OH少，不能够完全氧化有机物，导致 COD 去除率较低。随着 FeSO4·7H2O 投加量增加，生成的·OH 逐渐增多，COD 去除率随之增大。当 FeSO4·7H2O 投加量超过 8.0 g·L-1时，由于生成的大量·OH 来不及与有机物反应，积聚的·OH 相互反应生成水，使得 COD 去除率略有下降[50]。试验选择 FeSO4·7H2O 最佳投加量为8.0 g·L-1。2.3.2 H2O2投加量对处理效果的影响在溶液初始 pH 为 3、FeSO4·7H2O 投加量为 8.0 g·L-1、反应时间 120 min 及反应温度 30 ℃条件下，研究了 H2O2投加量对火炸药污染土壤淋洗液 COD 去除

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈胜兵,何少华,娄金生,谢水波;Fenton试剂的氧化作用机理及其应用[J];环境科学与技术;2004年03期

2 张德莉;黄应平;罗光富;刘德富;马万红;赵进才;;Fenton及Photo-Fenton反应研究进展[J];环境化学;2006年02期

3 范拴喜;江元汝;;Fenton法的研究现状与进展[J];现代化工;2007年S1期

4 蒋进元;李勇;王国威;周岳溪;;Fenton法处理腈纶聚合废水[J];环境科学研究;2010年07期

5 刘红玉;李戎;;Fenton反应及其在印染废水处理中的应用进展[J];印染助剂;2010年09期

6 张天永;史慧贤;卢洲;杨秋生;刘旭;韩聪;;Photo-Fenton和Photo-Fenton-like试剂对萘羟基化反应的影响[J];精细石油化工;2010年02期

7 况柏华;;Fenton试剂处理树脂废水影响因素研究[J];广东化工;2012年10期

8 冯柏林;梁继美;杜婷;王毅;;Fenton法的反应机理及类Fenton法的应用研究[J];广东化工;2012年15期

9 林于廉;田伟;杨志敏;陈玉成;陈庆华;李家杰;;微波-Fenton对沼液中抗生素和激素的高级氧化[J];环境工程学报;2013年01期

10 ;A Novel and Convenient Assay for the Determination of OH Produced by Fenton Reaction[J];Chinese Chemical Letters;1998年06期

相关会议论文 前10条

1 张媛媛;涂玉婷;熊亚;;Fenton-like Catalytic Activity of Nano-Lamellar Fe_2V_4O_(13) towards Degradation of Organic Pollutants[A];第六届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2009年

2 ;Detection of Peptide Damage Induced by Fenton Reaction with Electrochemical Biosensor[A];第十一次中国生物物理学术大会暨第九届全国会员代表大会摘要集[C];2009年

3 周乃磊;王中琪;徐旭东;;采用Fenton/UV技术处理工业切削液废水的试验研究[A];中国环境科学学会2009年学术年会论文集（第一卷）[C];2009年

4 ;Fenton-like and Photo-Fenton-like Performance of FeVO_4[A];第五届全国环境化学大会摘要集[C];2009年

5 班福忱;刘炯天;段海霞;;电-Fenton法在水处理中的研究现状及发展趋势[A];2008中国水处理技术研讨会暨第28届年会论文集[C];2008年

6 罗玮;朱丽华;M.E.Abbas;唐和清;;铁酸铋类Fenton催化剂的制备及其应用[A];持久性有机污染物论坛2010暨第五届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集[C];2010年

7 刘鸿;李湘中;王静;玄小立;;电-Fenton反应降解有机污染物的动力学研究[A];第三届全国环境化学学术大会论文集[C];2005年

8 王静;刘鸿;曾锋;;电-Fenton降解邻苯二甲酸二甲酯的研究[A];第三届全国环境化学学术大会论文集[C];2005年

9 赵景联;李厚宝;苏慈;;超声辐射Fenton反应连续流方式降解水相酚的研究[A];中国化学会第八届水处理化学大会暨学术研讨会论文集[C];2006年

10 马家海;赵进才;;Fenton-like反应中蒽醌分子的可见光助催化作用[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年

相关重要报纸文章 前1条

1 大连太平洋电子有限公司 胡惠菲邋孙敬孝 于长兴 思捷环保科技有限公司 杨光辉;实施PCB清洁生产和循环利用[N];中国电子报;2008年

相关博士学位论文 前10条

1 吴彦霖;基于羟基自由基（HO~·）和硫酸根自由基（SO_4~(·-)）的高级氧化技术的研究[D];复旦大学;2014年

2 梁欢;硅藻土基非均相Fenton催化材料的制备及其降解染料废水的研究[D];中国地质大学;2015年

3 丁星;典型环境污染物的光电催化去除及其机理研究[D];华中师范大学;2015年

4 陈永利;非均相UV-Fenton处理氯酚废水的研究[D];广西大学;2015年

5 王勇;类Fenton法氧化废水中邻苯二酚的效能及机制研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

6 宫常修;超声耦合Fenton氧化技术破解污泥效果及其机理研究[D];清华大学;2015年

7 李楠;废旧线路板用于非均相Fenton体系去除难降解有机物的研究[D];天津大学;2015年

8 夏广森;聚丙烯腈基碳纤维阴极改性前后的氧还原反应机制及在电Fenton体系中的应用[D];中国海洋大学;2015年

9 周国强;基于造纸污泥的非均相Fenton催化剂制备及催化性能研究[D];浙江大学;2016年

10 王鑫宇;Fenton降解杨木APMP制浆废液中木素和糖类污染物的作用机理[D];广西大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 周雅莉;紫外光结合Fenton法处理炸药废水研究[D];中北大学;2006年

2 雷敏;UV-Fenton降解全氟辛酸及其机理研究[D];华中科技大学;2011年

3 龙冉冉;异相Fenton法降解Orange Ⅱ的研究[D];华南理工大学;2015年

4 方飞;Fe/污泥非均相Fenton催化剂的制备、表征及性能研究[D];浙江大学;2015年

5 周武元;毒死蜱的毒性及其化学氧化去除的试验研究[D];燕山大学;2015年

6 张晓;葡萄酒废水Fenton氧化及生物处理实践研究[D];青岛理工大学;2015年

7 韩征飞;Fenton流化床—混凝沉淀深度处理造纸废水的试验研究[D];郑州大学;2015年

8 杨龙;微波协同Fenton降解邻苯二甲酸二甲酯及协同机理研究[D];青岛理工大学;2015年

9 印献栋;强化Fenton氧化深度处理头孢菌素废水研究[D];河北科技大学;2014年

10 彭晓t

本文编号：2755465