序批式气升环流反应器处理硝基苯废水

Posted 2023-01-13 硝基苯

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摘要：采用序批式气升环流反应器（SAR）处理硝基苯废水，研究了硝基苯浓度和COD/N对处理过程的影响，分析了缺氧段COD和硝基苯降解动力学。结果表明，硝基苯在缺氧段被还原为苯胺，而苯胺在好氧段得到快速降解。硝基苯与基质（葡萄糖-COD）最佳质量比为1：35～1：25，该条件下反应器对硝基苯和COD去除率分别可达99%～100%和92%～94%。由于受传质限制，进水需要维持106 mg/L的氨氮（葡萄糖-COD/N比值为100：10）以满足缺氧段微生物对氨氮的营养需要。缺氧段COD的降解符合二级动力学，反应速率常数k2为2.7×10-4 L•mg/h；硝基苯的降解符合一级动力学，反应速率常数k1为0.14 h-1。研究表明，序批式气升环流反应器可作为一种简单而有效的反应器用于处理硝基苯废水。

硝基苯作为重要的化工原料，主要用于制备苯胺、炸药、染料、农药和医药等。硝基苯由于对人和动物血液或神经系统产生毒害作用，被许多国家列为优先控制污染物。近年来，人们尝试吸附、FENTON反应、臭氧氧化、光化学降解、超声辐照、超临界水氧化等物化方法处理硝基苯废水，取得了良好效果，但处理成本过高或容易产生二次污染问题限制了它们的广泛应用。与物化法相比，生物法在处理硝基苯废水方面更为有效，而且可避免二次污染问题。厌氧微生物可从易降解基质的分解获得还原能力，把硝基苯还原成苯胺，而好氧微生物可通过单加氧酶或双加氧酶攻击，实现苯胺开环和降解。因此，通过厌氧/好氧组合工艺可实现硝基苯的矿化。

目前硝基苯废水生物处理研究和工程应用主要集中于连续流厌氧/好氧组合工艺如水解酸化/活性污泥组合工艺、滴滤池/活性污泥组合工艺、厌氧折流板反应器/活性污泥组合工艺等，但实际应用表明，这些工艺存在启动和再启动困难问题，而且容易受浓度负荷变化影响。作为一种间歇式的废水处理工艺，序批式活性污泥法（SBR）在硝基苯废水处理方面可克服上述组合工艺的不足。

一方面，它结构简单，反应器的启动和操作也非常简便；另一方面，它可以提供硝基苯还原和苯胺降解所需要的缺氧和好氧环境，而且缺氧和好氧时间可根据需要进行调整。有鉴于此，笔者采用传质和传氧性能良好的气升环流反应器进行间歇实验，考察硝基苯浓度和COD/N对该反应器处理硝基苯废水效果的影响，分析缺氧段COD和硝基苯降解动力学，为硝基苯废水处理工程实践提供借鉴。。

1材料与方法

1.1实验装置

序批式气升环流反应器（SAR）实验装置如图1所示，其有效容积为5.5L，外筒直径与高度分别为14.5cm和42.5cm，内筒直径和高度分别为8.5cm和26cm，出水口离底部15cm。在缺氧段，通过水力循环（上流速度3.6L/h）强化传质；在好氧段，通过反应器底部的微孔曝气器以0.04m3/h的流量为反应器提供空气，溶解氧（DO）为0.5～3.5mg/L。PH和DO在液面下5cm处进行测量。

1.2接种污泥与驯化

反应器在室温（25～28度）下序批式运行。

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