人工濕地處理含硝基苯廢水的研究

洪浩

[摘要]硝基苯廢水作為一種具有高毒性和易積累性的優(yōu)先控制污染物，其治理日益受到人們的關(guān)注，采用物理法或化學法作為預(yù)處理，提高硝基苯廢水的可生化性，利用生物處理技術(shù)作為終端處理的復(fù)合處理方法將是硝基苯廢水徹底處理的主要研究方向。本研究采用不同類型的人工濕地（燈芯草水平潛流人工濕地、無植物水平潛流人工濕地和潮汐流人工濕地）處理人工配制的硝基苯廢水，探討人工濕地污水處理技術(shù)應(yīng)用于硝基苯廢水處理的可行性，以及硝基苯的去除對其他污染物降解的影響。

研究結(jié)果表明：三組不同類型的人工濕地在硝基苯進水濃度為70 mg/L以下時，均表現(xiàn)出了較高的（>90%）硝基苯去除能力，證明了人工濕地技術(shù)可以用于處理硝基苯廢水。隨著進水硝基苯濃度升高至160 mg/L，燈芯草水平潛流人工濕地、無植物水平潛流人工濕地和潮汐流人工濕地中硝基苯去除率分別下降至57%，46%和33%，證明了濕地植物燈芯草對水平潛流人工濕地中硝基苯的降解起到了促進的作用。

[關(guān)鍵詞]人工濕地 硝基苯 去除效果

[中圖分類號] S156.8 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-3-318-2

1不同類型人工濕地處理硝基苯廢水效果研究

1.1引言

硝基苯是有機化學工業(yè)中一種重要的精細化工中間體和化工原料，其經(jīng)過磺化、硝化或還原等反應(yīng)的產(chǎn)物可用以合成燃料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、橡膠及塑料助劑、合成洗滌劑、炸藥及石油化工等產(chǎn)品[1]。由于硝基苯是一種劇毒化學品，具有很強的致癌和致突變性，人類長時間攝入會導(dǎo)致血紅蛋白變性，可引起皮膚炎癥、貧血、肝臟損壞和神經(jīng)衰弱等疾病，被我國列為優(yōu)先控制的環(huán)境污染物。

硝基苯經(jīng)常伴隨著炸藥廠、有機化工廠或塑料制造廠未經(jīng)處理的污水排放到環(huán)境水體中。我國每年硝基苯產(chǎn)量超過80萬t，一個年產(chǎn)硝基苯4000 t的工廠，每天大約排放硝基苯廢水15 t，全球每年約有超過1萬t的硝基苯通過不同途徑進入到環(huán)境介質(zhì)中[2]。我國工業(yè)排放廢水標準（GB8978-1996）和地表水環(huán)境標準（GB3838-2002）中對硝基苯環(huán)境質(zhì)量標準有嚴格的規(guī)定，分別為2 mg/L和0.017 mg/L。但是典型化工廠硝基苯廢水與被硝基苯污染的水體濃度均嚴重超標，因而使得硝基苯廢水的處理日益受到人們的關(guān)注。

1.2硝基苯廢水處理的展望

物理法的工藝流程相對較簡單，可以實現(xiàn)污染物的回收再利用，但是存在處理周期長、吸附劑穩(wěn)定性差且存在回收率和未實際充分降解的問題?；瘜W法具有處理速率快及效果明顯的優(yōu)點，但也存在處理成本高且具有二次污染的問題。雖然生物法處理硝基苯廢水具有操作簡單，成本較低且不存在二次污染的優(yōu)點，但含高濃度硝基苯類化合物的工業(yè)廢水，一般還含有很高鹽量或具有很強的酸堿性，難以直接用生物法處理。因此利用生物法作為最終處理方法，采用其他方法作為預(yù)處理的復(fù)合處理方式成為當今研究的熱點，也將會成為硝基苯廢水的徹底處理的首選方案。

1.3人工濕地國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

20世紀初期，世界上第一個用于污水處理的人工濕地在英國約克郡建立并應(yīng)用，隨后人工濕地污水處理技術(shù)作為一項生態(tài)的污水處理技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，其在適應(yīng)污水處理小型化、分散型及多元化的發(fā)展趨勢方面，具有其它傳統(tǒng)污水處理工藝無法比擬的優(yōu)勢。隨著Kickuth[3]在1972年提出了人工濕地植物根區(qū)理論，從而掀起了全世界人工濕地研究和應(yīng)用熱潮。1996年在奧地利召開的第四次國際研討會，人工濕地系統(tǒng)從而作為一種獨具特色的新型污水處理技術(shù)正式進入水污染控制的領(lǐng)域。

人工濕地技術(shù)于20世紀80年代初開始，技術(shù)得到日益完善，并且在歐洲、美國、加拿大等地就得到了廣泛應(yīng)用，形成了一定的規(guī)模。到21世紀初，在美國用于處理市政、工業(yè)和農(nóng)業(yè)廢水的人工濕地工程有600多處；在丹麥、德國、英國各國至少有200處人工濕地系統(tǒng)在運行；新西蘭也有80多處人工濕地系統(tǒng)被投入使用，且對于人工濕地中污染物降解機理和人工濕地工程設(shè)計規(guī)范有了更多的探究。

中國人工濕地領(lǐng)域的研究還處于發(fā)展階段，落后發(fā)達國家十余年，應(yīng)用上也更加遲緩，但是隨著20多年的研究和發(fā)展，我國人工濕地技術(shù)在工程應(yīng)用上也取得了很多的成功實例。在1987年，天津市環(huán)境保護研究所建立的第一個蘆葦濕地工程，且經(jīng)過監(jiān)測其處理效果良好，之后人工濕地工程在中國取得了迅速的發(fā)展。一方面我國水污染現(xiàn)狀日益嚴重，另一方面現(xiàn)在城市中主流的污水處理工藝工程投資高、耗能大、運行管理要求高，對于資金有限、技術(shù)力量薄弱的中小城鎮(zhèn)，“人工濕地”作為一種天然的“污水處理廠”有很大的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。而最近發(fā)達國家已經(jīng)將重點轉(zhuǎn)移到利用人工濕地處理特殊工業(yè)廢水方面，這也成為了人工濕地未來發(fā)展的一個新特點和趨向。此外，該項技術(shù)較其他污水處理工藝更適合我國國情，尤其適合廣大農(nóng)村、中小城市的污水處理，在未來的水處理領(lǐng)域?qū)哂袕V闊的應(yīng)用前景。

1.4技術(shù)路線

2結(jié)論與建議

2.1結(jié)論

本研究采用不同類型的人工濕地（燈芯草水平潛流人工濕地、無植物水平潛流人工濕地和潮汐流人工濕地）處理人工配制的硝基苯廢水，硝基苯廢水濃度由5 mg/L逐漸升高至160 mg/L，探討人工濕地污水處理技術(shù)處理硝基苯廢水的可行性，并研究硝基苯降解過程對污水中氨氮及硫的降解的相互影響，得出了以下主要結(jié)論：

本試驗中不用類型人工濕地進出水DO和ORP值可見，三組濕地床體在相同進水水質(zhì)條件下，潮汐流人工濕地床體中的氧環(huán)境最佳，出水DO和ORP值分別達到約3 mg/L和200 mg/L，證明潮汐流人工濕地因采用了潮汐的運行方式，大幅度的提高了濕地床體的氧環(huán)境，使?jié)竦刈儸F(xiàn)出了較為好氧的條件，有利于好氧微生物的生長，提高微生物活性。潮汐流人工濕地中微生物活性為0.3 mg/g，達到水平潛流人工濕地的3倍；燈芯草水平潛流人工濕地較無植物水平潛流人工濕地氧環(huán)境有所改善，出水DO和ORP值分別達到約1.4 mg/L和-250 mg/L，表明濕地植物燈芯草改善了水平潛流人工濕地床體中的氧環(huán)境。

2.2建議

（1）本試驗采用單獨的人工濕地種類進行試驗，對人工濕地處理硝基苯廢水的能力和作用進行了初步研究，為進一步研究，建議采用組合的人工濕地系統(tǒng)或不同處理方式與人工濕地組合進行硝基苯廢水處理研究。

（2）硝基苯在較為厭氧的水平潛流人工濕地和較為好氧的潮汐流人工濕地床體中降解規(guī)律以及降解中間產(chǎn)物有待進一步的定性分析。

（3）人工濕地處理硝基苯廢水過程中，濕地植物對硝基苯對微生物的毒害作用機理有待進一步研究。

（4）為進一步闡釋人工濕地處理硝基苯廢水的機理和規(guī)律，應(yīng)該對人工濕地中硝基苯降解途徑所利用的微生物以及微生物種群的變化進行定性分析。

參考文獻

[1]Hartter D. The use and importance of nitroaromatic chemicals in the chemical industry. Toxicity of nitroaromatic compounds. 1985：1-13.

[2]Dickel O， Haug W， Knackmuss H-J. Biodegradation of nitrobenzene by a sequential anaerobic-aerobic process. Biodegradation. 1993；4（3）：187-94.

[3]Wei W， Sun R， Cui J， Wei Z. Removal of nitrobenzene from aqueous solution by adsorption on nanocrystalline hydroxyapatite. Desalination. 2010；263（1）：89-96.