废水中二硝基甲苯(DNT)的降解方法

  • 2019-01-25
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二硝基甲苯(DNT)是一种基础化工原料和精细化工中间体,本身具有很大的生物毒性,在水体中稳定性较高,如果在未经处理的情况下排放到环境中,会造成严重的环境危害和生物体危害。本文重点分析了二硝基甲苯(DNT)在废水中的降解方法。

摘要:二硝基甲苯(DNT)是一种基础化工原料和精细化工中间体,本身具有很大的生物毒性,在水体中稳定性较高,如果在未经处理的情况下排放到环境中,会造成严重的环境危害和生物体危害。本文重点分析了废水中二硝基甲苯(DNT)的降解方法。

DNT的基本介绍

工业二硝基甲苯(DNT)是由两段硝化甲苯或一段硝化甲苯得到的几种异构体的混合物。一般工业用二硝基甲苯指的是2,4-DNT和2,6-DNT的混合物。2,4-DNT(2,4-二硝基甲苯)是一种淡黄色至黄色的固体物质,易燃且毒性较高,易溶于苯和乙醚等有机溶剂。2,4-DNT很容易被皮肤吸收而引起中毒,在急性中毒时,可能会出现头痛、头晕、兴奋、虚弱、恶心甚至意识丧失等症状。长期接触引发的慢性中毒可能引起头痛、心悸、面色苍白、白细胞增多、贫血等症状。由于其急性毒性和致癌致畸性,2,4-DNT被列为中国和世界污染物监测的优先对象。

2,4-DNT废水来源及排放标准

硝基苯化合物是制造苯胺、染料、润滑剂和肥皂的重要有机原料。2,4-DNT广泛用于制造聚氨酯、农药、橡胶和染料的中间体,特别是炸药的主要成分。在生产和使用过程中,废水排放和运输储罐的不当处置都会造成严重的环境污染。 目前,我国2,4-DNT排放标准如下表所示。

表1 我国2,4-DNT排放标准

 

(数据来源:国家环境保护局)

2,4-DNT废水的处理方法

2,4-DNT化学性质较为稳定且溶解度低,一旦进入环境,就会造成严重污染。因此,在环境中2,4-DNT的消除引起广泛关注。物理方法:处理2,4-DNT废水方法包括吸附剂絮凝沉淀、树脂吸附、超滤、液液萃取及反渗透等。这些方法将2,4-DNT在土壤或水中分离并浓缩到另一种培养基中进行进一步的深度处理或填埋,并没有进行无公害处理。化学方法:在酸性溶液中的化学还原方法可以通过催化2,4-DNT的加氢反应产生相应的胺类物质,再通过生物转化或絮凝沉淀完全除去。高级氧化技术(AOPs)是指使用活性氧化剂,如过氧化氢和臭氧等,与催化剂或光解相结合的方式以完全氧化有机污染物,大多数AOP产生羟基自由基,使芳环可以被破坏并完全矿化成CO2和H2O。其中,目前矿化的主要技术包括UV/H2O2氧化技术、Fenton试剂氧化技术、UV/Fenton氧化技术。物-化、化-化联合法:在实际的DNT废水处理中,经常使用物理和化学方法的组合。常用的方法有超声波-超重力-臭氧氧化联合法、电化学-Fenton试剂相结合法及还原-氧化综合处理法。生物方法:运用人工构建或驯化的基因工程菌来代谢矿化有机污染物。与其他方法相比,生物处理法经济有效,不易二次污染,变异性和适应性强。目前,生物处理法包括厌氧生物处理、好氧生物处理以及两者相结合的方法。好氧生物处理包括生物滤池法、活性污泥法、生物转盘法及氧化塘等;厌氧生物处理包括传统的厌氧硝化和现代厌氧反应器工艺。

2,4-DNT高效降解菌的分离现状

在适当的操作条件下,2,4-DNT可被微生物用作唯一的碳源,氮源和能源。相应的高效降解菌在好氧条件下完全矿化2,4-DNT,并根据相应化学计量比产生无毒的H2O,NO2-和CO2。目前,已有的2,4-DNT高效降解菌分离情况如下表。

表2 2,4-DNT高效降解菌的分离概况

(数据来源:中国知网)

Fe-Cu双金属体系处理2,4-DNT工业废水

研究表明,在适当的温度、pH值等条件下,铜元素通过置换反应原理沉积在铁基体表面,构建铁铜(Fe-Cu)双金属体系。处理2,4-DNT工业废水,能够使产物毒性降低,改善其生物降解性。其中反应机理包括Fe-Cu双金属表面的直接电子转移以及微观原电池作用和双金属作用。

结语

废水的有效处理既提高了水的总体利用率,同时减少了环境危害。现阶段虽然二硝基甲苯(DNT)废水降解技术是多元性的,但在实际工业化运行方面仍存在运行成本高、易流失等问题,相信随着技术的不断创新,二硝基甲苯(DNT)废水行业壁垒会早日被打破。


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