硝基芳香化合物废水处理技术研究进展_霍荣帆.pdf

第 43 卷第 2 期2023年 2 月Vol.43 No.2Feb.，2023 工业水处理Industrial Water TreatmentDOI：10.19965/ki.iwt.2022-000833硝基芳香化合物废水处理技术研究进展霍荣帆，张瀚文，刘垒，何文文，陈正军（甘肃农业大学生命科学技术学院，甘肃兰州 730070）摘要 硝基芳香化合物是一类广泛应用于工业生产的工业化学品，具有生物毒性强、成分复杂、稳定性高等特点，若硝基芳香化合物废水直接进入环境将会对动植物及生态环境造成极大危害。从物理法（吸附法、萃取法、膜分离法）、化学法（电解法、Fenton法、臭氧氧化法、光催化法、膜催化法、湿法氧化法）、生物法（厌氧生物处理、好氧生物处理）、组合工艺 4个方面，系统阐述了目前硝基芳香化合物废水处理技术的研究进展；结合最新研究报道以及相关实例，解析现有硝基芳香化合物废水处理技术的优缺点以及未来发展趋势；最后，根据硝基芳香化合物废水特性以及处理现状对未来的研究方向进行了展望，以期为针对硝基芳香化合物废水开发低成本、高效率、综合处理的新型处理技术提供科学依据和参考。关键词 硝基芳香化合物；废水处理技术；组合工艺中图分类号 X703.1 文献标识码 A 文章编号 1005-829X（2023）02-0033-10Research progress on wastewater treatment technology of nitroaromatic compoundsHUO Rongfan，ZHANG Hanwen，LIU Lei，HE Wenwen，CHEN Zhengjun（College of Life Science and Technology，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China）Abstract：Nitroaromatic compounds are a kind of industrial chemicals widely used in industrial production.They have the characteristics of strong biological toxicity，complex components and high stability.If nitroaromatic compounds wastewater directly enter into the environment，they will cause great harm to animals，plants and ecological environment.This paper systematically expounded the research progress of current nitroaromatic wastewater treatment technology from four aspects：physical method（adsorption method，extraction method，membrane separation method），chemical method（electrolysis method，Fenton method，ozone oxidation method，photocatalysis method，membrane catalysis method，wet oxidation method），biological method（anaerobic biological treatment，aerobic biological treatment）and combined process.Combined with the latest research reports and related cases，the advantages and disadvantages of the existing nitroaromatic compounds wastewater treatment methods and the future development trend were analyzed.Finally，the future research direction was prospected according to the characteristics and treatment status of nitroaromatic compounds wastewater.It was expected to provide scientific basis and reference for the development of new treatment technology for nitroaromatic wastewater with low cost，high efficiency and comprehensive treatment.Key words：nitroaromatic compounds；wastewater treatment technology；combined process硝基芳香化合物（NACs）是苯环分子上一个或多个氢原子被硝基（NO2）取代后生成的易溶于有机溶剂的黄色或白色固体，被广泛应用于炸药、染料、烟花爆竹、玻璃和皮革工业1。常见的硝基芳香化合物包括硝基苯（nitrobenzene）、氯硝基苯（chloronitrobenzene）、二 硝 基 甲 苯（dinitrotoluene）、三 硝 基 甲 苯（trinitrotoluene）、邻硝基苯酚（o-nitrophenol）、间硝基苯酚（m-nitrophenol）、对硝基苯酚（p-nitrophenol）、三硝基基金项目 甘肃省高等学校创新能力提升项目（2019B-074）；甘肃农业大学公招博士科研启动基金项目（2017RCZX-25）；甘肃省自然科学基金项目（20JR10RA517）开放科学（资源服务）标识码（OSID）：专论与综述工业水处理 2023-02，43（2）34苯酚（trinitrophenol）、2，4-二硝基苯酚（2，4-dinitrophenol）等物质。在 Web of Science检索网站上分别输入 nitrobenzene waste water、chloronitrobenzene waste water、dinitrotoluene waste water、trinitrotoluene waste water、o-nitrophenol waste water、m-nitrophenol waste water、p-nitrophenol waste water、trinitrophenol waste water、2，4-dinitrophenol waste water，通过检索 19802022年的相关文献发现，这些物质中关于对硝基苯酚和硝基苯废水的研究最多（图1）。硝基芳香化合物常具有很强的毒性和致畸性，是在环境中被优先控制的污染物2。在农业上，硝基芳香化合物广泛应用于生产合成有机磷农药；在制药业上，硝基芳香化合物主要应用于生产止痛药和解热药；硝基芳香化合物还常应用于合成炸药、染料或者皮革的防腐剂等3。硝基芳香化合物可在大气中与其他物质形成气溶胶影响生态系统，同时被植物吸收后可导致大规模的森林退化4。硝基芳香化合物可透过皮肤、胃肠道快速被人体吸收，影响细胞线粒体磷酸化的解偶联反应，引起氧化代谢反应加快，加剧细胞内 ATP的消耗，引发呕吐、吞咽困难、头痛、晕厥、肝脏损伤等症状5-6。因此，加大对硝基芳香化合物废水处理的研究对保护自然环境、动植物和人类健康具有重要意义。硝基芳香化合物废水因具有盐分高、色度高、毒性高、成分复杂等特点，常规的废水处理方法对其效果甚微，存在处理效率低、操作复杂、稳定性差等问题。目前，针对硝基芳香化合物废水的研究多集中在对一种或几种硝基芳香化合物废水的处理，而且关于其废水处理的综述多局限于某一种处理方法，缺乏全面展示。表 1总结了硝基芳香化合物废水处理技术的主要类别及特点。1 物理法处理硝基芳香化合物废水传统物理法（如吸附法、萃取法、膜处理法）在处理硝基芳香化合物废水时，难以实现硝基芳香化合物的彻底降解。但物理法具有运行条件宽泛、处理速度快、废水处理量大、不改变污染物化学特性的特点，可被用于废水的预处理或者对含特定有机物废水进行资源回收利用。图 1硝基芳香化合物废水处理领域研究趋势Fig.1 Research trends in the field of nitroaromatic wastewater treatment表 1硝基芳香化合物废水处理技术的主要类别及特点Table 1 Main categories and characteristics of nitroaromatic wastewater treatment technology类别物理法化学法生物法组合工艺代表性处理方法吸附法萃取法膜分离法电解法Fenton法臭氧氧化法光催化法UASBSBRUASB-BESBEF特点操作简单、效率高、可再生、适用范围广，常作为废水处理的预处理技术操作简单、运行可靠，可有效处理高浓度硝基芳香化合物废水，适用于对含特定有机物废水资源的回收利用分离效果良好、操作方便、运用范围广泛、占地小，适用于对含特定有机物废水资源的回收利用处理效率高、环境兼容性好、易自动化，常应用于废水的深度处理处理高效、反应温和、实用性强，可有效提高废水的可生化性，常作为废水深度处理方法能氧化大部分有机污染物，但会生成中间产物，常作为废水的深度处理方法能耗低、操作简单，易受废水浊度影响，常作为废水的后处理方法应用范围广、能耗低、负荷高、有机物去除率高，但难以处理高浓度硝基芳香化合物废水反应速度快、废水停留时间短，常应用于中低浓度硝基芳香化合物废水的处理或者厌氧处理的后续处理UASB反应器降解速率显著提高，能耗降低绿色环保、耗能低，可利用有机废水回收能源发展趋势开发低成本的磁性材料、纳米材料增强型吸附剂开发高效、低毒、低回收成本的新型萃取剂开发高效、低成本、易降解的新型膜材料开发合适的电极材料，提高降解效率，降低能耗，优化水解参数，引入辅助工艺高效催化剂的开发，催化反应体系的构建，减少污泥产量，加强与其他工艺的耦合加强与其他废水处理工艺的耦合，提高臭氧利用率开发新型高效、低成本的光催化剂和光催化水处理反应器提高微生物浓度与多样性，设计新型厌氧降解反应器处理硝基芳香化合物废水开发好氧生物处理废水的方法，注重与先进化学处理工艺耦合系统的开发提高微生物浓度与多样性，优化废水净化反应器开发低成本的功能电极材料，优选高效微生物，设计合理构型与耦合工艺，提高实际可行性参考文献7891011121314151617注：UASB上流式厌氧污泥床；SBR序批式反应器；BES生物电化学系统；BEF生物电 Fenton。35工业水处理 2023-02，43（2）霍荣帆，等：硝基芳香化合物废水处理技术研究进展1.1吸附法吸附法是利用多孔材料对水体污染物进行吸附处理的一种常用方法。传统多孔碳材料由于具有高化学稳定性、易制备、易改性、可多次重复利用、成本低的特点，被广泛用作废水中污染物的吸附剂。一般采用活性炭、炉渣和一些相对廉价易回收的改性材 料 对 废 水 中 硝 基 芳 香 化 合 物 进 行 吸 附。P.S.PAULETTO 等18用生物炭吸附水中初始质量浓度为 100 g/L的邻硝基苯酚，生物炭对邻硝基苯酚的最大吸附容量为 761 mg/g。生物炭虽具有优秀的吸附能力，但由于其颗粒尺寸较小，吸附质与生物炭分离与回收利用困难，致使企业运营成本较高。磁性生物炭可减少这类问题，提高分离回收效率。有研究表明，在磁性生物炭吸附废水中 Cu2+的实验中，