《內置零價鐵對偶氮染料廢水厭氧處理的強化機理研究》是依託大連理工大學,由張耀斌擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：內置零價鐵對偶氮染料廢水厭氧處理的強化機理研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張耀斌
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
偶氮染料是套用最廣的染料類型。在生產和使用中，大量偶氮染料與有機助劑一起隨水排放，其結構穩定，具有生物毒性，對環境構成破壞。當前，偶氮染料廢水處理存在以下問題：（1）偶氮染料厭氧代謝慢，造成脫色效率低；（2）偶氮染料及其代謝產物芳胺對厭氧發酵產生毒性，造成有機物處理率低。零價鐵作為價廉的還原劑，在環境修復中顯示出較好的還原及生物促進作用。如將其內置於厭氧系統中處理偶氮染料廢水，不僅可能提高偶氮還原代謝的速率，而且可促進厭氧產甲烷，增強厭氧系統對毒性污染的適應乃至降解能力，從而提高處理效率。本課題在前期工作基礎上，擬開展以下研究：（1）內置零價鐵對廢水中偶氮染料降解的強化機理；（2）零價鐵對偶氮染料廢水中有機碳降解的強化機理；（3）內置零價鐵減輕偶氮染料對有機物厭氧發酵抑制的作用機理。通過以上研究，為染料廢水的厭氧零價鐵處理技術奠定理論基礎，並為其它難降解廢水的厭氧處理提供借鑑。
結題摘要
厭氧是偶氮染料廢水生化處理的第一步。由於染料廢水具有較大毒性、生物降解性差，偶氮染料廢水的厭氧處理效果較差，處理後出水的色度和有機物去除率均較低。針對這一問題，基於零價鐵可以強化厭氧的還原氛圍，促進厭氧發酵微生物的代謝，從而可能促進厭氧處理偶氮廢水這一思路，我們將零價鐵投加到厭氧裝置內，處理偶氮廢水，發現了內置零價鐵強化厭氧處理偶氮染料廢水原理，揭示了零價鐵在厭氧種間電子傳遞中的作用。研究結果表明：零價鐵可以促進種間氫電子傳遞，從而加快有機物的分解。零價鐵的投加，可以降低厭氧反應器的氧化還原電位40-80 mV，使系統的pH更接近中性（提高0.5-1個pH單位），更有利於厭氧發酵和偶氮還原的微生物過程。零價鐵可以強化嗜氫產甲烷和同型產乙酸菌的代謝，使其豐度提高10%以上，降低氫氣含量和乙酸化的吉布斯自由能，推動厭氧發酵反應向右進行。零價鐵還可以促進偶氮廢水的還原脫色。零價鐵使厭氧處理偶氮廢水的色度和有機物去除率均上升20%以上，產氣量和產甲烷量提高20-60%。由於零價鐵使偶氮廢水厭氧處理具有較高的抗衝擊能力，除了厭氧發酵微生物活性得以改善之外，零價鐵可以提高系統的生物多樣性，大幅促進厭氧發酵酶和偶氮還原酶的活性。很重要的是，我們從厭氧系統中富集出具有高效脫色的新型電活性菌Sphingomonas DJ，這是因為零價鐵在厭氧反應器內也可能被其它微生物過程氧化為三價水合物，誘發具有電活性的微生物的產生。在電場作用下，偶氮染料的厭氧還原脫色和有機物處理進一步得以改善，尤其是在高鹽等衝擊下效果表現的更加突出。以第一作者或通訊作者在Environ. Sci. Technol., Water Res.等SCI期刊上發表論文12篇（在IF＞4.0以上發表11篇），其中2篇評為ESI高引論文（引用次數歸入其學術領域中最優秀的 1%之列）。成果得到了比利時皇家科學院院士Verstraete W.等國際著名專家的重點引用和積極評價。本研究授權發明專利3項，其中1項為美國發明專利。所研發成果成功套用於製藥、精細化工等行業高濃度毒性有機廢水處理工程中，取得良好處理效果，獲得用戶的積極評價，取得良好的社會、經濟和環境效益。獲得中國石油和化工聯合會青年科技突出貢獻獎（2014）。
