人工湿地处理含硝基苯废水的研究

洪浩

[摘要]硝基苯废水作为一种具有高毒性和易积累性的优先控制污染物，其治理日益受到人们的关注，采用物理法或化学法作为预处理，提高硝基苯废水的可生化性，利用生物处理技术作为终端处理的复合处理方法将是硝基苯废水彻底处理的主要研究方向。本研究采用不同类型的人工湿地（灯芯草水平潜流人工湿地、无植物水平潜流人工湿地和潮汐流人工湿地）处理人工配制的硝基苯废水，探讨人工湿地污水处理技术应用于硝基苯废水处理的可行性，以及硝基苯的去除对其他污染物降解的影响。

研究结果表明：三组不同类型的人工湿地在硝基苯进水浓度为70 mg/L以下时，均表现出了较高的（>90%）硝基苯去除能力，证明了人工湿地技术可以用于处理硝基苯废水。随着进水硝基苯浓度升高至160 mg/L，灯芯草水平潜流人工湿地、无植物水平潜流人工湿地和潮汐流人工湿地中硝基苯去除率分别下降至57%，46%和33%，证明了湿地植物灯芯草对水平潜流人工湿地中硝基苯的降解起到了促进的作用。

[关键词]人工湿地 硝基苯 去除效果

[中图分类号] S156.8 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-318-2

1不同类型人工湿地处理硝基苯废水效果研究

1.1引言

硝基苯是有机化学工业中一种重要的精细化工中间体和化工原料，其经过磺化、硝化或还原等反应的产物可用以合成燃料、医药、农药、橡胶及塑料助剂、合成洗涤剂、炸药及石油化工等产品[1]。由于硝基苯是一种剧毒化学品，具有很强的致癌和致突变性，人类长时间摄入会导致血红蛋白变性，可引起皮肤炎症、贫血、肝脏损坏和神经衰弱等疾病，被我国列为优先控制的环境污染物。

硝基苯经常伴随着炸药厂、有机化工厂或塑料制造厂未经处理的污水排放到环境水体中。我国每年硝基苯产量超过80万t，一个年产硝基苯4000 t的工厂，每天大约排放硝基苯废水15 t，全球每年约有超过1万t的硝基苯通过不同途径进入到环境介质中[2]。我国工业排放废水标准（GB8978-1996）和地表水环境标准（GB3838-2002）中对硝基苯环境质量标准有严格的规定，分别为2 mg/L和0.017 mg/L。但是典型化工厂硝基苯废水与被硝基苯污染的水体浓度均严重超标，因而使得硝基苯废水的处理日益受到人们的关注。

1.2硝基苯废水处理的展望

物理法的工艺流程相对较简单，可以实现污染物的回收再利用，但是存在处理周期长、吸附剂稳定性差且存在回收率和未实际充分降解的问题。化学法具有处理速率快及效果明显的优点，但也存在处理成本高且具有二次污染的问题。虽然生物法处理硝基苯废水具有操作简单，成本较低且不存在二次污染的优点，但含高浓度硝基苯类化合物的工业废水，一般还含有很高盐量或具有很强的酸碱性，难以直接用生物法处理。因此利用生物法作为最终处理方法，采用其他方法作为预处理的复合处理方式成为当今研究的热点，也将会成为硝基苯废水的彻底处理的首选方案。

1.3人工湿地国内外应用现状

20世纪初期，世界上第一个用于污水处理的人工湿地在英国约克郡建立并应用，随后人工湿地污水处理技术作为一项生态的污水处理技术得到广泛应用，其在适应污水处理小型化、分散型及多元化的发展趋势方面，具有其它传统污水处理工艺无法比拟的优势。随着Kickuth[3]在1972年提出了人工湿地植物根区理论，从而掀起了全世界人工湿地研究和应用热潮。1996年在奥地利召开的第四次国际研讨会，人工湿地系统从而作为一种独具特色的新型污水处理技术正式进入水污染控制的领域。

人工湿地技术于20世纪80年代初开始，技术得到日益完善，并且在欧洲、美国、加拿大等地就得到了广泛应用，形成了一定的规模。到21世纪初，在美国用于处理市政、工业和农业废水的人工湿地工程有600多处；在丹麦、德国、英国各国至少有200处人工湿地系统在运行；新西兰也有80多处人工湿地系统被投入使用，且对于人工湿地中污染物降解机理和人工湿地工程设计规范有了更多的探究。

中国人工湿地领域的研究还处于发展阶段，落后发达国家十余年，应用上也更加迟缓，但是随着20多年的研究和发展，我国人工湿地技术在工程应用上也取得了很多的成功实例。在1987年，天津市环境保护研究所建立的第一个芦苇湿地工程，且经过监测其处理效果良好，之后人工湿地工程在中国取得了迅速的发展。一方面我国水污染现状日益严重，另一方面现在城市中主流的污水处理工艺工程投资高、耗能大、运行管理要求高，对于资金有限、技术力量薄弱的中小城镇，“人工湿地”作为一种天然的“污水处理厂”有很大的经济效益和环境效益。而最近发达国家已经将重点转移到利用人工湿地处理特殊工业废水方面，这也成为了人工湿地未来发展的一个新特点和趋向。此外，该项技术较其他污水处理工艺更适合我国国情，尤其适合广大农村、中小城市的污水处理，在未来的水处理领域将会具有广阔的应用前景。

1.4技术路线

2结论与建议

2.1结论

本研究采用不同类型的人工湿地（灯芯草水平潜流人工湿地、无植物水平潜流人工湿地和潮汐流人工湿地）处理人工配制的硝基苯废水，硝基苯废水浓度由5 mg/L逐渐升高至160 mg/L，探讨人工湿地污水处理技术处理硝基苯废水的可行性，并研究硝基苯降解过程对污水中氨氮及硫的降解的相互影响，得出了以下主要结论：

本试验中不用类型人工湿地进出水DO和ORP值可见，三组湿地床体在相同进水水质条件下，潮汐流人工湿地床体中的氧环境最佳，出水DO和ORP值分别达到约3 mg/L和200 mg/L，证明潮汐流人工湿地因采用了潮汐的运行方式，大幅度的提高了湿地床体的氧环境，使湿地变现出了较为好氧的条件，有利于好氧微生物的生长，提高微生物活性。潮汐流人工湿地中微生物活性为0.3 mg/g，达到水平潜流人工湿地的3倍；灯芯草水平潜流人工湿地较无植物水平潜流人工湿地氧环境有所改善，出水DO和ORP值分别达到约1.4 mg/L和-250 mg/L，表明湿地植物灯芯草改善了水平潜流人工湿地床体中的氧环境。

2.2建议

（1）本试验采用单独的人工湿地种类进行试验，对人工湿地处理硝基苯废水的能力和作用进行了初步研究，为进一步研究，建议采用组合的人工湿地系统或不同处理方式与人工湿地组合进行硝基苯废水处理研究。

（2）硝基苯在较为厌氧的水平潜流人工湿地和较为好氧的潮汐流人工湿地床体中降解规律以及降解中间产物有待进一步的定性分析。

（3）人工湿地处理硝基苯废水过程中，湿地植物对硝基苯对微生物的毒害作用机理有待进一步研究。

（4）为进一步阐释人工湿地处理硝基苯废水的机理和规律，应该对人工湿地中硝基苯降解途径所利用的微生物以及微生物种群的变化进行定性分析。

参考文献

[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.