文献综述

首先本次实验我要处理的是硝基苯胺废水，我将从四个方面来介绍它：

1.来源

目前，大部分的硝基苯胺来源于人工合成。国内主要采用氨解法和硝化水解法。氨解法主要是通过加料过程，使硝基氯苯与大量的氨水在高压反应釜中进行氨解反应，通过放氨、静置、分去氯化铵、块片干燥，得到硝基苯胺。硝化水解法的原料为乙酰苯胺，在经硝化、水解后得到2-NA和4-NA的混合物，再通过蒸馏和柱层分析等方法分离硝基苯胺。

2.物化性质

硝基苯胺一般是高沸点的液体或熔点不高的固体，有特殊气味，难溶于水而易溶于有机溶剂。2-硝基苯胺与4-硝基苯胺物理化学性质如表1.1所示。

表1.1 2-硝基苯胺与4-硝基苯胺的物理化学性质

类型	2-硝基苯胺	4-硝基苯胺
外观	橙黄色针状结晶	淡黄色针状结晶
熔点(℃)	73~76	148.5
沸点(℃)	284.5	331.7
闪点	168	199
分子量	138.12	138.12
相对密度	1.44	1.424
水中溶解度（g/L）	1.1 (20℃)	0.8(25℃)

3.危害

硝基苯胺的危害十分大，它是一种具有高毒性、难以生物降解的芳香烃，它能使人体致癌、致畸、致突变，因此具有三致性。它经食物、皮肤吸收等途径进入人体后，对中枢神经和心血管等系统形成损害，从而导致溶血性贫血和其他脏器受损，甚至拥有潜在的致癌性[1]。

4.处理意义

我要处理硝基苯胺废水主要原因是硝基苯胺废水中的硝基苯胺是重要的化工原料，是染料、医药工业的极为重要的中间体，也是工业废水中较为常见的排放物。但是其在自然界难以降解，并且对人类、微生物具有较大的毒害作用，所以如何安全有效的处理这种污染物质是极为重要的。

接着本次实验我所采用的是曝气生物滤池处理硝基苯胺废水，我将从6个方面来介绍它：

1.原理

其原理是BAF 填装颗粒状填料(如陶粒、火山岩、活性炭等)，反应器底部曝气，当废水流经填料时，充足的营养物质和溶解氧为微生物的生长提供了良好的条件，因此大量微生物在填料上生长富集，形成生物膜[2]。反应器利用表面生长的的生物膜和填料自身，充分发挥生物代谢、吸附、物理截留和食物链捕食等作用，完成对废水的净化作用[3]。当滤池运行一段时间后，滤层内部截污量饱和，进行反冲洗后进入新一轮净化周期[4]。

2.功能

①有机物和悬浮物（SS）去除

填料层中大量微生物的好氧分解以及滤料的截留作用使得曝气生物滤池具有很高的有机物和悬浮物（SS）去除率。胡保卫等[5]采用实际生活污水对曝气生物滤池的去除效率进行研究，试验结果表明，处理后的水的 COD 与 SS 降解率可达 85%、75%。国内外研究表明用曝气生物滤池处理污水能够取得较好的处理效果。

②氮氧的去除

氨氮是污水处理中常规的去除指标之一。张金娜等自行设计有机玻璃柱模拟曝气生物滤池来研究曝气生物滤池去除氨氮的效率以及去除机理。试验结果表明，当pH=7.5时，氨氮的去除效率可达92%。国外学者Pujol的研究结果表明，在温度为 22℃、氨氮负荷2.5 kg/（msup3;·d）条件下，曝气生物滤池对氨氮的去除率可达90%以上。陶俊杰等通过控制污水进水的pH值实现曝气生物滤池的短程硝化作用，运行结果表明，对于进水 pH 值为 8.22~8.57，氨氮平均容积负荷为0.5 kg /（msup3;·d），进水水温为 17.5~20.2℃，曝气生物滤池中溶解氧浓度平均为4.5 mg/L 的条件下能够同步实现 95% 的氨氮去除率[6]。

③磷的去除

传统的曝气生物滤池去除磷的效率较低，单纯的靠曝气生物滤池一种工艺设备除磷，处理后的污水很难达到《城镇污处理水厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级 B 标准。因此，对传统的曝气生物滤池进行合理的改进，改进后的曝气生物滤池能够达到除磷的目的[6]。

3.优点

它也有许多优点①工艺简单，投资费用低②占地面积小③具有高质量的出水④工艺流程短，氧传递效率高⑤过滤速度快，处理负荷高⑥抗冲击能力强⑦易于维护管理

4.影响因素

不过曝气生物滤池也受到许多因素的影响①填料：滤料粒径宜采用直径 3～5 mm，而增加填料高度可以提高处理效果。②温度：温度越高处理效果越好。③pH值：适宜pH在6.5-8.5之间。④进水底物浓度：NH₃-N负荷小于0.6 kg/（msup3;·d），去除率最好。⑤气水比：指每小时通入的气体量与每小时水量的比值，直接影响溶解氧浓度，为保持有机物较高去除率，一般出水溶解氧浓度2.5-3 mg/L。

5.取得的成果

现如今曝气生物滤池也取得了不少成果，在国外，世界上首座曝气生物滤池于1981年在法国投产,随后在欧洲各国得到广泛应用。目前世界上较大的环保公司如法国得利满公司、德国菲力普穆勒公司、法国OTV公司均把它作为拳头产品在全世界推广[7]。R.Moore等[8]研究了尺寸范围分别为1.5~3.5 mm和2.5~4.5 mm对BAF处理效果的影响发现小颗粒填料虽然容易脱氮，但不适应高的水力负荷，此时工作周期短，反冲洗频率高，相应的反冲洗水量增大。而大颗粒填料虽然改善了滤池操作条件，减少了反冲洗次数，但不利于脱氮和SS的去除。W.S.Chang等[9]用天然沸石作填料对纺织废水进行处理效果明显好于砂砾，原因归结于天然沸石具有更强的阳离子交换能力和更大的比表面积。在BAF的除磷功效方面，Koln[10]的同步硝化除磷BAF除磷可达70%，总磷可降至0.5 mg/L。曝气生物滤池技术已在国外被广泛利用，并进行了不断地改进。Goncalves等[11]进行曝气生物滤池同步脱氮除磷的研究时发现，进水方式对磷去除效果没有差异性影响。Chen等[12]研究生物过滤反应器与活性污泥反应器、流化床的反硝化特性时，发现在不同水力条件下，反应器内微生物种群会发生一定的变化，但优势种群—杆菌属基本稳定。曝气生物滤池技术已在国外被广泛利用，并进行了不断地改进。

在国内，BAF作为一种崭新的水处理工艺———曝气生物滤池正处在推广之中[7]。大连市马栏河污水处理厂是我国第一个采用曝气生物滤池工艺的城市污水处理厂目前正处于试运行阶段[7]。虽然资金和技术已成为制约我国污水处理发展的两大主要因素[13]。但是许多科研设计单位对此也进行了研究与实验，并取得了一定成果。清华大学王占生，齐兵强等[14]对BAF在污水处理中的应用，填料的选择与填料高度的关系等方面都进行了相当的研究工作；王立立等人[15]针对南方特有的低浓度生活污水, 研究了在低曝气条件下,气水比、水力负荷、进水有机负荷、碳氮比、填料层高度等因素对BAF容积负荷的影响；张文妍等人[16]通过试验研究认为，原水中的氨氮浓度低和气水比不恰当是生物陶粒滤池运行中氨氮去除率偏低的原因，此外溶解氧不足会大大降低氨氮去除效果。季民等[17]人以天津引滦水为源水，对生物接触氧化和（曝气）生物陶粒滤池两种生物预处理方法工艺性能进行比较，结果发现，在各自最理想运行状态下，在水力停留时间相对较短的情况下，生物陶粒滤池对各项污泥染物的去除率明显好于生物接触氧化池。相对而言，生物陶粒滤池的维护管理比生物接触氧化池更容易些。项颂等[18]研究发现，印染废水经过ABR水解池后，废水的可生化性明显提高，而且A₂O对综合印染废水中的TP具有较好的去除效果，尽管进水TP波动较大，但二沉池出水TP始终比较稳定。我相信此项技术不久便会在国内普及，并利用在大部分污水处理厂。

6.产生的问题

①气味 对于曝气生物滤池，当进水有机污浓度过高或滤料层中截留的微生物膜过多时，滤料层内局部会产生厌氧代谢，有可能会产生异味，解决办法如下：减少滤池中微生物膜的积累，让微生物膜正常脱膜并通过反冲洗排出池外；保证曝气设施的正常工作；避免高浓度或高负荷污水的冲击。

②微生物膜严重脱落 在滤池正常运行过程中，生物膜的不正常脱落是不允许的，产生大量的脱膜主要是水质原因引起的，如抑制性或有毒性污染物浓度太高或pH值突变等。解决办法是必须改善水质，使进入滤池的水质基本稳定。

③处理效率降低 当滤池系统运行正常，且生物膜生长情况较好，仅仅是处理效率有所下降，这种情况一般不会是水质的剧烈变化或有毒污染物质的进入造成的，而可能是进水的pH值、溶解氧、水温、短时间超负荷运行所致。对于这种现象，只要处理效率降低的程度不影响出水水质的达标排放，即可不采取措施，过一段时间便会恢复正常；若出水水质影响达标排放，则需采取一些局部调整措施加以解决，如调节进水pH值、调整供气量、对反应器进行保温或对进水进行加热等。

④滤池截污能力下降 滤池运行过程中，若反冲洗正常，但滤池的截污能力下降，这种情况可能是预处理效果不佳，使得进水中的SS浓度较高引起的，所以此时必须加强对预处理设施的运行管理。

⑤进水水质异常

a.进水浓度偏高 这种情况很少出现，如果出现，应当通过加大曝气量和曝气时间来保持污泥负荷的稳定性。

b.进水浓度偏低 这种情况主要出现在暴雨天气，应当通过减少曝气量和曝气时间来解决，或雨水、污水直接通过超越管外排。

⑥出水水质异常

a.出水带泥、水质混浊 出现这种情况的原因是：生物膜厚度太厚，反冲洗强度过高或冲洗次数过频。

Ⅰ.当生物膜长到一定厚度（300～400 mu;m），立即进行反冲。

Ⅱ.反冲洗强度过高或次数过频，导致微生物流失，处理效果下降。解决办法是控制进水SS，减少反冲洗次数，调整反冲洗合适强度。

b.水质发黑、发臭

Ⅰ.水质发黑、发臭的原因可能是溶解氧不够，造成污泥厌氧分解，产生H₂S气体。解决办法：加大曝气量，提高溶解氧的含量即可。

Ⅱ.可能局部布水系统堵塞，造成局部缺氧。解决办法：检修或加大反冲强度。

⑦出水呈微黄色 主要原因是DN滤池进水槽化学除磷的加药量太大，铁盐超标，减小加药量即可。

小结

根据以上阐述我得出以下小结：

1.硝基苯胺废水中的硝基苯胺是重要的化工原料，是染料、医药工业的极为重要的中间体，也是工业废水中较为常见的排放物。因为其在自然界难以降解，并且对人类、微生物具有较大的毒害作用，如引起三致性，所以如何安全有效的处理这类物质是极为重要的。

2.本实验所采用的曝气生物滤池受到许多因素的影响如填料，温度，pH值，进水底物浓度，气水比等。也存在许多问题如异味，微生物膜严重脱落，处理效率降低，滤池截污能力下降，出水水质异常等。不过同时也有许多的优点，如工艺简单，投资费用低，占地面积小，具有高质量的出水，工艺流程短，氧传递效率高，过滤速度快，处理负荷高，抗冲击能力强等。所以曝气生物滤池作为处理硝基苯胺的技术方式有利有弊。

3.BAF 作为一种新型高效生物膜污水处理技术和工艺。近些年来，已成为国内外研究的热门领域，既可以作为污水的二级处理，也可用于深度处理，这将对我国现阶段建设“资源节约型，环境友好型”的社会大背景下，不失为一种理想的处理工艺，是一种适合于我国国情的污水处理技术，因而具有广阔应用前景。

4.虽然曝气生物滤池技术发展较快,但其反应机理与反应动力学的研究尚待深入 ,有关反应机理的理论体系还有待完善。随着现代生物检测技术和纳米测量技术的发展, 有关曝气生物滤池处理机理的研究将有望取得突破 ,特别是对生物膜生长和生物膜活性的研究将成为较新的前沿性课题。而采用适合的预处理技术与曝气生物滤池技术的整合,将为今后模块化组合与曝气生物滤池技术的大规模应用打下坚实的基础。在新材料方面, 通过改性处理的新型吸附型填料, 可以大大强化曝气生物滤池对某些难降解污染物的去除能力,从而在污水的高级处理和给水处理中发挥更大的作用。努力将曝气生物滤池的各方面性能加以完善，对于增强其处理性能、扩大其应用领域，具有重要意义。

展望

作为一种全新的污水生物处理技术,曝气生物滤池近年来已经成为国内外的研究热点。自20世纪90年代以来,各种不同形式的曝气生物滤池的不断推出,许多已经成功地应用于水处理,取得了很好的应用效果。然而虽然BAF作为一种新型污水处理技术在国外有了近17年的发展和运用,但我国在这方面研究的很少。资金和技术已成为制约我国污水处理发展的两大主要因素。因此可以吸收国外曝气生物滤池的成功运行经验,根究我国的实际情况作一定的研究和改进,在我国推广曝气生物滤池的使用。特别在通过投加化学药剂除磷和BAF系统联合运用去除有机物和营养物方面,国外在这方面所做的研究也很少。我国应进行这方面的研究,来经济有效地解决我国水体富营养化越来越严重的现象。特别是在资金短缺的中小城市兴建和改造污水处理厂,曝气生物滤池是一个很好的选择。

实验目的与内容

本次实验我的主要目的是结合国内外的研究进展，基于曝气生物滤池的原理，构建了同时具有缺氧好氧功能的曝气生物滤池，通过投加共代谢基质强化生物降解，以达到高效的硝基苯胺去除和脱氮能力，同时对2-硝基苯胺和4-硝基苯胺的生物降解性能进行评估。

同时本课题研究内容主要通过构建具有混合菌群的BAF结合共代谢基质，实现NA的高效降解，实验的研究内容主要包括以下几个方面：

（1）共代谢基质投加前后对NA去除效果的影响。

（2）探索2-硝基苯胺和4-硝基苯胺的不同共代谢基质投配比，并研究两者的生物降解性差异。

参考文献

[1]. 周文敏, 傅德黔与孙宗光, 中国水中优先控制污染物黑名单的确定. 环境科学研究, 1991. 4(6): 第9-12页.

[2]. 凌珠钦, 汪晓军与王开演, 臭氧-曝气生物滤池工艺深度处理石化废水. 应用化工, 2008. 37(8): 第917-920页.

[3]. 崔福义, 张兵与唐利, 曝气生物滤池技术研究与应用进展. 环境工程学报, 2005. 6(10): 第1-7页.

[4]. 郑俊, 宁靓与汪荣, 活性污泥/BAF组合工艺处理生活污水的研究. 中国给水排水, 2008. 24(11): 第15-18页.

[5]. 陈军, 权文婷与孙记红, 太湖氮磷浓度与水质因子的关系. 中国环境监测, 2011. 27(3): 第79-83页.

[6]. 黎华恒, 曝气生物滤池在污水处理中的应用及研究进展. 环境与发展, 2018. 30(10): 第35 38页.

[7]. 张杰, 曹相生与孟雪征, 曝气生物滤池的研究进展. 中国给水排水, 2002. 18(8): 第26-29页.

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[10]. 马军与邱立平, 曝气生物滤池及其研究进展. 环境工程, 2002. 20(3): 第7-11页.

[11]. Gonccedil;alves, R.F., L.L. Grand and F. Rogalla, Biological phosphorus uptake in submerged biofilters with nitrogen removal. Water Science amp; Technology, 1994. 29(10 - 11): p. 135-143.

[12]. Chen, S.D., C.Y. Chen and Y.F. Wang, Treating high-strength nitrate wastewater by three biological processes. Water Science amp; Technology, 1999. 39(10–11): p. 311-314.

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[14]. 万平, 陈建军与钟理, 新型污水处理工艺--曝气生物滤池. 工业水处理, 2004. 24(5): 第1-5页.

[15]. 王立立等, 曝气生物滤池处理低浓度生活污水的研究. 工业水处理, 2003. 23(3): 第29-32页.

[16]. 张文妍, 朱亮与薛红琴, 微污染水源水生物预处理氨氮去除影响因素探讨. 给水排水, 2002. 28(11): 第1-3页.

[17]. 季民等, 两种微污染原水生物预处理方法工艺性能比较. 给水排水, 2002. 28(10): 第26-29页.

[18]. 项颂等, 水解酸化—A~2/O—曝气生物滤池工艺处理综合印染废水. 工业水处理, 2013. 33(5): 第25-28页.

资料编号：[83974]

文献综述

首先本次实验我要处理的是硝基苯胺废水，我将从四个方面来介绍它：

1.来源

目前，大部分的硝基苯胺来源于人工合成。国内主要采用氨解法和硝化水解法。氨解法主要是通过加料过程，使硝基氯苯与大量的氨水在高压反应釜中进行氨解反应，通过放氨、静置、分去氯化铵、块片干燥，得到硝基苯胺。硝化水解法的原料为乙酰苯胺，在经硝化、水解后得到2-NA和4-NA的混合物，再通过蒸馏和柱层分析等方法分离硝基苯胺。

2.物化性质

硝基苯胺一般是高沸点的液体或熔点不高的固体，有特殊气味，难溶于水而易溶于有机溶剂。2-硝基苯胺与4-硝基苯胺物理化学性质如表1.1所示。

表1.1 2-硝基苯胺与4-硝基苯胺的物理化学性质