生物零价铁强化降解典型硝基芳香族化合物的机理研究(3)
(3)电化学法
电化学系统有结构简单，操作方便，文护费用较低等优点，日益受到人们的重视，而且电化学方法可控性强，有利于实现自动化，被称为“环境友好型”技术。电化学法的原理为构造原电池或者电解池，以废水为电解质，在电流的作用下，在两个电极分别发生氧化反应和还原反应，从而将水中的硝基芳香族化合物分解。将此法与生物法耦合，可以提高去除效率。范念文[14]在电化学脱硝实验中得出结论在氯化钠含量为1g/L、电流密度为24. 99 mA/cm2、pH为1.81、初始硝氮浓度为100 mg/L的实验条件下，通过3次重复验证实验，确认实际6h内电极对脱氮百分率为91.34%。
1.2.3生物法
生物法是利用活性污泥中的微生物将有机物还原转化或者催化降解，从而将降低微生物的毒性。其主要方法有好氧法和厌氧法。好氧生物法是一种比较成熟的工艺，在废水的处理中有广泛应用，例如生活废中氮磷的去除，高浓度有机废水的处理，富含悬浮颗粒废水的处理等[15]。丁厚钢[16]等人采用SBR反应器3-硝基酚进行好氧降解。实验结果表明：在初始COD浓度1000 mg/L，共基质为葡萄糖的条件下，浓度小于120 mg/L的3-硝基酚可以被完全降解。
在厌氧条件下，多数的硝基芳香化合物可以被还原降解。关于厌氧微生物还原降解硝基芳香族化合物的机理，国内外的研究者认为，向反应体系中投加电子供体，硝基得电子被还原成胺基，硝基芳香族化合物被还原转化为芳族胺[1,4]，脱下的氨基可以作为微生物生长的氮源，剩下的芳环不能被进一步降解。于建伟[17]在硝基芳香族化合物生物降解研究中发现硝基芳香化合物在产甲烷菌的作用下很容易被还原脱毒，芳环上的硝基被转化为氨基，废水的毒性显著降低。硝基芳香族化合物上的硝基官能团的吸电子特性降低了苯环上的电子云密度，化合物性质更加的稳定，好氧微生物法难以高效的分解此类化合物。在厌氧的条件下，硝基芳香烃虽然可被转换成氨基化合物并被进一步降解，但是此类化合物的较高生物毒性抑制了微生物的活性，导致此过程降解速率较慢且需要投加大量的电子供体，增加了运行成本，同时厌氧微生物对碳氮源、pH和温度等外部条件要求比较严格，限制了其在废水处理中的进一步应用。因此传统生物法并不适用于硝基芳香废水的处理，有必要开展一种高效、廉价、稳定的非生物还原法。有研究表明，通过投加零价金属，可以显著提高还原降解效果。因此本研究采用生物零价铁法强化降解硝基芳香族化合物并对其运行效果及机理进行探究。
1.3 ZVI技术应用现状
1.3.1零价铁的简介
20世纪80年代，美国科学家Sweeny首次报道了零价铁(Zero-valent Iron, ZVI)还原氯代脂肪烃，并将该技术应用于受氯化物污染的地下水修复中[18]。此后大量研究证实ZVI可还原降解氯代芳香烃、偶氮染料、硝基芳烃类以及农药DDT、除草剂AtraZine等一系列难降解有机物[19]。零价铁具有成本低廉、工艺简单、文护方便、处理效果好、且对人体无害等特点，在水污染治理中得到关注。哈申吐力古尔[20]在探究零价铁与硝基苯反应的机理的实验中，探究了pH值、Eh值、反应温度、驻留时间等因素对零价铁法处理硝基苯废水的影响。结果表明：零价铁法可以有效去除有毒难降解的硝基苯类化合物，反应体系适应能力强。实验经过60 min的反应，83.11%的硝基苯可被还原转化；经过120 min的反应，97.14%的硝基苯可被还原转化。
零价铁技术的发现解决了有毒难降解废水的处理的难题，但是这个技术本身存在一定的局限性。比如在处理氯代有机物时，存在脱氯不完全、产生有毒中间产物等问题；而且大量实验表明零价铁系统长期运行性能下降，由于长期运行会形成Fe(OH)3等氧化沉淀物，这些沉淀物覆盖在铁表面，导致铁的活性降低，因此处理效果并不理想。可见在零价铁技术上还存在较大的改进空间。