[发明专利]改性零价铁在强化厌氧生物处理硝基化合物废水中的应用

说明书

本发明公开了改性零价铁在强化厌氧生物处理硝基化合物废水中的应用。本发明通过将生物炭负载硫掺杂纳米零价铁复合材料加入到厌氧污泥中，采用连续流废水处理，促进硝基化合物厌氧生物还原。本发明首次将生物炭负载硫掺杂纳米零价铁复合材料应用于硝基化合物废水处理中，S‑nZVI@BC耦合厌氧污泥系统显著地增强NACs的还原转化率，在废水处理中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于水污染控制技术领域，涉及一种改性零价铁在强化厌氧生物处理硝基化合物废水中的应用，具体涉及一种生物炭负载硫掺杂纳米零价铁在强化厌氧生物处理硝基化合物废水中的应用。

背景技术

硝基化合物(NACs)是一种重要的化工原料，广泛用于生产医药、染料、塑料、炸药和杀虫剂，但是其带来严重的环境污染。NACs可以通过物理化学方法去除(如吸附和高级氧化等)，但是存在成本高或者产生较多毒性较大的中间产物的问题。生物法是一种成本低且有效的污水处理方法。同时，生物法处理NACs可以生成毒性较低的产物胺基化合物，有利于后续降解。目前，传统生物法采用厌氧还原降解NACs，但是存在反应速率较慢、系统不稳定等问题。

近年来，零价铁(ZVI)在厌氧废水处理系统中的综合利用越来越受到关注。ZVI表面钝化可以在厌氧条件下得到缓解，从而使其能够更好地发挥作用。然而，高活性的纳米零价铁颗粒(nZVI)虽然比表面积大、反应活性强，但是容易氧化且稳定性差，同时由于粒径微小表面能较大及颗粒间的磁力作用，导致其极易团聚，使nZVI颗粒尺寸变大，反应活性降低，影响其实际应用价值(The limitations of applying zero-valent iron technologyin contaminants sequestration and the corresponding countermeasures:Thedevelopment in zero-valent iron technology in the last two decades(1994-2014).<Water Research>,2015年,第75期,P224-248)。因此，维持nZVI的活性是使用nZVI强化厌氧还原硝基苯时亟须解决的问题。研究发现对nZVI表面进行修饰或是引入贵金属催化剂等，可以缓解nZVI团聚并加快污染物去除效率。但是这些材料价格昂贵并具有生物毒性等缺点，不利于实际工程应用。

通过还原硫化物对nZVI进行化学修饰，是一种简单、价格低廉、环境相容性好的提高nZVI活性的方法(Advances in sulfidation of zerovalent iron for waterdecontamination.<Environmental Science&Technology>,2017年,第51期,P13533-13544)。硫掺杂纳米零价铁技术(S-nZVI)是在纳米零价铁的表面包覆FeS。FeS材料作为良好的电子传导体，表现出较高的氧化还原电位。因此，FeS具有与贵金属包覆层类似的高效传导电子的功效，并且FeS价格低廉。

生物炭(BC)是指生物质，如农作物秸秆、木材、动物粪便、污泥、树叶等在厌氧或缺氧的情况下，经过高温慢热热解形成的碳含量丰富的固体物质(Environmentalapplication of biochar:Current status and perspectives.<BioresourceTechnology>,2017年,第246期,P110-122)。BC含碳量高，具有较大的孔隙结构和比表面积，是天然的吸附材料，其吸附性能高、成本低廉，具有改良土壤、增加碳汇、修复环境污染等功能，被广泛应用于农业、生态修复和环境保护等领域。BC除了是一种廉价的吸附材料，还是一种优秀的负载材料，其结构有益于纳米材料的分散，解决零价铁团聚和活性降低等问题，且经高温烧制的BC含有丰富的含氧官能团，其中羟基和羧基具有活化过硫酸钠的能力。

发明内容