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DNP和DNBP是苯乙烯生产过程中不可缺少的重要化工原料，市场需求量大。本文结合天津瑞泰精细化工有限公司的生产实际，对DNP和DNBP生产废水处理进行研究，具有较高的科学价值和现实价值，对同类有机废水治理，产生深远的影响。本课题研究的处理有机废水的工艺技术，已获得国家发明专利。
本文调查研究DNP和DNBP生产废水的来源和水质特征，并通过气相色谱-质谱联用技术对废水进行分析，确定废水的主要成分。针对生产工艺的特点，本着节能减排、清洁生产和循环经济的原则，采取废水分类处理的工艺技术路线。依照废水来源及水质的不同，将DNP和DNBP生产废水，分为浓酸水和稀酸水，分类处理。采用预处理与生物处理相结合的处理方法，按照萃取—高级氧化—生化的流程，提出了浓酸水和稀酸水处理工艺。并对DNP和DNBP生产废水处理进行小试，初步了解和掌握了整个工艺的处理能力并试验确定工艺条件，对中试试验和工业化处理DNP和DNBP生产废水提供科学依据。
本文研究了萃取法对DNP和DNBP生产废水的处理。通过定性定量分析，生产废水中主要有机污染物为硝基苯类物质，具有高毒性，已被列入世界“环境优先控制有毒有机污染物”名单。废水中所含的硝基苯是生产过程的原料、中间体甚至是粗产品。有效合理地处理含硝基苯废水，是环境保护和综合利用资源的重要课题之一。利用萃取法，回收废水中的有机物质，一方面可以减少生产原料的损失；另一方面可以将废水中的有机物转移到有机相中，减少废水中有机物的含量，降低废水的COD、色度、提高可生化性。本文考察了萃取剂、稀释剂、萃取时间、相比、初始pH值等对萃取过程的影响。确定废水的最佳萃取工艺条件。利用磷酸三丁酯作为萃取剂，煤油为稀释剂，萃取剂的浓度为70％，萃取时间为30min，萃取的相比(油水比)1∶5，采用原水pH直接萃取，萃取级数选择两级。经萃取后废水的COD去除率达67.2％，色度由10000降到2000左右，表观颜色由棕红色变为浅棕黄色。本文还对萃取剂的再生及反萃过程进行了实验研究，确定了反萃过程的基本参数。NaOH浓度为20％，最佳油水比为5∶2，反萃效果最好。萃取剂性能良好，经过8次萃取，未出现降解失败，证明有良好的抗疲劳强度。经萃取后废水的生化性由0.13提高到0.23。
本文研究了微电解-Fenton法处理稀酸水。微电解和Fenton连用处理稀酸水时，废水中的有机物，发生了一系列的物理、化学反应，使污染物得到有效去除。本文对微电解和Fenton处理废水的工艺条件，进行试验研究。Fe/C比值为1.2，微电解反应时间为120min，进水pH值为3，H2O2投加量为4ml/L，Fenton反应时间为150min的条件下，对废水的处理效果较好，COD去除率在60％左右。稀酸水经过微电解反应器时，生成铁及Fe2+，形成了良好的Fenton反应条件，省去了FE2+的投放。Fe2+与加入的H2O2反应，生成氧化性极强的羟基自由基，可无选择地氧化废水中的大多数有机物。通过调节废水pH值和添加絮凝剂，使生成的Fe2+及Fe3+产生絮凝和吸附作用，将废水中的悬浮物和胶体絮凝沉淀，并吸附大量可溶性有机污染物一起沉淀，使废水得到进一步净化。微电解-Fenton法，对含硝基苯类废水进行预处理，是一种非常好的方法，其运行成本较低，操作简单。经微电解-Fenton预处理后，可生化性大大提高，由0.19提高到0.30，其出水水质，已经达到可被生化处理的水平。本文研究了臭氧催化法，处理DNP和DNBP生产废水，经络合萃取后的浓酸水和经微电解-Fenton后的稀酸水。采用催化臭氧氧化对其进行预处理，进一步提高可生化性。本实验研究了，采用新型催化剂—活性炭负载纳米二氧化钛，提高臭氧的催化效率。实验表明，催化臭氧氧化相对于单独臭氧氧化，COD去除率提高了34％，证明了新型催化剂的明显催化作用。由于pH值是臭氧催化的重要控制参数，试验研究了初始pH对处理效果的影响。随着初始pH增加，COD的去除率逐渐增大，而且在溶液由酸性转为中性时，去除率的增加幅度，比由中性转为碱性时要小，碱性环境更有利于臭氧对有机物的降解。臭氧在酸性和碱性条件下，对有机物的氧化机理不同，在碱性条件下，臭氧分解产生活性更强的羟基自由基，然后通过羟基自由基对有机物进行氧化，去除废水中的COD。实验发现，增加臭氧的气体流量，有利于提高臭氧氧化反应速率。表现在有机物被氧化的比例和程度增加，COD的去除率也随之增加。为了探讨催化臭氧化的反应机理，对催化剂的吸附性做了考察。催化臭氧氧化对COD的去除效率，明显高于催化剂的吸附。通过加入·OH捕获剂叔丁醇，推测了反应机理。实验结果表明，叔丁醇的加入使催化臭氧化，对废水COD的去除率明显下降，而且影响较大，说明反应过程遵循自由基反应机理。催化臭氧化过程中羟基自由基的形成，主要由催化剂表面羟基引发。
本文研究了生化反应的因素条件，对DNP和DNBP生产废水处理效果的影响。通过预处理后的废水，无论是稀酸水还是浓酸水的BOD/COD均达到0.3以上，生化性良好。因此，本文采用移动床生物膜反应器(Moving-Bed Biofilm Reactor，MBBR)，对DNP和DNBP生产废水进行生物处理。采用提升COD负荷法，驯化出可适应DNP和DNBP生产废水降解的活性污泥。当废水进水浓度在1000-1800mg/L时，COD去除率可达60％以上。经镜检发现，在活性污泥絮体中存在大量诸如漫游虫、盖纤虫和轮虫等原生动物和后生动物，且十分活跃。采用了预挂膜方式，对反应器进行挂膜和启动。运行3天后，系统的COD去除率即达到稳定情况，在90％左右。另外本文考察了反应器的稳定情况及水力停留时间等因素，对反应器去除效果的影响，确定了相关参数。当进水浓度在300mg/L-600mg/L变化时，反应器总体处理效果较稳定。随着水力停留时间的延长，COD的去除效果逐渐增加。综合考虑处理效果和运行成本，水力停留时间选择在24小时。实验研究了MBBR生物反应器内的微生物分布情况，结果表明，MBBR反应器内的附着微生物，平均占微生物总量的64.5％，悬浮微生物平均占35.5％。反应期内的生物量呈现周期性变化，由此引起附着生物量和悬浮生物量的周期性变化，但对出水COD的影响较小。
本文为了获得高效的菌种，从已驯化好的活性污泥中筛选到五株菌株，均可降解DNP和DNBP生产废水中的有机物，对COD的去除率在25％-30％之间。对色度的去除有所差异，去除效果最好的达到31％，最低的仅仅为17％。对降解性能较好的三株菌株进行了菌种鉴定。综合菌株的生理生化及分子鉴定结果，初步可以确定为希瓦氏菌(Shewanella sp)、人苍白杆菌(Ochrobactrumanthropi)、芽孢杆菌(Bacillus sp)。经过查阅资料表明，希瓦氏菌、人苍白杆菌和芽孢杆菌菌属，均有作为降解苯胺废水的报道，主要是因为微电解-Fenton和催化臭氧氧化处理单元，废水中的硝基苯类物质被还原为苯胺。生化反应器内的废水，其主要成分已经转化为苯胺类。本文根据实验条件，对DNP和DNBP的生产废水处理，进行中试。验证了实验过程中，工艺设计的合理性，技术参数的科学性，以及扩大实验后的成功再现性，在此基础上，扩大到工程设计、施工运行，并提出了工业化处理DNP和DNBP废水的工艺条件和技术参数。
1、首先，将DNP和DNBP生产废水中，浓酸水、稀酸水和冲洗杂用水，分流、混合，进入不同的预处理单元。
2、DNP和DNBP生产过程中的稀酸水，先采用磷酸三丁酯为萃取剂，煤油为稀释剂，对其进行两级络合萃取。使其COD由7000mg/L降低到3800mg/L，色度由8000降低到2000左右。
3、DNP和DNBP浓酸水的COD约为12000mg/L左右，色度10000倍。由于DNBP生产废水的浓酸水中，含有大量的DNBP，所以先采用乙苯为萃取剂，进行萃取，回收DNBP。乙苯萃取后的废水和生产DNP产生的浓酸水混合，一起进行络合萃取。采用磷酸三丁酯为萃取剂进行两级萃取，萃取后废水的COD降至4500-5000mg/L，生化性由0.13提升到0.19，色度降低到2000，颜色由棕红色变为浅棕黄色。萃取剂用20％的NaOH溶液进行反萃后，使其再生，循环使用。
4、经过萃取后的稀酸水，进入微电解-Fenton装置，进水之前需调节废水pH到3，Fe/C比值为1.2，微电解池停留时间2h，Fenton停留时间为3h。经过处理后，废水的COD降至1100-1200mg/L。
5、经萃取过的浓酸水和经过微电解-Fenton后的稀酸水混合，投加NaOH，调节pH至8左右，进入催化臭氧氧化池，采用活性炭负载纳米二氧化钛为催化剂，其中，催化剂与水之比为2∶8；臭氧产生量为100g/h；废水水流与臭氧的流向为错流前进。停留时间8h，直至颜色变为浅棕黄色。经过处理后，废水的COD低于600mg/L。
6、经过臭氧氧化后的水，进入MBBR反应器，载体投加量为20％(V/V)，曝气量为15L/h，水力停留时间24h。经处理后可达标排放。
通过对外排水的监测结果表明，处理后的排放水质达到《污水综合捧放标准》GB8978-1996中二级标准。工程结果再次表明，DNP和DNBP生产废水采取萃取—高级氧化—生化的处理工艺，是切实可行的，具有广阔的发展前景和推广应用价值。