ECH--SBR组合工艺无害化降解氯酚的初步研究

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氯酚是持久性有机污染物,目前还没有成熟无害的降解方法。论文以4-氯酚(4-chlorophenol,4-CP)、3,4,5-三氯酚(3,4,5-trichlorophenol,3,4,5-TCP)、五氯酚(pentachlorophenol,PCP)为目标污染物,从无害化降解角度,采用电催化氢解(electrocatalytic hydrogenolysis,ECH)-序批式活性污泥法(sequencing batchreactor, SBR)组合工艺进行降解。  采用循环电沉积/溶出法(Cyclic electrodeposition/stripping,CES)制备获得了电化学活性高、性能稳定的树枝状Pd-Cu/Ti双金属电极(CV50 Pd-Cu/Ti电极)。利用循环伏安(cyclic voltammetry, CV)、扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)、透射电镜(transmission electron microscopy,TEM)、X-射线衍射(X-raydiffraction,XRD)、光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、希朗诺尔-埃米特-泰勒方法(Brunauer-Emmer-Teller,BET)、电感耦合等离子体原子发射光谱(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry, ICP-AES)测试手段对其进行了表征。研究了水溶液介质中4-CP、3,4,5-TCP、PCP的还原脱氯。考察了溶液初始pH值、脱氯电流等因素对脱氯转化率和电流效率的影响,同时考察了电极的稳定性,对脱氯中间产物进行了检测,探讨了氯酚的电化学还原脱氯动力学、脱氯路径与机理。CV50 Pd-Cu/Ti电极上脱氯50min时可实现10mg/L的4-CP的100%转化。CV50 Pd-Cu/Ti电极上初始浓度为3,4,5-TCP脱氯70min时实现了100%转化,氯离子生成率为96.6%,主要产物是苯酚,中间产物有3,4-二氯酚(3,4-dichlorophenol,3,4-DCP)、3-氯酚(3-chlorophenol,3-CP),其脱氯过程为零级反应,3-位或5-位-Cl比4-位-Cl易于脱除。CV50 Pd-Cu/Ti电极上脱氯90min时可实现10 mg/L的PCP的100%转化,氯离子的生成率为81.5%,主要脱氯产物是苯酚,苯酚还可被进一步还原为环己酮等物质,中间产物有2,3,4,6-四氯酚(2,3,4,6-tetrachlorophenol,2,3,4,6-TeCP)、2,3,4,5-四氯酚(2,3,4,5-tetrachlorophenol,2,3,4,5-TeCP)、2,3,4-三氯酚(2,3,4-trichlorophenol,2,3,4-TCP)、2,4-二氯酚(2,4-dichlorophenol,2,4-DCP)、2,3-二氯酚(2,3-dichlorophenol,2,3-DCP)、2-氯酚(2-chlorophenol,2-CP)及4-氯酚(4-chlorophenol,4-CP),其脱氯过程为一级反应,氯原子被去除的难易程度为5-位>6-位>4-位。4-CP、3,4,5-TCP、PCP的电化学还原脱氯均是由反应物的扩散及电化学反应共同控制的。  ECH产物苯酚同样也属于环境优先污染物,为了实现氯酚的无害化降解,又采用SBR工艺对脱氯产物进行了降解研究。对普通活性污泥进行为期160天的驯化,培养出能够以苯酚作为唯一碳源的活性污泥。驯化出的污泥将脱氯结束液矿化,溶液TOC降为0 mg/L。对驯化出的污泥所能承受最高苯酚浓度进行了分析,临界值在500 mg/L。采用PCR-DGGE技术对驯化的活性污泥进行菌群多样性分析。苯酚降解菌中Uncultured Bacteroidetes bacterium,Uncultured Zoogloeasp,Uncultured bacterium clone为主要优势菌。在3mg/L4-CP与30 mg/L苯酚的混合培养体系中氯酚降解菌形成,分析其与Uncultured Verrucomicrobiabacterium,Sphingomonas sp,Uncultured Aquincola sp,Chryseolinea serpens亲缘相近,研究为氯代有机污染物的无毒无害降解提供了理论依据。
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