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TNT是目前应用最为广泛的炸药之一,在其合成和制备过程中产生大量的废水。这类废水含有多种难以被微生物降解的高毒性有机物,TNT和DNT是其中最重要的两种,传统的活性污泥生物系统难以有效的对其进行降解。针对TNT和2,4-DNT的生物降解难点,本论文采用固定化微生物厌氧生物滤池(G—AF)+固定化微生物曝气生物滤池(G-BAF)组合工艺对TNT和2,4-DNT的降解影响因素及机理进行了深入研究。
研究取得的成果有:
(1)采用专利载体FPUFS固定复合微生物的G—AF+G-BAF组合工艺可有效降解TNT和2,4-DNT在稳定运行条件下,好氧出水中未检出TNT,2,4-DNT的浓度在0.2mg/L以下。
(2)TNT和2,4-DNT的厌氧降解过程均可用Andrews模型来描述。TNT的厌氧降解Andrews方程为q=0.76/1+100.16/S+S/62.20,2,4-DNT的厌氧降解Andrews方程为q=1.06/1+73.38/S+S/61.20。pH和HRT对组合工艺降解TNT和2,4-DNT的效果影响较大,当pH为7、HRT为24h时,系统出水符合相关排放标准。作为电子供体,乙醇对TNT和2,4-DNT的厌氧降解起着重要作用,若需将TNT和2,4-DNT上的硝基尽可能多的转化为胺基,乙醇的投加量需高于理论需求量的2倍左右。
(3)采用红外光谱和GC-MS检测TNT和2,4-DNT的代谢产物,推测TNT和2,4-DNT的降解途径。TNT的降解途径:第一阶段:TNT在H2的作用下先被还原为2-胺基-4,6-二硝基甲苯(2-A-4,6-DNT),2-A-4,6-DNT然后被H2还原为2,6-二胺基-4-硝基甲苯(2,6-DA-4-NT)或2,4-二胺基-6-硝基甲苯(2,4-DA-6-NT),最终TNT被还原成TAT;第二阶段:在加氧酶的作用下,TAT被转化为NH3、己酸和庚酸,己酸和庚酸进一步矿化为H2O和CO2。2,4-DNT的降解路径和TNT的降解路径相似,具体如下:第一阶段:2,4-DNT先被H2还原为2-胺基-4-硝基甲苯(2-A-4-NT)或4-胺基-2-硝基甲苯(4-A-2-NT),然后被还原为2,4-二胺基甲苯(2,4-DAT):第二阶段:在加氧酶的作用下,2,4-DAT被转化为NH3、己酸和庚酸,己酸和庚酸进一步矿化为H2O和CO2。
(4)P125中的微生物种类比较多,种群优势不明显。在与含有TNT和2,4-DNT的废水接触150d后,P125中大部分微生物种群因不适应TNT和2,4-DNT而消亡,但部分微生物确立了优势地位。通过PCR-DGGE分析,得出降解TNT的优势菌属有:金黄色杆菌属(Chryseobacterium sp.)、假单胞菌属(Pseudomonas sp.)和鞘胺醇单胞菌属(Sphingomonas sp.);降解2,4-DNT的优势菌属有:假单胞菌属(Pseudomonas sp.)、鞘胺醇单胞菌属(Sphingomonas sp.)、立默氏菌属(Riemerella sp.)。