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除草剂噁草酮(Oxadiazon)是由2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)为初始原料经过10步反应制得,其合成过程中所产生的高盐有机废水成分复杂,难以处理。本论文以有效处理噁草酮生产废水为目的,首先对Fenton法和微波强化处理工艺的各项参数进行优化,初步建立噁草酮生产废水的物化处理方法;在此基础上,通过菌株分离及鉴定,获得优势降解菌株粪产碱杆菌ODZY,并建立了物化法联合微生物共同处理农药废水的工艺流程;为进一步降解废水,引入微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)技术,充分发掘粪产碱杆菌ODZY的生物降解性,以提高对噁草酮生产废水的处理效果,所得结果如下:
1.以噁草酮生产废水为对象,对Fenton法和微波法的各项参数进行优化。Fenton氧化法的结果表明,在100 mL水样中,最佳处理条件为反应时间3h、初始pH值5、双氧水投加量5 mL和FeSO4·7H2O投加量4 g,COD去除率达76.8%。在此基础上,引入微波辐射技术,采用Fenton试剂与活性炭协同微波联合处理噁草酮农药废水,结果表明在每100 mL水样中,最优处理方案为活性炭2 g,微波辐射功率700 W,辐射时长12 min,该方案废水的COD去除率可达85%。对比实验说明,微波辐射氧化技术优势明显,同时对环境无二次污染。
2.分离出一株能够有效降解噁草酮生产废水的菌株,经菌种鉴定该菌株为粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis)ODZY,产碱杆菌属。该菌株生长周期约为18h,其中对数生长期为6-14h,在偏碱性条件下生长良好。粪产碱杆菌ODZY为耐高盐菌株,其对NaCl的耐受性高达105 g/L,为生物法处理高盐噁草酮生产废水提供了优势菌株。
3.对经物化处理的噁草酮生产废水进行后续生物处理,包括单一菌株ODZY处理和ODZY协同活性污泥共同处理,ODZY单独处理废水的结果不仅表明通过微波法处理的废水具有良好的可生化性,而且证明了粪产碱杆菌ODZY用于处理噁草酮农药废水的可行性。在此基础上,引入活性污泥协同ODZY共同处理废水并取得了较为理想的效果,一车间废水,三乙胺废水、甲苯蒸馏废水、含Al废水以及混合废水的COD去除率分别达到37.5%,81.4%,80.2%,90.8%和69.3%。从而确立了一条物化法联合生物法共同处理此类农药废水的工艺路线。
4.为进一步提高生物法处理效果,构建了双室微生物燃料电池,首先以噁草酮合成初始原料2,4-DCP作为单一燃料,研究MFC对2,4-DCP和COD的去除效果。结果表明MFC在闭路状态下对2,4-DCP的降解率较开路厌氧状态下高约30%;扫描电镜发现,MFC运行过程中大量椭球状的粪产碱杆菌ODZY附着在阳极电极表面;GC-MS结果表明,2,4-DCP经MFC处理后能够脱氯开环,从而得到有效降解;以100 mg/L2,4-DCP为燃料的MFC连续运行2个周期,2,4-DCP的降解率及COD去除率达70%以上;当2,4-DCP浓度分别为25,50,100,150,200 mg/L时,2,4-DCP均能在一定程度上得到降解。在此基础上将MFC技术运用于噁草酮农药废水的处理中,MFC能够以物化处理后的噁草酮生产废水作为燃料,以初始COD6250.6 mg/L的废水作为燃料时,经处理COD降至1138.07 mg/L,降解率达81.8%。本研究为高效率低能耗处理含2,4-DCP等氯酚类化合物的难降解有机农药废水提供新的方法。