苯胺废水中溶解性有机物组分特征.docVIP

苯胺废水中溶解性有机物组分特征摘要：以某公司苯胺废水为研究对象，采用树脂吸附分离法对水样进行组分分离，将水样分为疏水酸性物质、疏水碱性物质、疏水中性物质、亲水酸性物质、亲水碱性物质和亲水中性物质6个组分，分析了水样和各组分的溶解性有机碳和遗传毒性特征。结果表明，疏水性物质中的溶解性有机物是苯胺废水溶解性有机物的主要成分，占60%以上；疏水性物质中含有较高的遗传毒性物质，占苯胺废水总遗传毒性的80.8%；每种组分的遗传毒性与每种组分所含的溶解性有机物成正相关，相关系数为0.975。关键字：苯胺废水; 疏水性物质; 亲水性物质; 溶解性有机物; 遗传毒性中图分类号:X502文献标识码:A1 引言苯胺是一种有机化工原料，广泛应用于多种化工行业。我国主要采用硝基苯催化加氢法生产苯胺，排放的废水中含有大量的硝基苯、苯、苯胺、硝基酚盐以及二硝基苯等有害物质1。对于传统苯胺废水处理技术而言，虽然能满足一般的出水水质指标要求，但出水中仍残留了一些难处理溶解性有机物，这些污染物的危害性和危害程度还不明确2。硝基苯、苯胺类化合物是高毒性物质，难以生物降解并且对生化反应有抑制和毒害作用3，这类化合物在水体中有一定的溶解度，会造成水体严重污染，破坏生态环境。因此研究苯胺废水中溶解态有机物组分及其生物效应十分必要。本研究以某公司苯胺废水为研究对象，采用树脂吸附分离技术4，将其分离为六个组分，运用TOC仪、紫外-可见光谱分析、遗传毒性测试手段，系统解析该出水各有机物组分分布特征和遗传毒性特征，为苯胺废水处理工艺选择或评价其出水水质安全提供理论依据。2 材料与方法2.1 水样的采集和水质指标的测定水样取自某公司苯胺废水，取样后立即经0.45 m玻璃纤维滤膜过滤，并于24 h内测定水质指标，水样pH值调至2.0左右储存于4冰箱中。主要水质指标及其检测方法见表15表1 常规水质指标及检测方法Table 1Basic water quality and detection methods指标测定方法pH标准电极法COD重铬酸钾法NH3-N水杨酸分光光度法色度SD-9011色度仪DOC岛津TOC-VCPH仪2.2 有机物组分分离过程采用树脂吸附分离法进行有机组分分离6,7，如XAD-8树脂、MSC强酸性阳离子交换树脂、DA-7弱碱性阴离子交换树脂。玻璃层析柱（上海沪西分析仪器厂）内径1.6 cm，长度20 cm。采用索式提取法对树脂经行净化处理，净化的树脂用高纯水装入层析柱中待用。层析柱活化依次用1 molL-1 HCL、NaOH溶液冲洗，测定出水TOC，若小于1 molL-1，则可进行下一步，否则重复上述过程。过滤后的污水以10 mLmin-1流速通过XAD-8树脂柱，然后依次用200 mL 0.1 molL-1 HCL溶液及高纯水反冲洗树脂，流出的组分为疏水碱性物质（HOB）。将储存的水样调节pH为2.0，通过树脂柱得到亲水性物质（HIS），再依次用200 mL 0.1 molL-1 NaOH溶液及高纯水反冲洗树脂柱得到疏水酸性物质（HOA）,最后用200 mL甲醇索式提取干燥后的树脂得到组分为疏水中性物质（HON）。储存的亲水性物质依次经过MSC树脂和DA-7树脂流出的组分为亲水中性物质（HIN）。再用200 ml 0.1 molL-1 NaOH溶液洗脱树脂，洗脱液分别为亲水碱性物质（HIB）和亲水酸性物质（HIA）,各组分定容至1L。2.3Umu遗传毒性测试水样前处理方法参照文献8。取水样250 mL，调节pH值至2.0后固相萃取；萃取柱采用HRB小柱，依次经10 mL甲醇、丙酮和高纯水活化；水样以10 mLmin-1的流速通过萃取柱，采用10 mL丙酮洗脱后氮吹干；再溶于0.5 mL二甲基亚砜（DMSO）中备用于Umu试验。Umu试验方法见文献9。主要实验材料包括:酶标仪（BIO-RAD Model 550），鼠伤寒沙门氏菌TA1535/psk1002。实验中以4-NQO（4-硝基喹啉-N-氧化物）为阳性对照。样品的遗传毒性以与其毒性相当的4-NQO浓度表征，单位为gL-1。3 结果与讨论3.1 苯胺废水常规水质指标某公司苯胺废水水质测定结果如表1所示。该结果表明水样COD和NH3-N的含量都基本满足国家排放标准，但是DOC为40.08 mgL-1，遗传毒性为50.7 4-NQOgL-1。说明苯胺废水中还含有大量的难降解溶解性有机物和有毒物质。表2 苯胺废水常规水质指标Table 2Basic water quality of the wastewater sample指标pH色度COD(mgL-1)NH3-N(mgL-1)DOC(mgL-1)遗传毒性(4-NQOgL-1)苯胺废水7.4988202.626.18240.0850.73.2 苯胺废水各组分DOC分布DOC常用于表征污水中的溶解性有机物总量10，苯胺废水及各组分DOC如图2所示。可以看出各组分DOC含量及所占百分比大小顺序为HOAHOBHONHINHIAHIB，其中HOA和HOB含量较高，分别占总DOC的29%和26%。HIA和HIB的含量相对较小,低于10%。说明HOA和HOB是苯胺废水中主要溶解性有机成分,二者含量之和超过出水DOC的50%。图2 苯胺废水各组分DOC的分布图Fig. 2DOC of the six fractions of DOM in wastewater sample3.3 苯胺废水及各组分遗传毒性的分布苯胺废水及各组分的遗传毒性如图3所示，出水遗传毒性值50.7 4-NQOgL-1，其中疏水性物质HOA、HOB和HON遗传毒性较高，分别占出水遗传毒性的40.8%、28.9%及11.3%，疏水性物质总和占80.8，而亲水性物质总和只占19.2%，表明出水中遗传毒性物质主要为疏水性物质，与DOC分布情况对比，可以发现DOC较大的组分遗传毒性也相对较高，即苯胺废水遗传毒性与水体中的DOC呈正相关性，相关系数达0.975（图4）。图3苯胺废水及各组分遗传毒性分布 图4苯胺废水各组分遗传毒性与DOC相关性Fig. 3Genotoxicity of the waste water sample and its six fractions Fig. 4Genotoxicity of the waste water sample and its six fractions4 结论(1) 苯胺废水中疏水性物质溶解性有机物的主要成分，占60%以上。(2) 苯胺废水中疏水性物质含有一些具有较高遗传毒性的物质，其遗传毒性占总遗传毒性的80.8%，亲水性物质的遗传毒性相对较小。因此，选择对苯胺废水中疏水性有机物去除率高的工艺，就可提高处理出水在遗传毒性方面的安全保障。参考文献1 邹和锋. 苯胺生产过程中的废水处理方法J. 东北林业大学学报, 1997, 25(3): 93-942 胡洪营, 赵文玉, 吴乾元. 工业废水污染治理途径与技术研究发展需求J. 环境科学研究, 2010, 23(7): 861-8683 郑金来, 李君文, 晁福寰. 苯胺、硝基苯和三硝基甲苯生物降解研究进展J. 微生物学通报, 2001, 28(5): 85-88.4 Wang L Y, Wu F C, Zhang R Y, et al. Characterization of dissolved organic matter fractions from Lake Hongfeng, Southwestern China PlateauJ. Journal of Environmental Sciences, 2009, 21(9): 581588.5 国家环境保护总局水和废水监测分析方法编委会. 水和废水监测分析方法(第四版)(增补版)M. 北京: 中国环境科学出版社, 2002. 6 MehmetK, Tanju K, Andrew W,etal. 2002. Probing reactivity of dissolved organic matter for disinfection by-product formation using XAD-8 resin adsorption and ultrafiltration fractionationJ. Water Research, 36(15): 38343848.7 Tone C G, RolfD V, Lars E,etal.2005. Artefacts in XAD-8 NOM fractionationJ. International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 85(6): 365-376.8 Wang L S, Hu H Y, Wang C. Effect of ammonia nitrogen and dissolved organic matter fractions on the genotoxicity of waste water effluent during chlorine disinfectionJ. Environmental Science and Technology, 2007, 41(1): 160-165.9 International Standard Organisation 2000. Water quality Determination of the genotoxicity of water and wastewater using the umu-test, 1th ed. S. ISO 13829.Geneva, Switzerland. 1-18.10 Marhaba T F, Van D. The variation of mass and disinfection by-product formation potential of dissolved organic matter fractions along a conventional surface water treatment plant J. Journal of Hazardous Materials, 2000, 74(3): 133-147.Characterization of Dissolved Organic Matter in Aniline WastewaterAbstract: Aniline wastewater from a company was isolated and fractionated by resin adsorption method into six different fractions. These fractions are operationally categorized as hydrophobic acids (HOA), hydrophobic bases (HOB), hydrophobic neutrals (HON), hydrophilic acids (HIA), hydrophilic bases (HIB) and hydrophilic neutrals (HIN). The dissolved organic carbon (DOC) and genotoxicity of each fractions were determined. The results showed that: 1) DOC in hydrophobic matter is the main fraction of DOC (over 60%) in aniline wastewater; 2) hydrophobic matter makes the main contributions to the genotoxi