废水中丙烯腈的电催化和AN菌降解的耦合机制

丙烯腈为我国优先控制污染物，其生产废水的处理研究是当前环境领域的研究热点之一。针对传统生物法处理丙烯腈废水所存在的生物驯化难、处理效果不稳定等问题，本项目提出利用本单位自主拥有的丙烯腈高效降解菌Arthrobacter nitroguajacolicus ZJUTB06-99(简称"AN菌")进行水中丙烯腈的降解研究，并分析其降解机制。针对高效降解菌抗冲击力弱、在复杂环境中其生长与酶活性易受影响而降低对污染物的降解力等问题，结合初步研究所得的AN菌受一定外加微电场作用提高其降解速率等结果，本项目提出将微电场与AN菌耦合，构建AN菌电催化反应器，分析微电场对AN菌生长与酶活性的影响机制、揭示AN菌电催化对水中丙烯腈降解的耦合机制。本项目将微电场催化技术融入高效降解菌体系，有望解决该体系用于处理丙烯腈废水走向工业应用的技术瓶颈，为该类废水的有效治理开辟新途径。

丙烯腈应用广泛，而丙烯腈废水具有高毒性和难降解性，对丙烯腈废水的处理方法研究也较多。目前无论化学法，还是传统生物法或是生物化学耦合方法，主要偏重于以提高含腈废水的CODcr去除率为目标，对丙烯腈在处理过程中的降解产物与其降解机制研究较少。本项目以丙烯腈模拟废水为研究对象，以课题组发现的丙烯腈降解菌Arthrobacter nitroguajacolicus ZJUTB 06-99菌（简称“AN菌”）为工具，研究丙烯腈模拟废水分别在AN菌降解、活性炭纤维吸附、AN菌－ACF－微电场耦合等多种方法下的丙烯腈降解机制。通过研究，得到了同时测定水样中丙烯腈、丙烯酸测定方法；AN菌降解丙烯腈废水的关键影响因子有pH、产物丙烯酸的浓度等；AN菌降解丙烯腈废水的最适温度和pH分别为35 ℃、pH= 8~9；AN菌降解丙烯腈动力学在温度25 ℃~35 ℃时符合阿伦尼乌斯公式，表观活化能Ea=30.781 kJ/mol，降解动力学的米氏常数Km为5.18 g/L，最大反应速度Vm为5.376 mg/(L•min)；在多种处理方法中，丙烯腈废水的降解效果为AN菌－活性炭纤维（ACF）微电催化吸附>ACF－AN菌>AN菌；AN菌－ACF微电催化吸附实验中，最佳条件为初始丙烯腈浓度500mg/L、pH=7、控制电位为800mV、温度为30℃、搅拌速度为300 rpm，反应时间8h，此时丙烯腈降解率最高，为60.27%。