（环境工程专业论文）高效脱色菌群降解特性及扩大培养研究.pdfVIP

d e g r a d a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n di n t e r m e d i a t e c u l t u r e o fe f f i c i e n td e c o l o r i z a t i o nc o m m u n i t y a b s t r a c t d y e sa r ew i d e l yu s e d i nt e x t i l ep r i n t i n ga n dd y e i n g ，p a p e rp r i n t l n g ， i e a t h e r m a n u f a c t u r i n g ， e t c c o n t a i n i n gd y e sw a s t e w a t e rh a v eb e c a m eo n eo tt h e m a m s o u r c e so fw a t e rp o l l u t i o n s i tn o to n l ya f 佗c t st h eb e a u t yo f t h ew a t e re n v l r o n m e n t ， b u ta l s oe n d a n g e rt h es u r v i v a lo f w a t e ro r g a n i s m s s o m ed y e sh a v eb e e nc o n s l d e r e d b o d y c a r c i n o g e n i ca n dm u t a g e n i ch a z a r d s t h e r e f b r e ，c o n t a i n i n gd y e sw a s t e w a t e r m u s tb ep r o p e r l yh a n d l e d e c o l o r i z a t i o ns t r a i n sw e r ei s o l a t e df r o mt h el a b o r a t o r ya c c l i m a t e ds l u d g e ，a n d e f f i c i e n td e c o l o r i z a t i o nc o m m u n i t i e sw e r eo b t a i n e db ym i x e d t h ed e g r a d a t i o n c h a r a c t e r i s t i c so fe f f i c i e n td e c o l o r i z a t i o n c o m m u n i t i e sf o rm a l a c h i t eg r e e na n d r e a c t i v er e dd y ew e r es t u d i e d t h ep o s s i b l ed e c 0 1 0 r i z a t i o na n dd e g r a d a t i o np a t h w a y o fd v e sb yt h ee f ! f i c i e n td e c o l o r i z a t i o nc o n l m u n i t i e sw a si n v e s t i g a t e d t h em e t h o d o fh i g hd e n s i t yc u l t u r e i n g e f f i c i e n td e c o l o r i z a t i o n c o m m u m t l e sa n de x p a n d d e c o l o r i z a t i o ne x p e r i m e n t sw a se x p l o r e d s e v e ns t r a i n so fb e t t e rd e c o l o r i z a t i o nc a p a b i l i t yw e r ei s o l a t e d ， a n di d e n t l f l e da s b q c l l l u ss p ，k l e b s i e l l as p ，e s c h e r t c h i qs p ，a c i n e t o b a c t es p ，e n t e r o b a c t e r s p 口行d ，s 切蛔印t w oe m c i e n td e c o l o r i z a t i o nc o m m u n i t i e sm ca n dm - h w a s o b t a i n e d t h em a x i m u mc o n c e n t r a t i o no fm a l a c h i t eg r e e na n dr e a c t l v e r e db y e 硒c i e n td e c o l o r i z a t i o nc o m m u n i t i e s ( m ca n dm h ) w e r el5 o m g la n d10 0 m g l ， r e s p e c t i v e l y t h es u i t a b l ed e c o l o r i z a t i o nm e d i u m sw e r eg l u c o s e 1 0 9 l ，k h 2 p 0 4 2 6 5 9 la n dn a 2 h p 0 44 2 6 9 l ，a n d t h eo p t i m a ld e c o l o r i z a t i o nc o n d l t l o n sw e r e t e m p e r a t u r e3 o 37 ，n e u t r a lo ra l k a l i n ea n da n a e r o b i co ra n o x l cc o n d l t l o n s s i xd i f f e r e n ts i n g l ed y e s c o u l db ed e c o l o r i z e db ye m c i e n t d e c o l o r i z a t l o n c o m m u n i t i e s ，a n dt h ed e c o l o r i n gr a t eo fm i x e dd y e s ( m a l a c h i t eg r e e n a n dr e a c t l v e r e d ) w a so v e r9 0 t h ed e c o l o r i z a t i o np r o c e s so fm a l a c h i t eg r e e nd y e b y e m c i e n td e c o l o n z a t l o n c o m m u n i t vm hw a sb i o d e g r a d a t i o n ， a n dc o u l db ed i v i d e di n t of o u rs t a g e s ：n o t d e c o l o r i z a t i o ns t a g e ， b l e a c h i n gs t a g e ， b i o d e g r a d a t i o ns t a g e a n dc o m p l e t l o n d e g r a d a t i o ns t a g e t h ep o s s i b l ed e g r a d a t i o np a t h w a yw a s t h a tt h em a l a c h l t eg r e e n w a sh y d r o x y l a t e dt om a l a c h i t eg r e e nc a r b i n o la t f i r s t ，a n dt h e nd e c o m p o s e d i n t o d i - b e n z v l m e t h a n ea n dn ，n d i m e t h y l a n i l i n et h r o u g h s t e p w i s ed e m e t h y l a t l o n p r o c e s s e s ，a n df - u r t h e rd e g r a d a _ “o na tl a s t d y e sc o u l db ed i r e c t l yd e c o l o r i z e db yd e c o l o r i z a t i o nc o m m u n i t yt h a th a db e e n h i g h d e n s i t yc u l t u r e d ，a n dd e c o l o r i n g r a t e so fm a l a c h i t eg r e e na n dr e a c t i v er e d w e r e9 6 0 7 a n d8 5 9 5 ，r e s p e c t i v e l y t h eh i g h - d e n s i t yc u l t u r i n gc o m m u n i t y c o u l dr e p e a t e d l yd e c o l o r i z e dd y e s ，a n dc o u l dk e e pd e c o l o “n gc h a r a c t e r i s t i c s t h e r e m o v a lr a t e so fc o da n dc h r o m at o6 0m g la c t i v er e dd y ew a s t e w a t e rw e r ea b o u t 7 5 a n d9 0 i nar e a c t o r ，r e s p e c t i v e l y t h ed y ed e c o l o r i n gm i c r o b i a lr e s o u r c e sh a v eb e e nr i c h e db ym i ss t u d y ，a n dt h e s t u d yp r o v i d et h e o r yb a s i sf o rd y ew a s t e w a t e rb i o l o g i c a ld e c o l o r i n g a tt h es a m e t i m e ， i th a si m p o r t a n tt h e o r e t i c a ls i g n i f i c a n c ea n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e f o r i m p r o v i n gd y ew a s t e w a t e rb i o c h e m i c a ls y s t e me f n c i e n c ya n ds a v i n gc o s t ，e t c k e y w o r d s ：d y e ； d e c o l o r i z a t i o n ；b i o d e g r a d a t i o n ； e m c i e n tc o n l m u n i t y ； i n t e r m e d i a t e c u l t u r e ； i d e n t i f i c a t i o n 致谢 转眼之间，两年半的研究生学习生涯即将过去，值此论文完成之际，我在 此对曾经帮助和关心过我的老师和同学们表示忠心的感谢，并祝他们一切顺利。 周元祥老师严谨的治学作风、求实的研究态度、宽厚的为人以及在学术工 程领域的远见卓识，为我树立了学习的榜样。正因为有周老师对我的指导和关 怀，这篇论文才得以顺利完成。他渊博的学识及对科学精益求精的态度深深地 感染我，使我终生受益。在此，诚挚地向周老师表示我衷心的感谢，感谢周老 师在生活、学习各方面的关心! 感谢崔康平副教授、李湘凌副教授对本实验的指导以及提出的宝贵建议! 感谢在实验中给及我帮助的师弟师妹们，在我实验过程和撰写论文期间， 我们经常在学术上进行探讨和交流，对本文研究起了很大作用，在此一并致谢! 感谢父母亲对我的物质、精神支持以及为我创造的良好生活环境，使我能 够有更多的时间和精力投入学习和工作中去! 向所有关心帮助我的老师、所有支持鼓励我的朋友和同学致以诚挚的谢意! 谢谢大家! 感谢国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) ，编号2 0 0 7 a a 0 2 1 3 0 3 的支持! 作者：曾庆龙 2 0 1 2 年0 3 月1 0 日 插表清单 表2 1 主要实验仪器1 3 表2 2 细菌1 6 sr d n a 的p c r 扩增体系1 5 表2 3 细菌酶切体系1 6 表2 4r s 口i 和胁pi 内切酶酶切位点与切割位点1 6 表2 5 菌株形态观察结果1 7 表2 6 革兰氏染色结果1 8 表2 7 酶切分型结果1 9 表2 81 6 sr d n a 基因测序结果2 0 表3 1 主要实验仪器2 2 表4 1 主要实验仪器4 0 表5 1 实验仪器清单4 7 插图清单 图1 1活性红染料分子结构图2 图1 2研究技术路线1 1 图2 1革兰氏阴性菌染色图片1 8 图2 2革兰氏阴性菌染色图片1 8 图2 3p c r 产物凝胶电泳图谱18 图2 4r s ai 和m s p i 酶切产物电泳图谱1 9 图3 1活性红染料紫外扫描光谱及标准曲线2 4 图3 2孔雀石绿染料紫外扫描光谱及标准曲线一2 4 图3 3菌群生长曲线2 5 图3 4碳源种类对染料脱色的影响2 5 图3 5碳浓度对孔雀石绿染料脱色过程的影响一2 6 图3 6碳浓度对活性红染料脱色过程的影响2 7 图3 7氮源种类对染料脱色的影响2 8 图3 8氮浓度对孔雀石绿脱色过程的影响2 8 图3 9磷源种类对染料脱色的影响2 9 图3 1 0 磷浓度对孔雀石绿染料脱色过程的影响3 0 图3 1 1 染料初始浓度对脱色率的影响3 1 图3 1 2 接种量对染料脱色率的影响3 2 图3 一1 3 氧气条件对染料脱色率的影响3 3 图3 1 4 温度对染料脱色率的影响3 4 图3 15p h 对染料脱色率的影响3 5 图3 1 6 盐度对染料脱色率的影响3 6 图3 1 7 脱色菌群对单一染料的脱色率3 6 图3 18 混合染料脱色前后紫外光谱3 7 图4 1染料分子结构图3 9 图4 2菌群m h 对孔雀石绿脱色过程中氨氮、c o d 变化4 l 图4 3孔雀石绿染料脱色前后紫外一可见光谱4 2 图4 4孔雀石绿染料脱色前后红外光谱4 3 图4 5脱色菌群m h 扫描电镜图4 4 图4 6脱色菌群m h 对孔雀石绿染料可能降解途径4 5 图5 1高密度培养菌群对料脱色过程一4 8 图5 2不同接种量下脱色液对染料的脱色过程一4 9 图5 3外加碳源对染料脱色过程的影响4 9 图5 4反应器实验运行结果一5 0 第一章绪论 1 1 染料及染料废水 染料工业属于典型工业污染行业，其产品主要应用于纺织印染、造纸印刷、 彩色摄影、医药、食品、化妆品和皮革等行业。据统计，“十一五”期间，我国 染料总产量居世界第一，占世界总产量的6 0 ，2 0 l o 年全国染料产量7 5 6 万 吨。随着染料工业的快速发展，染料的种类和数量不断增加，染料废水已成为 当前主要的水体污染源之一。在生产和使用过程中，约有1 0 2 0 的染料随工 业废水排入水体【1 ，2 1 ，全世界每年排放的纺织工业废水中约含有2 8 万吨染料【3 1 。 染料对水体的危害性主要体现在：破坏水体观赏度；削弱阳光的穿透能力，影 响水体中藻类生物的光合作用；降低水体溶解氧浓度，对水体造成严重污染， 导致水体生态系统破坏【4 】；某些品种的染料已证实具有致突变和致癌作用【2 】。 随着纺织和合成纤维工业的快速发展，染料朝着抗光解、抗氧化、抗生物氧化 方向发展，结构更加稳定，染料废水处理难度更大，染料废水的脱色及降解研 究已成环保领域关注的焦点【5 j 。 1 1 1染料分类及发色机理 1 1 1 1 染料的分类 染料是指能在一定的介质中，使纤维或其它基质染成各种鲜明而坚牢色泽 的有机化合物【6 】。它具有高色度、较高的化学稳定性、方便着色和一定的坚牢 度等特点。按照不同的划分标准，染料可以分为不同的类别。目前，常用的有 按化学结构分类和按应用性能分类两种方式。 按化学结构分类是根据染料所含共轭体系的结构进行划分，主要有偶氮染 料、葸醌染料、酞菁染料、硫化染料、靛系染料、硝基和亚硝基染料、芳甲烷 染料、杂环染料等。 按应用性能分类是根据染料染印应用工艺特性进行划分，主要分为直接染 料、酸性染料、分散染料、活性染料、还原染料、阳离子染料、冰染染料、氧 化染料、硫化染料等。 一般来说，分离、筛选染料脱色微生物应选用“按化学结构分类”的染料， 主要目的在于判断脱色机制可能作用的基团和价键；而测定微生物染料脱色的 能力则常选择“按应用分类”的染料，以便取得与实际生产更接近的结果。 1 1 1 2 染料的发色机理 分子结构中含有发色团是有机化合物具有颜色的前提条件。发色团是指分 子结构中含有7 c _ 兀幸和n _ 兀木跃迁，能在紫外一可见光范围内产生吸收的原子团， 如c = c ，c = 0 ，- n = n 一，_ n 0 2 ，一c = s 等。1 8 7 6 年w i f f 提出染料发色团说， 认为染料颜色是由双键引起的，这些含双键的基团即为发色团。同时，助色团 对于染料的发色及其功能也有重要的影响。助色团指含有非键电子的杂原子饱 和基团，如一o h ，_ n h 2 ，一x ，一s 等，当它们与生色团或饱和烃相连时，能使 该生色团或饱和烃的吸收峰向长波方向移动，并使吸收强度增强，颜色加深【7 1 。 现代理论认为，染料的颜色与其结构有密切的关系【8 ，9 】，结构对染料颜色的影响 表现在以下几个方面： ( 1 ) 在共扼双键体系中，共扼双键增长，二电子活动性增高，激化能随之 减少，吸收的光线波长愈长，产生不同的深色浓色反应。 ( 2 ) 共扼体系两端若存在极性基团，颜色加深。 ( 3 ) 分子离子化后，如果给电子基的给电子性或吸电子基的吸电子性加强， 7 【电子活动性增大，分子激化能降低，颜色加深。反之，则变浅。 ( 4 ) 在共扼双键体系中，只有原子和原子团在同一个平面时，才具有最大 的共扼效应。二电子的活动性与分子的共平面性有关，如果分子的共平面性遭 到破坏，共扼双键体系也会被破坏，二电子的活动性降低，颜色变浅。 ( 5 ) 染料共辘系统中的原子或原子团与金属原子形成配价键时，电子云分 布状态发生重大变化，从而影响共轭体系的流动性，引起颜色变化。 图1 1 活性红染料分子结构图 图1 1 所示为活性红1 9 5 染料的分子结构示意图。在活性红1 9 5 染料分子 中，其发色基团为_ n = n 一：一0 h 和一s 0 3 n a 为助色基团，其中一o h 具有深色作 用，一s o ，n a 可增加染料水溶性和蛋白质纤维亲和力。染料的结构与发色机理 对判断微生物染料脱色具有重要的理论分析意义。 1 1 2染料废水特点及其危害 染料废水按来源分，主要包括印染工业废水和染料生产废水。染料废水成 分非常复杂，废水性质差别很大，不仅含有染料、染料中间体及各种辅料、酸 碱等，还含有汞、镉、铬等重金属和无机盐类【l0 1 。废水中的有机物大多数以苯、 萘、葸、醌等芳香基团作为母体，带有显色基团，色度高【l ，且常含有硝基、 2 氨基、氰基等，具有一定的毒性【1 2 】。染料作为一种大分子芳香烃化合物，在水 环境、光照和有氧化剂等条件下也能稳定存在，这些结构稳定的有机污染物多 为难生化降解物质，甚至完全不能生物降解，废水可生化性差，因此染料废水 处理难度很大【1 3 】。 染料废水具有以下特点： ( 1 ) 废水排放量大 在染料的生产和使用中约有l o 2 0 的染料随废水排入环境，据统计每 生产1 吨染料约产生5 m 3 8 m 3 染料废水，有时高达4 2 m 3 6 0 m 3 。纺织印染工业 是用水量最大的行业之一，废水的排放量亦非常大，平均印染加工1 吨织物的 废水排放量为1 0 0 m 3 2 0 0 m 3 。我国染料工业、纺织印染业发达，染料废水对环 境的污染更为严重。 ( 2 ) 色度高 染料废水往往具有很深的颜色，某些染料在浓度不足1 m g l 时，也可使废 水产生明显的颜色，脱色一直是染料废水治理的难题之一。色度高的染料废水 会造成人类视觉的不适和美学损害，妨碍水体的自净，对水生微生物和鱼类也 有毒害作用，影响受纳水体的正常功能。水体中的染料对阳光的吸收，也削弱 了光在水中的透射，影响了水生植物的光合作用，进而影响到各级消费者的生 长，最终使整个水生生态系统的多样性下降【1 4 ，15 1 。 ( 3 ) 废水p h 波动大、水质水量变化大 印染行业往往具有小批量、多品种的特点；染料生产企业根据市场需求每 年生产十几种甚至几十种产品，品种转换较快，而且产品大部分是间歇生产， 故废水的水质、水量不稳定，给染料废水处理工艺带来一定程度的冲击【1 6 ，1 7 】。 ( 4 ) 废水有机物成分复杂且浓度高 染料、颜料的生产属于精细化工行业，生产流程长，从原料到成品往往伴 随有多种单元操作过程，副反应多，产品收率低，所以废水中有机物含量比较 高，成分非常复杂，可生化性较差【l 引。 ( 5 ) 难生物降解 随着纺织工业新产品和新技术的开发，印染废水中不溶性染料、活性染料 和化学浆料的数量和种类的不断增加，导致印染废水可生物降解性下降，美国 染色工作者协会测试发现了近一半的染料废水b o d 5 c o d 值小于0 1 ，使得目 前生物法的去除效率不高。且由于缺乏单一染料生物降解性的基础数据和对染 料生物降解机理的认识，目前对染料废水的生物处理有一定的盲目性，所以生 化处理装置不能充分发挥其效率9 。 ( 6 ) 具有毒性。 大多数染料无明显毒性作用，但一些染料的降解产物对有机体来说是有害 的，人体接触染料废水，可能引起皮肤过敏、发炎、致癌，人们已经在偶氮染 料、蒽醌染料、三苯甲烷染料中发现了具有致突变和致癌作用的品种，部分染 料的降解产物多为联苯胺等一些致癌的芳香类化合物。德国在发现部分以芳香 胺为基础的偶氮染料用于印染织物会对人体产生不利影响后，已禁止进口和使 用这些偶氮染料，印度也在准备禁止类似偶氮染料的生产和使用【2 0 ，2 1 1 。 染料作为一类结构稳定的有机化合物，具有抗酸、抗碱、抗光、抗微生物 等特性，在环境中有较长的残留期，因此染料对环境的负面效应不仅在于它的 色度，而且还在于它的潜在的对人类健康的危害和对动植物生长发育的危害。 1 2 染料废水处理技术研究进展 从理论上讲，多种物理化学和生物方法都可以用于染料废水的处理，如絮 凝沉淀、吸附、离子交换、超滤、渗析、化学氧化、光氧化、电解及生物处理 方法等。考虑到工业效率和处理成本，目前染料废水常用的处理方法有絮凝沉 淀或气浮法、电化学法、氧化法、吸附和生物降解等方法。 1 2 1物理化学方法 1 2 1 1 絮凝沉淀或气浮法 絮凝沉淀或气浮法是染料废水常用的物化处理方法。絮凝沉淀法对水中憎 水性染料分子如硫化染料、还原染料和分散染料等的混凝效果较好【2 2 ，2 3 】，而对 酸性染料、活性染料，特别是分子量小、含数个磺酸基的水溶性染料的混凝脱 色效率较差。目前，常用的混凝剂可分为无机混凝剂、有机高分子混凝剂、多 功能高效复合混凝剂等。合成的高分子絮凝剂一般都有毒性，故天然高分子絮 凝剂越来越受到人们的重视。 张淑娟等【2 4 】以无机铝盐、铁盐和天然高分子淀粉为原料，通过复合反应制 备新型有机一无机复合絮凝剂p s t 。采用p s t 处理某印染厂的印染废水，结果 表明，c o d 去除率为7 5 1 6 ，脱色率为7 6 1 8 ；絮凝实验中生成的矾花力度 大，污泥量很少，处理效果良好。 韩锐【2 5 】以阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠为捕获剂，采用气浮法对水 溶液中的阳离子红x g r l 具有良好的去除效果。在p h 为9 o 、气体流量为 3 0 0 m l m i n 、装液量为4 5 0 m l 、表面活性剂浓度为1 4 m m o l l 时，阳离子红 x g r l 去除效果最佳，此时脱色率( r ) 和富集比( p ) 分别为9 5 7 和1 3 5 。 1 2 1 2 电化学法 电化学法是废水中的电解质在直流电的作用下发生电化学反应而降解的方 法。废水中的污染物在阳极被氧化，在阴极被还原，或者与电极反应产物作用， 转化为无害成分被分离除去。依据电极反应方式可将电化学法分为内电解法、 电絮凝、电气浮和电氧化等方法。 4 采用石墨、钛板等做极板，以n a c l 、n a 2 s 0 4 或水中原有盐类作导电介质， 对染料废水通电电解，阳极产生0 2 或c 1 2 ，阴极产生h 2 。新生态氧或n a c l o 的氧化作用及h 2 的还原作用破坏了染料分子结构而脱色，此法属于电解法。张 峰等【2 6 j ：研究采用t i i r 0 2 p t 电极为阳极，对酸性橙i i 染料废水进行电化学降 解研究，在实验条件下，质量浓度为5 0 m g l 的酸性橙i i 在3 0 m i n 内被完全降 解，电解2 h 后t o c 去除率达到4 5 左右。莫德清等【2 7 】研究在三维电极反应器中 加入h 2 0 2 ，三维电极法与h 2 0 2 协同处理罗丹明b 染料的脱色率为9 9 7 ，c o d 的去 除效率也达到9 6 1 。 以f e ，a l 作阳极，由电极反应产生f e 2 + 和a l ”，其水解产物形成絮凝，通 过对染料分子的氧化还原及粘附作用而脱色，絮体由阴极产生的h 2 浮上，此法 属于电气浮法。孙兆楠等【2 8 】采用自行设计的周期换向电源，铝板和铁板为反应 电极，在最优的实验条件下，对活性黑k n b 模拟染料废水脱色率最高可达 9 9 6 2 。 1 2 1 3 氧化法 化学氧化法是利用臭氧、氯及含氯化合物等氧化剂将染料的发色基团破坏 而脱色。常用的化学氧化法有f e n t o n 氧化、催化臭氧氧化、光催化氧化及其组 合氧化工艺等。 f e n t o n 氧化法是一种高级氧化处理技术，其脱色机理是h 2 0 2 与f e 2 + 反应 产生强氧化性游离基o h ，从而使染料分子断键而脱色。研究发现f e n t o n 试剂 能在数分钟内使废水完全脱色，并能去除部分c o d 【2 9 ，3 0 1 。窦晓文等【3 1 】采用自 制的0 【一f e o o h 为催化剂，以h 2 0 2 为氧化剂，催化降解废水中的橙黄g 染料， 该非均相f e n t o n 试剂对质量浓度为5 0 m g l 的橙黄g 染料废水脱色1 8 0 m i n 后， 脱色率达9 9 6 。 催化臭氧氧化是利用反应过程中产生的大量强氧化自由基( 0 h ) 来氧化 分解水中的有机污染物。0 h 可以无选择性地将水中的有机物矿化，或使结构 复杂、有毒的大分子有机物发生断链、开环等反应，生成结构简单、无毒或低 毒的小分子化合物，且速度较快【3 2 j 。 光催化氧化法，是利用紫外光( u v ) 使半导体激发产生电子空穴，破坏染料 分子中的共扼发色体系和分子结构，从而使废水脱色，光催化氧化效率高。李 娄刚【3 4 】利用t i 0 2 光催化氧化法处理直接耐酸大红4 b s 废水染料质量浓度 5 0 m g l 时，其降解率在8 0 以上，降解效果显著。施翔宇等【3 5 】采用自制的固 载型杂多酸与t i 0 2 光催化氧化法耦合对酸性品红染料废水光解效率高达8 3 1 ，且可重复利用。 1 2 1 4 吸附法 吸附法是利用吸附剂吸附废水中染料的方法。常用的吸附剂有活性炭、天 然粘土、粉煤灰、树脂、木片、水稻磨粉废料、硅胶、污水污泥、微生物活体 或死细胞等，不同的吸附剂对染料吸附有选择性【3 6 3 7 j 。活性炭吸附效果好，但 费用较高，开发高效便宜的吸附剂是吸附法的研究方向。 潘健民等【3 8 】采用零价铁m c m 4 8 分子筛协同处理染料废水的脱色效果显 著，染料分子分解为小分子有机衍生物，并被m c m 4 8 分子筛吸附，强化去除 部分c o d ，提高染料废水的处理效果。在最佳降解反应条件下，脱色效率可达 到8 5 ，同时c o d 去除率也可达到6 5 。 姚万军等【3 9 】以微波酸活化改性后的粉煤灰为吸附剂，对酸性大红染料废水 进行吸附脱色处理，在酸性大红染料溶液初始浓度为1 0 0m g l 、p h = 5 、活化粉 煤灰投加量为l o g l 、吸附l h 时，微波酸活化粉煤灰对酸性大红的吸附率可达 9 6 。 1 2 1 5 其他新型处理方法 铁碳微电解法微电解法是利用金属腐蚀原理，形成的原电池通过一系列过 程和作用对废水中有机污染物进行电化学处理。利用铁碳微电解对染料废水进 行预处理，可以破坏染料的结构，能够显著的提高染料废水的可生化性，具有 较好的脱色效果，并且对废水中的c o d 也有一定的去除效果1 4 0 ，4 。 高压脉冲放电等离子体技术是高压脉冲产生的高能电子与h 2 0 、0 2 等分子 碰撞，发生激发、裂解或电离，生成强氧化性自由基( o h 、o 等) 和强氧化 性的活性物质( 0 3 、h 2 0 2 等) 【4 2 ，4 3 1 ，这些自由基和活性物质可以分解染料，并 且此过程是不可逆的。许开等【伽采用针一板式高压脉冲放电等离子体技术处理含 偶氮染料活性红x 一3 b 的模拟废水，废水脱色率达9 8 6 。 物化方法虽然对染料废水处理比较有效，但存在处理费用高，二次污染严 重等问题。染料废水物化处理技术的主要缺点在于：有可能产生毒性较大的中 间体，容易造成二次污染；对变化较大的废水缺乏适应性；大多数方法适应性 差，应用范围窄；运行费用较高，对与许多中小企业来说难以承受等。 1 2 2生物方法 目前，国内外染料废水处理以生物法为主，生物法具有运行成本低，处理 效果好，操作简单等优点。工程上常用的生物处理方法有好氧处理、厌氧处理 和好氧一厌氧处理三种。其中又以好氧处理与厌氧一好氧处理应用较广。近年来 人们对生物絮凝、生物吸附、厌氧好氧等生化处理方式进行了广泛的研究，并 将这些技术应用于工程中。 洪俊明等【4 5 】采用厌氧好氧膜生物反应器组合工艺对蒽醌活性染料废水中 c o d 的平均去除率为9 0 左右，脱色率平均为4 8 ；当进水染料浓度为1 0 0 m g l 时系统的脱色率约为6 2 。 王喜全等1 4 6 】采用铁炭微电解法+ a o 工艺对染料废水进行处理，整套工艺 6 对c o d 和色度的去除率分别可达到9 0 和9 5 。 生化法处理含染料废水也有明显的缺点，微生物对营养物质、p h 、温度等 条件有一定要求，难以适应染料废水水质波动大，染料种类多，毒性高的特点， 同时还存在占地面积大，管理复杂，对色度和c o d 去除率低，废水达标难度 大的缺点，所以需对微生物的耐盐性、高效性和广谱性等进行研究。 1 3 微生物处理染料废水研究进展 随着纺织工业新产品和新技术的开发，染料废水中不溶性染料、活性染料 和化学浆料的数量和种类不断增加，导致染料废水可生物降解性下降，生物法 的去除效率不高1 4 。 为了提高含染料废水生物处理系统的处理效率，国内外研究者进行了不同 程度的研究，取得了一定的成果。选育和培养高效降解染料的工程菌，一直是 微生物处理染料废水的重要研究方向。染料废水的微生物脱色关键在于对微生 物菌源的选择，使之适应不同的染料废水水质【4 引。研究者一般从染料工业废水 处理设备中分离出能降解染料的菌株，经扩大培养后加入活性污泥或其它生物 处理系统中以提高处理效果，有时也用固定化细胞法将菌株固定在载体上进行 投加。 1 3 1微生物纯化培养技术 微生物纯化培养技术是通过微生物的驯化和培养，分离筛选出对含染料废 水具有高效脱色性能的菌株，将高效脱色菌株扩大培养应用于实际工程。微生 物纯化培养技术处理含染料废水的研究主要还停留在实验室阶段，在实际工程 上的应用并不多见。纯化培养技术可以推动微生物学的发展，从分子水平上研 究脱色酶、脱色基因，为菌种的遗传学研究以及基因工程菌的构建奠定基础。 常用于含染料废水脱色的微生物有真菌、细菌、酵母菌和藻类等。 1 3 1 1 白腐真菌 白腐真菌是一种有效的处理染料废水的生物方法，它对难降解的有机污染 物具有良好的降解作用，也具有良好的广谱性，能通过白腐菌分泌的特殊降解 酶系或其他机制将各种人工合成染料彻底降解为c 0 2 和h 2 0 ，具有良好的脱色 效果【4 9 ，5 0 ，5 1 1 。白腐菌降解染料废水不需要经过特定污染物的预条件化，降解底 物的广泛性也使得白腐菌成为染料脱色的主要真菌，奠定了其在染料脱色方面 的特殊地位。 常天俊等【5 2 1 对贝壳状革耳菌高产漆酶条件及其对染料脱色条件进行了研 究。结果发现漆酶在染料脱色中起重要作用，培养基中碳源、氮源量的增加， 菌体生物量逐渐增加，但体系中高碳氮比对菌体对染料的脱色是不利的，菌体 生物量与对染料的脱色作用不呈正相关。最佳脱色条件是：葡萄糖1 0 9 l ，酒石 酸铵o 5 9 l ，p h = 3 0 ，温度3 0 。 李向飞等【5 3 j 筛选出一株白腐真菌f 1 ，其对中性深黄g r l 、酸性媒介漂蓝 b 和刚果红的脱色效率都超过9 0 。 1 3 1 2 细菌 细菌代谢具有多样性，同时生长速度较快，具有很好的应用前景。具有脱 色能力的细菌主要有假单孢菌、芽孢杆菌、肠道菌、产碱杆菌、转化杆菌等。 目前认为，细菌对染料的脱色机理主要是通过细胞吸附降解脱色和酶降解脱色。 r g s a r a t a l e 等【5 4 j 分离的白色毛孢子菌( n f c 办d s p d ，d 挖6 e 辔e ，f f s ) n c i m 一3 3 2 6 对深蓝色h e r 染料的脱色和t o c 的降解是同步的，在p h 值为7 0 、温度为3 7 时，表现出最佳的脱色效果，2 4 h 对深蓝色h e r 染料的脱色和t o c 的降解率 达到9 5 。 d c k a l y a n i 等【1 】从印度s o l a p u r 市某印染厂受污染的土样中分离筛选出一 株对活性红b l i 有脱色作用的假单胞菌s u k l ，在温度为3 0 ，p h 在6 5 7 o 的范 围，缺氧的条件下静止培养，对5 0 m g l 活性红b l i 染料的脱色率为9 9 2 8 。该 菌株对各种活性染料都有较好的脱色作用。 m s a l a hu d d i n 等【5 5 】研究一种新型耐盐细菌( g ，口c m 6 口c f ，”ss p g t y ) 发现 脱色是偶氮还原酶的作用，菌株在含1 5 ( w v ) n a c l 中脱色性能最好，在过 低和过高浓度的盐度条件下生长的菌株脱色性能都不好；这表明环境盐浓度控 制偶氮还原酶的产生。 1 3 1 3 酵母菌 酵母菌的脱色以吸附脱色为主，也可以分泌胞外酶降解染料。酵母菌的脱 色能力与机理还没有完全弄清，需要开展进一步的研究，但是酵母菌的脱色能 力却是不可否认，它在染料废水脱色方面的应用将会随着研究的加深而更为广 泛。阮晓东等【5 6 】从活性污泥中分离得到红酵母( r 办。如f d ，“肠印) y r 一1 ，对质 量浓度5 0m g l 酸性红b 染料3 0h 内脱色率达到9 9 以上。张慕明等【5 7 1 利用含染 料的选择性培养基从土壤中分离出一株东方伊萨酵母y p 1 。结果表明，接种量 为1 0 ( v v ) 时，对于起始浓度为1 0 0 m g l 活性艳红k 2 b p 的培养基，该菌株可 在1 2 h 的最大脱色率达到9 9 以上，脱色机理研究结果表明，该酵母对活性艳 红k 一2 b p 的去除是先吸附后生物降解。 1 3 1 4 藻类 具有脱色能力的藻类主要有小球藻、斜生栅藻、颤藻和绿藻等，藻类脱色 的机理主要是合成代谢过程中对于染料的利用。据报道，藻类能有效地破坏偶 氮染料的结构，使其降解为芳香胺化合物，并且藻类可以直接吸附利用偶氮染 料，对于偶氮染料可以迅速脱色【5 引。藻类脱色具有无废物，利用完全的优点， 是实现绿色生产的重要研究方向，具有较好的发展前景。但是脱色周期较长， 且对于环境有一定的要求，因而限制了它的应用【5 9 ，6 0 j 。 8 1 3 2固定化微生物技术 固定化微生物技术是指利用化学或物理的手段，将高效微生物固定在限定 的空间区域，使其高度密集并保持生物活性，在适宜的条件下还可以繁殖，可 反复利用的方法1 6 。 k h e i r 曲a d a me n a y a t z a m i r 等1 6 2 j 研究p c 办r ) ，s d 印d ，f 甜所固定化c a 一褐藻胶珠对 偶氮染料的脱色效果。研究发现，真菌分泌的m n p 在脱色过程中发挥主要作用， 而吸附作用可以忽略不计。 d k s h a 咖a 等【6 3 j 将从印染厂分离出的5 株形态各异的高效菌混合培养， 接种于固定化升流式反应器，其对三苯甲烷染料酸性蓝1 5 的脱色率达到9 4 。 董新姣等m 】采用植物载体玉米芯对青霉x 5 进行固定化。固定化最优操作 条件为：菌量o 4 9 l ，载体大小为1 2 兀1 2 1 c m 3 ，载体个数为1 0 ，摇床转速为 1 0 0r p m 。在温度为3 0 、p h = 4 0 、碳源浓度为1 0 9 l 条件下，以1 0 0 r p m 的摇 速培养，脱色效果最佳，脱色率达9 6 1 。固定化青霉x 5 经过4 次重复利用 后，固定化细胞的结构仍良好，对染料的脱色率仍在9 0 以上。 1 3 3微生物复合培养技术 微生物复合培养是将从自然界筛选出的有特定降解功能的菌株或高效工程 菌优化组合后混合培养，从而得到特性更为优良的混合菌群。该法不仅可以迅 速提高生物处理系统中的微生物浓度，而且操作方便，节约能源【6 5 1 。复合培养 的方法有多种：( 1 ) 传统微生物学方法，先分离出有效降解菌，再通过正交试 验确定菌种之间的最优比；( 2 ) 对代谢途径进行分析，确定混合菌的比例；( 3 ) 直接优选混合菌群等等【6 6 1 。 m a n i i n d e rs k 等【6 7 1 研究将蜡状芽孢杆菌曰口c f ，甜sc p ，p ”s ( b n 一7 ) ，恶臭假 单胞菌瓜e ”面肌彻口sp “f f 砌( b n 4 ) ，荧光假单胞菌n p 甜如所d 刀口j 甜d ，8 5 c e 以s ( b n 5 ) 和s 把门d f ，d p i i 2 d 聊d 咒口s 口c f 妇研砌咖办f 肠( b n 。3 ) 混合组成混合菌群h m - 4 。 该混合菌群2 4 h 就能将染料a r 一8 8 ( 2 0m g l ) 完全脱色，而单一菌株的完全脱 色时间超过6 0 h 。除a r 一8 8 染料，混合菌群h m 一4 对不同浓度常用偶氮染料均 具有一定的脱色能力。在染料初始质量浓度为6 0 m g l 无机盐培养基中，2 4 h 混合菌群h m 4 对c i 酸性红8 8 的脱色率为7 8 ，对c i 酸性红1 1 9 的脱色率 为9 9 ，对c i 酸性红9 7 的脱色率为9 4 ，对c i 酸性蓝1 1 3 的脱色率为9 9 ，对c i 活性红1 2 0 的脱色率为8 2 。 任随周等【6 硼考察了在处理印染废水的a b r 反应器中，培养以芽孢杆菌属 佃口c f ，“s ) 、不动杆菌属似c 拥e 幻6 口c 把，_ ) 、丛毛单胞菌属( c d 朋口朋。刀口s ) 、假单胞菌 属( 尸s e