（环境工程专业论文）偶氮染料脱色菌的分离、鉴定和脱色研究.pdf

霁毒天学 哺矗：豇鼎挑r 墨i h 偶氮染料脱色菌的分离、鉴定和脱色研究 学位论文原创性声明 栅咖m y 2 13 5 4 6 6 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本 人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用 的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的 内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 学位论文作者签名：降咔 日期：9 11 年f 月d 日 东华大学硕士学位论文 学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。 本人授权可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密 、 。 学位论文作者签名：彳苹i 喈 日期：ff 年f 月 。目 2 指导教师签名： 两宅 【 日期：2 矿年f 月f 口日 偶氮染料脱色菌的分离、鉴定和脱色研究 0 湛蝇翱砭烈h1 尚孺i 础料只”佃l 采l m i t 高、二i 苫i f 币uh 卜u 田什h _ 偶氮染料脱色菌的分离、鉴定和脱色研究 摘要 随着染料废水处理难度的不断增加，从污泥和土壤中筛选出对染料具有高效 脱色能力的菌种并使其应用于实际工程中的研究意义深远。本研究从处理印染废 水的改良a a o 工艺的厌氧反应池污泥中筛选分离出一株能对偶氮染料活性黑5 进行生物降解脱色的高效脱色菌株s 8 ，并通过p c r 扩增和1 6 sr d n a 测序对其 进行提纯和菌种鉴定。绘制了菌株s 8 的生长曲线和o d 干重浓度标准曲线，并 在不同p h 、温度、接种量、装液量、供氧条件和氮源的生长条件下对其进行培 养，以o d 6 0 0 值为指标，考察这些因素对菌株s 8 生长的影响。实验结果表明， 筛选出的高效脱色菌s 8 在2 5 h 内对活性黑5 的脱色率可达8 5 以上，经鉴定属 于肠杆菌属；0h 4h 为菌株s 8 的生长停滞期，4h 1 2h 为对数期，1 2h 2 0h 为 稳定期，2 0h 以后为衰亡期；其最适生长条件为：p h9 1 0 ，温度3 0 ，接种量 5 ，装液量2 0 ，好氧条件，以蛋白胨为氮源。 对菌株s 8 的脱色条件进行研究，在单因素实验的基础上设计正交试验确定 温度、p h 、接种量和装液量四个因素的最优组合，并在此条件下探讨了不同外 加碳源和氮源、外加碳源浓度、初始染料浓度、盐度及各种金属离子存在的条件 下菌株s 8 对活性黑5 的脱色率变化情况。实验结果表明，基础脱色条件的最优 组合为温度3 0 ，p h 值6 ，接种量8 m l 1 0 0 m l ，装液量1 0 0 m l 2 5 0 m l 三角烧 瓶；菌株s 8 对外加碳源葡萄糖、蔗糖、d 一果糖和d 一半乳糖和外加氮源牛肉膏、 蛋白胨和氯化铵的利用率较好；当外加碳源葡萄糖浓度为4 9 l 时，菌株s 8 对活 性黑5 的脱色率最高；整个脱色体系所能承受的初始染料浓度极限在2 0 0 - 4 0 0 m g l 之间，而菌株s 8 对n a c l 盐度的最大耐受极限须在2 3 范围内； m 9 2 + 浓度在1 2 m m o l l ，m n 2 + 浓度在2 0 m m o l l ，c a 2 + 浓度在1 0 m m o l l 时，可 最大程度促进菌株s 8 对活性黑5 的脱色作用；低浓度f e 3 + ( 小于1 0 m m o l l ) 不会 对染料脱色产生明显抑制作用，而当z n 2 + 浓度超过o 1 m m o l l 时，脱色作用开始 受到明显抑制。 采用其他偶氮染料、葸醌染料、三苯甲烷类染料和金属络合类染料研究了菌 株s 8 的脱色广谱性。对其中1 6 种不同分子结构的偶氮染料进行厌氧脱色研究， 并将菌株对偶氮染料的吸附脱色和降解脱色两种作用分离开来研究，考察偶氮染 料分子中与偶氮键直接相连的芳环上取代基种类对染料降解脱色作用的影响规 律。结果表明，菌株s 8 对其他种类染料具有较强的脱色广谱性，偶氮染料分子 东华大学硕士学位论文 中芳环上一0 c h 3 取代阻碍菌株对染料的脱色，一c l 取代对染料的降解脱色作用 则无较大影响，一n h c o c h 3 和一s 0 3 h 取代可促进染料的降解脱色作用，一s 0 3 h 取代l 匕- - c o o h 取代易于使染料脱色，染料分子中杂环和金属离子的存在使染 料毒性增大，从而阻碍脱色作用。 采用海藻酸钠包埋法固定菌株s 8 ，通过正交试验确定固定化的最优条件， 考察了p h 、温度和初始染料浓度等因素对固定化菌体脱色特性的影响，并对固 定化小球进行重复利用脱色实验，同时通过投加固定化颗粒处理模拟染料废水研 究外加碳源浓度和盐度对处理效果的影响。结果表明，最优固定化条件为海藻酸 钠浓度3 ，c a c l 2 浓度2 ，菌体量与包埋剂量之比2 ：1 ；固定化颗粒对染料脱 色的最适p h 为8 左右，最适温度为3 0 ，具有耐低温、染料浓度耐受极限高和 可重复利用等特性，但在强碱性、高温和重复利用多次后，其机械强度降低；固 定化菌体对以葡萄糖为外加碳源的染料废水的脱色效果较好，且浓度以1 l 为 宜，盐度对固定化菌体发挥脱色能力的抑制作用较小，在厌氧污泥反应器中投加 固定化颗粒对染料去除效率有所提高。 关键词：偶氮染料，高效脱色菌，分离，鉴定，脱色特性，染料结构，固定化 i i o 偶氮染料脱色菌h i 的分离、鉴定和脱色研究 雕捌甑翱刊黜忭 1 尚端_ i 掣料h ”7 卜u 1m l ，丌菡、祭矸小uh 丌r 上o 1 j 丌了1 i s o l a t i o n ，i d e n t i f i c a t i o n a n dd e c o l o r i z a t i o n s t u d yo ft h es t r a i nf o r a z od y ed e c o l o r i z a t i o n a b s t r a c t w i mt h ed i f f i c u l t yo fd y ew a s t e w a t e rt r e a t m e n ti n c r e a s i n g ，i ti ss i g n i f i c a n to f i s o l a t i o no fe f f i c i e n ts t r a i nf o rd y ed e c o l o r i z a t i o nf r o ms l u d g ea n ds o i la n di t s a p p l i c a t i o ni np r o j e c t s a n e f f i c i e n ts t r a i ns 8w i t ha z od y er e a c t i v eb l a c k5 d e e o l o r i z a t i o na b i l i t yw a ss c r e e n e df r o ma n a e r o b i cs l u d g eo fa a ou s e di np r i m i n g a n dd y e i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n t i tw a sp u r i f i e da n dd e t e r m i n e dt h r o u g hp c r a m p l i f i c a t i o na n d16 sr d n as e q u e n c e t h eg r o w t hc u r v ea n ds t a n d a r dc u r v eo f o d - d r yw e i g h tc o n c e n t r a t i o no fs t r a i ns 8w e r ed r a w n 1 1 1 es t r a i ns 8w e r ec u l t u r e di n d i f f e r e n tp h ，t e m p e r a t u r e ，i n o c u l a t e dv o l u m e ，b r o t hc o n t e n t ，o x y g e ns u p p l ya n d n i t r o g e ns o u r c e s ，t a k i n go d 6 0 0a sm e a s u r e m e n t ，i no r d e rt os t u d yt h e i re f f e c to nt h e g r o w t ho fs t r a i ns 8 t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ed e c o l o r i z a t i o nr a t eo f s t r a i ns 8t or b 5a f t e r2 5 hw a s8 5 ，i tw a si d e n t i f i e da se n t e r o b a c t o r ，t h el a gp h a s e o fs t r a i ns 8w a s0 - 4 h ，l o gp h a s ew a s4 - 12 h ，s t a t i o n a r yp h a s ew a s12 2 0 h ，d e c l i n e p h a s ew a sa f t e r2 0 h t h eo p t i m a lg r o w t hc o n d i t i o n so fs t r a i ns 8 w e r ep h9 - 10 ，3 0 。c ， i n o c u l a t e dv o l u m e5 ，b r o t hc o n t e n t2 0 ，a e r o b i cc o n d i t i o n ，p e p t o n ea sn i t r o g e n s o u r c e t h ed e c o l o r i z a t i o nc o n d i t i o n so fs t r a i ns 8w a ss t u d i e dt h r o u g hs i n g l ef a c t o r e x p e r i m e n ta n do r t h o g o n a le x p e r i m e n tt of i xt h eo p t i m a lc o m b i n a t i o no ft e m p e r a t u r e ， p h ，i n o c u l a t e dv o l u m ea n db r o t hc o n t e n t t h e nu n d e rt h eo p t i m a lc o n d i t i o n ，t h ee f f e c t o fd i f f e r e n te x t e r n a lc a r b o ns o u r c ea n dn i t r o g e ns o u r c e ，e x t e r n a lc a r b o ns o u r c e c o n c e n t r a t i o n ，i n i t i a ld y ec o n c e n t r a t i o n ，s a l i n i t ya n de x i s t e n c eo fm e t a li o n so nt h e d e c o l o r i z a t i o no fs t r a i ns 8f o rr b 5w e r ed i s c u s s e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e o p t i m a lc o m b i n a t i o no fb a s i cd e c o l o r i z a t i o nc o n d i t i o n sw a s3 0 。c ，p h6 ，i n o c u l a t e d v o l u m e8 m l 10 0 m l b r o t hc o n t e n t10 0 m l 2 5 0 m lc o n i c a lf l a s k t h es t r a i ns 8c o u l d u t i l i z e dg l u c o s e ，s u c r o s e ，d f r u c t o s e ，d g a l a c t o s ea n db e e fe x t r a c t ，p e p t o n e ，n h 4 c 1 w h e nt h eg l u c o s ec o n c e n t r a t i o nw a sa t4 9 l ，t h es t r a i ns 8h a dt h eh i g h e s t d e c o l o r i z a t i o nr a t ef o rr b 5 t h el i m i to fi n i t i a ld y ec o n c e n t r a t i o nb o r nb yt h e d e c o l o r i z a f i o ns y s t e mw a sb e t w e e n2 0 0a n d4 0 0 m g l ，w h i l et h el i m i to fs a l i n i t yw a s i i l 东华大学硕士学位论文 b e t w e e n2 a n d3 1 2 m m o l lo fm 9 2 + c o n c e n t r a t i o n ，2 o m m o l lo fm n 2 + c o n c e n t r a t i o na n d1 0 m m o l lo f c a 2 +c o n c e n t r a t i o nc o u l dm a x i m i z e dm e d e c o l o r i z a t i o nr a t e t h el o wc o n c e n t r a t i o no ff e 3 + ( 1 0 wt h a n1 o m m o l l ) w o u l dn o t i n h i b i tt h ed e c o l o r i z a t i o n ，a n dt h ei n h i b i t i o no fd e c o l o r i z a t i o nw a so b v i o u sw h e nt h e z n 2 + c o n c e n t r a t i o nw a sm o r et h a no 1m m o l l b r o a ds p e c t r u mo fs t r a i ns 8w a ss t u d i e du s i n ga z od y e s ，a n t h r a q u i n o n ed y e s ， t h i p h e n y l m e t h a n ed y e sa n dm e t a lc o m p l e xd y e s t h ed e c l o r i z a t i o no f16z a od y e s w i t hd i f f e r e n tm o l e c u l a rs t r u c t u r e su n d e ra n a e r o b i cc o n d i t i o nw a ss t u d i e d a d s o r p t i o n a n dd e g r a d a t i o nw e r es t u d i e ds e p a r a t e l yi no r d e rt oe x p l o r et h ee f f e c to fs u b s t i t u e n t s p e c i e so nt h ea r o m a t i cr i n go nd e g r a d a t i o nd e c o l o r i z a t i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a t t h es t r a i ns 8h a de f f i c i e n tb r o a ds p e c t r u mo fd e c o l o r i z a t i o nf o ro t h e rk i n d so fd y e s 一o c h 3s u b s t i t u t e do na r o m a t i cr i n gh i n d e r e dd e c o l o r i z a t i o n ，一c ls u b s t i t u t e dh a d n oe f f e c to nd e g r a d a t i o nd e c o l o r i z a t i o n ，b o t h _ n h c o c h 3a n d s 0 3 hs u b s f i t u t e n t p r o m o t e dd e g r a d a t i o nd e c o l o r i z a t i o n ，a n d s 0 3 hs u b s t i t u t e dw e r em o r ee a s i l y d e e o l o r i z e dt h a n c 0 0 hs u b s t i t u t e d m o r e o v e r , t h ee x i s t i n go fh e t e r o c y c l i ca n d m e t a li o n sc o n t a i n e di nd y es t r u c t u r ee n h a n c e dt h et o x i c i t yo fd y e sa n dh i n d e r e dt h e i r d e c o l o r i z a t i o n t h eh i g h e f f i c i e n td e c o l o r i z a t i o ns t r a i nf o rr e a c t i v eb l a c k5w a si m m o b i l i z e d u s i n gc a l c i u ma l g i n a t ee m b e d d i n gm e t h o d t h eo p t i m u mc o n d i t i o no f i m m o b i l i z a t i o n w a sd e t e r m i n e db yo r t h o g o n a le x p e r i m e n t t h ee f f e c to fi n f l u e n tp h ，t e m p e r a t u r e ， i n i t i a ld y ec o n c e n t r a t i o na n dt i m e so fr e u s eo nt h eb e h a v i o ro fd e c o l o r i z a t i o no fr b 5 w e r ei n v e s t i g a t e d t h ee f f e c to fe x t e r n a lc a r b o ns o u r c ec o n c e n t r a t i o na n ds a l i n i t yo n t h et r e a t m e n te f f e c to fs t i m u l a t e dd y ew a s t e w a t e rw a si n v e s t i g a t e db yd o s i n g i m m o b i l i z e d p a r t i c l e s t h e r e s u l t ss h o w e dt h a t t h eo p t i m u mc o n d i t i o no f i m m o b i l i z a t i o nw a ss o d i u ma l g i n a t e ( 3 ) ，c a c l 2 ( 2 ) a n dt h er a t i oo fb i o m a s st o e m b e d d i n ga g e n t ( 2 ：1 ) t h eo p t i m u mp ha n dt e m p e r a t u r eo f d e c o l o r i z a t i o nw e r e8a n d 3 0 。cr e s p e c t i v e l y t h ei m m o b i l i z e dp e l l e t sh a dt h ec h a r a c t e r i s t i co fl o wt e m p e r a t u r e r e s i s t a n c e ，h i 曲d y ec o n c e n t r a t i o nt o l e r a n c ea n dr e u s e ，b u ti t sh a r d n e s sd e c r e a s e d u n d e rt h ec o n d i t i o no fs t r o n gb a s e ，h i g l at e m p e r a t u r ea n dm u l t i u s i n g t h e d e c o l o r i z a t i o ne f f e c to fd y ew a s t e w a t e rb yi m m o b i l i z e db a c t e r i a lw a sb e t t e rw h e nt h e c o n c e n t r a t i o no fg l u c o s ea se x t e m a lc a r b o ns o u r c ew a s1g l t h ei n h i b i t i o no f s a l i n i t yo nd e c o l o r i z a t i o no fi m m o b i l i z e ds t r a i nw a ss m a l l e r t h ea d d i t i o no f i m m o b i l i z e dp e l l e t si na n a e r o b i cr e a c t o r sp r o m o t e dt h er e m o v a lr a t eo fd y e s k e yw o r d s ：a z od y e ，e f f i c i e n td e c o l o r i z a t i o ns t r a i n ，i s o l a t i o n ，i d e n t i f i c a t i o n ， d e c o l o r i z a t i o nc h a r a c t e r i s t i c ，s t r u c t u r eo fd y e ，i m m o b i l i z a t i o n 偶氮染料脱色菌的分离、鉴定和脱色研究 目录 第一章绪论1 1 1 课题背景1 1 2 染料废水的特征及危害1 1 3 染料废水的传统处理方法2 1 4 偶氮染料的生物脱色研究现状3 1 4 1 偶氮染料结构与生物脱色的关系3 1 4 2 细菌对偶氮染料的脱色5 1 4 3 偶氮染料生物脱色的影响因素8 1 4 4 微生物固定化技术应用于偶氮染料的脱色9 1 5 本课题研究的内容、方法、技术路线1 1 参考文献】 第二章活性黑5 脱色菌的分离、鉴定及生长特性研究1 7 2 1 引言1 7 2 2 实验仪器和试剂1 7 2 3 活性黑5 脱色菌的筛选与分离纯化1 8 2 3 1 材料与方法1 8 2 3 2 菌种的筛选与纯化1 9 2 4 活性黑5 脱色菌的鉴定2 0 2 4 1 菌株及其群落的形态特征2 0 2 4 2 菌株的1 6 sr d n a 序列分析2 l 2 4 3 鉴定结果2 2 2 5 脱色菌对活性黑5 的脱色作用2 3 2 6 活性黑5 脱色菌的生长特性研究2 4 2 6 1 菌株的生长曲线2 4 2 6 2 菌体浓度测定方法及o d 干重浓度标准曲线的绘制2 4 东华大学硕士学位论文 2 6 3p h 对菌体生长的影响2 5 2 6 4 温度对菌体生长的影响2 5 2 6 5 接种量对菌体生长的影响2 6 2 6 6 装液量对菌体生长的影响2 7 2 6 7 供氧条件对菌体生长的影响2 8 2 6 8 菌株对氮源的利用情况2 8 2 7 本章小结2 8 参考文献2 8 第三章活性黑5 脱色菌的脱色条件研究3 0 3 1 引言3 0 3 2 单因素影响实验3 0 3 2 1 温度对染料脱色的影响3 0 3 2 2p h 对染料脱色的影响3 2 3 2 3 接种量对染料脱色的影响3 3 3 。2 4 装液量对染料脱色的影响3 4 3 3 正交实验3 5 3 4 不同碳源和氮源对染料脱色的影响3 7 3 4 1 不同碳源对染料脱色的影响3 7 3 4 2 不同氮源对染料脱色的影响3 8 3 5 葡萄糖浓度对染料脱色的影响3 9 3 6 染料浓度对脱色的影响4 】 3 7 盐度对染料脱色的影响4 3 3 8 金属离子对染料脱色的影响4 4 3 8 1 各种金属离子对染料脱色的影响4 4 3 8 2m d + 、m n 2 + 、c a 2 + 对染料脱色的影响4 5 3 8 3f e 3 + 和z n 2 + 对染料脱色的影响4 7 3 9 本章小结4 9 参考文献5 0 第四章活性黑5 脱色菌对不同结构偶氮染料脱色性能研究5 1 2 燃 偶氮染j ) h a 4 - 脱色菌的分离、鉴定和脱色研究 _ 掘n 翻罪e 粘z 盯1 出，叠弭鳆旦r ”佃l j 哥m i 竹品、_ = 搭t f 币uh i l l | 啊什h 4 1 引言5 1 4 2 菌株s 8 对染料脱色的广谱性研究5 1 4 3 偶氮染料种类对菌株s 8 脱色的影响5 3 4 4 偶氮染料分子结构特征对其细菌降解脱色的影响规律研究5 7 4 4 1 - o c h 3 取代对降解脱色的影响5 7 4 4 2 卤素原子c l 取代对降解脱色的影响5 9 4 4 3 - n h c o c h 3 取代对降解脱色的影响6 0 4 4 4 s 0 3 h 和c o o h 取代对降解脱色的影响6 2 4 4 5 杂环和金属离子对降解脱色的影响6 3 4 5 本章小结6 4 参考文献6 4 第五章活性黑5 脱色菌的固定化及其脱色特性研究6 7 5 1 引言6 7 5 2 活性黑5 脱色菌的固定化6 7 5 2 1 脱色菌固定化方法6 7 5 2 2 固定化条件的正交试验6 7 5 2 3p h 对活性黑5 脱色的影响6 9 5 2 4 温度对活性黑5 脱色的影响7 0 5 2 5 染料初始浓度对活性黑5 脱色的影响7 0 5 2 6 固定化颗粒重复利用实验7 2 5 3 固定化脱色菌应用于染料废水处理7 3 5 3 1 葡萄糖浓度对染料废水处理的影响7 3 5 。3 2 盐度对染料废水脱色的影响7 4 5 3 3 固定化菌体在厌氧反应器中的生物强化。7 5 5 4 本章小结7 6 参考文献7 6 第六章结论与建议7 8 6 1 结论7 8 6 2 建议8 0 东华大学硕士学位论文 攻读硕士学位期间的主要学术成果8 1 致谢8 2 4 雾季天学 & ：g l g n 淝n t 偶氮染料脱色菌的分离、鉴定和脱色研究 第一章绪论 1 1 课题背景 近年来，随着印染行业的迅速发展，染料制备工业和染料的使用也得到了飞 速发展。据美国染料索弓 ( c o l o ri n d e x ) ，商品染料己达数万种之多 1 】。目前世界 染料年产量约为8 0 0 x 1 0 3 - - 9 0 0 1 0 3 t ，我国年产量已达到1 5 0 1 0 3 t ，位居世界前列 【2 j 。据统计，在制造过程中染料的损失率约为2 ，在印染工业中其损失率约为 1 0 【3 j ，这样我国每年大约有2 0 0 0 - - 3 0 0 0 t 的染料会直接随着废水排入环境中对水 体环境造成很大的污染负荷。据不完全统计，我国每年的印染废水排放量约为 3 0 0 4 0 0 万吨，印染厂每加工l o o m 织物，产生的废水量为3 5 m 3 【4 1 。所以，由此造 成的经济损失和水体环境破环是不可计量的。由于染料废水和印染废水中含有的 大量染料属于高分子有机物，且浓度高，组份复杂，具有较大的色度，难于被生 物降解，因此属于高浓度难降解工业废水。 当前印染工业中使用的染料有许多不同的种类，根据发色基团来分包括偶氮 染料、葸醌染料、三芳基甲烷染料、二芳基甲烷染料、硝基染料、亚硝基染料、 靛蓝染料等等，而偶氮染料、葸醌染料、三芳基甲烷染料是使用最广泛的三类染 料。其中，偶氮染料又是用量最大的一类，约占全部染料的7 0 【5 】，包括活性染 料、酸性染料、阳离子染料、分散染料等等。由于偶氮染料的前体及其降解产物 芳香胺都具有很大的毒性和致畸致癌性【6 】，所以偶氮染料的脱色和降解研究在国 内外都备受关注。 当今，生物技术在各个领域范围内都得到了广泛的运用，并且具有广阔的发 展空间，在给排水和水处理领域更是如此。相比物理法和化学法来说，生物法对 染料废水的处理成本更低廉，对环境产生的二次污染更小，具有较好的经济效益 和环境效益。近年来，很多学者【卜9 1 开始从污泥和土壤中筛选和纯化出多种对染 料具有高效脱色能力的菌种，并对其特性和各种脱色条件进行研究。除此之外， 还通过各种固定化作用将其负载于各种载体上发挥更强的脱色作用，并逐步研究 其在实际工程中的应用。 1 2 染料废水的特征及危害 随着印染工业的发展，产品结构的调整，产量的日益增加和新型染料、助剂 的使用，印染废水具有水量大，水质变化大，有机物浓度高，色度高，有少量有 毒物质，可生化性低的特点。由于染料品种繁多，结构复杂，化学稳定性好，具 有抗酸、抗碱、抗光、抗微生物的特性，所以在水体中能够稳定存在，难于被普 通的微生物所降解。同时，染料的染色过程大多在强碱性条件下进行，排放的印 东华大学硕士学位论文 染废水不仅具有高色度和高c o d ，且具有强碱性。在染料生产盐析工艺和染色 过程中，染缸中大量使用硝酸钠、硫酸钠和氯化钠，还会造成染料废水含盐的重 量达到纤维重量的1 0 2 0 ，从而具有较高的盐度。 染料废水对环境最直接的污染是其色度的污染，水体中只要含有少量的染 料，一般在1 m l 的浓度下，就可产生较高的色度 m 】，这不仅影响水体的美观 性，还会使水体的透光性和气体溶解度减小，从而水体表面的光照无法到达水体 下层，溶氧减少，致使底层动植物得不到生长所必须的条件，影响其光合作用和 呼吸作用。同时，人工合成的染料都具有一定的毒性和三致作用，且其降解产物 多为联苯胺等一些致癌的芳香类化合物，通常具有比染料更高的毒性。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，欧盟已禁 用了2 4 种偶氮染料。 1 3 染料废水的传统处理方法 为了降低染料废水的高色度和高c o d ，降低其对环境的污染程度，可以采 用不同的处理方法和技术，主要包括物化法、化学法和生物法。在实际应用过程 中，也可对这些方法进行联用，到达较好的处理效果。 物理处理法主要包括吸附法、萃取法、膜分离法以及水处理中常用的沉淀、 气浮、过滤等物理方法【l l - 1 6 】。 化学法是印染废水处理中研究比较广泛的方法，包括电化学法，氧化法，还 原法等，其中氧化法还包括一些高级氧化技术 1 7 - 1 9 】，对染料废水的深度处理有良 好的效果。 生物处理法是利用微生物的新陈代谢作用及微生物体内的各种酶系统来氧 化或还原有机物分子，将大分子染料降解为小分子有机物并进一步进行利用，合 成自身生长所需物质或最终降解为c 0 2 和h 2 0 等无机物。相比物化法和化学法， 生物法具有成本低，二次污染少，运行效果稳定的优点，在实际染料废水处理中 应用也最为广泛【1 9 。2 0 l 。但由于染料废水的可生化性差，且染料降解的中间产物具 有更大的毒性和致癌性f 2 1 1 ，单靠好氧处理或厌氧处理不能达到染料的完全矿化， 所以在实际染料废水处理中，大多采用厌氧好氧组合法。厌氧段先使大分子染 料中的发色基团断裂，如偶氮染料中的偶氮键断裂产生芳香胺类有机物，这类物 质通常在厌氧条件下难以被进一步降解，就需要后续的好氧处理来对其进一步矿 化。 由于实际染料废水对污泥中微生物的毒害作用较大，微生物的生长代谢和脱 色过程必然会受到一定的影响和抑制，所以选育高效的脱色菌株和菌群，并将其 投加到污泥中或其他生物处理系统中发挥其生物强化作用成为染料生物吸附和 降解的研究方向。目前发现的能够降解染料的微生物种类主要包括细菌、真菌和 藻类这三大类【2 2 1 。 偶氮染料脱色菌的分离、鉴定和脱色研究 蝴墟翱撇三i h 1 帛铜绌米且日曰伽圉惭i 付黛。搭币剂lh 曰佃由廿针 1 4 偶氮染料的生物脱色研究现状 利用微生物对染料进行氧化、还原、分解、吸附从而净化废水的过程称为染 料废水的生物脱色。由于物化及化学处理法存在的处理成本高、二次污染大的问 题，利用微生物对染料进行脱色和降解的研究越来越受到重视。大量研究者已从 处理印染废水的设备中分离出一些对染料具有较强脱色能力的菌种，经扩大培养 后发挥其生物强化作用。 一般来说，微生物对染料的脱色一般有吸附脱色和降解脱色两种机理【2 3 j ，其 中吸附脱色机理主要是：构成菌体表面的脂肪、蛋白质、糖类等物质通过化学键、 离子键或氢键与染料作用，形成染料与大分子构成的复合物，这些物质通过分子 间作用力进一步与其他染料分子进行作用，导致菌体对染料有较好的吸附【2 4 j ；而 降解脱色机理主要是，染料在菌体各种酶的作用下降解，主要是偶氮还原酶的还 原脱色过程，一般可分为两个阶段：第一阶段为污染物向底泥絮凝沉降和迁移富 集；第二阶段为生物降解阶段，染料被生物体内的酶或分泌到细胞外的酶所降解 2 5 1 o 1 4 1 偶氮染料结构与生物脱色的关系 从1 8 6 3 年由m a r t i u s 成功实现了首例商品化偶氮染料b i s m a r kb r o w n 后【2 6 1 ， 偶氮染料开始进入大规模的生产和开发阶段。 染料分子结构中，凡是还有偶氮键( n = n ) 结构的统称为偶氮染料，其中偶 氮基常与一个或多个芳香环系统相连构成一个共轭体系而作为染料的发色体。在 偶氮染料分子中，一定位置上的供电子共轭基，也就是助色基团主要有氨基、羟 基、甲基、磺酸基等等【2 7 】。按分子结构中偶氮键的数量来分，可以分为单偶氮染 料、双偶氮染料和多偶氮染料；按应用分类来分，可分为活性染料、酸性染料、 直接染料、分散染料、阳离子染料等。绝大部分偶氮染料是芳香胺经重氮化后与 酚类、芳香胺类、具有活性的亚甲基化合物偶合而成，因此其化学性质稳定，结 构复杂，其废水难于处理。其中，活性染料中有8 0 的染料中含偶氮基【2 8 1 ，其 分子结构中带有反应性基团，化学性质活泼，色泽鲜艳，且含有大量水溶性基团， 极易溶于水，难于用物化法去除。 偶氮染料的结构对生物的降解性能有一定的影响作用，有研究表明，取代基 的种类、数量及其在芳环上的取代位置都对染料降解的难易程度有一定的影响 2 9 - 3 0 】： ( 1 ) 取代基种类对染料降解的影响。羟基( o h ) ，氨基( n h 2 ) ，胺基( n = ) 促进染料 脱色，增强其降解性；甲氧基( 一o c h 3 ) ，磺酸基( s 0 3 一) ，硝基( n 0 2 ) ，甲基( c h 3 ) 和羧基( c o o ) 抑制染料的生物降解性。 ( 2 ) 取代基数量对染料降解的影响。染料芳环上促进基团( 如n h 2 ，o h ) 的数目越 多时，染料越容易被降解；若染料芳环上抑制基团( 如c h 3 ，一s 0 3 - ) 数目越多时， 东华大学硕士学位论文 对染料降解的抑制作用越强，染料越难被降解。 ( 3 ) 取代基位置对染料降解的影响。含羧基的偶氮染料其脱色率顺序为邻位 间位 对位；含羟基和磺酸基的偶氮染料脱色率顺序为对位 间位 邻位；含硝基的偶 氮染料其脱色率则不受硝基位置的影响。 ( 4 ) 染料分子量对染料降解的影响。染料在基本结构相似的情况下，其分子量越大， 染料就越不容易被降解，其分子量越小越易被降解。 芳环上相对于偶氮键的取代基分为两大类，即斥电子基和吸电子基，其中斥 电子基主要有羟基、氨基等，而吸电子基主要包括磺酸基、羧基、硝基、羰基、 卤素原子等。w a l k e d 3 l j 认为，决定偶氮染料还原速率的主要因素之一是偶氮染料 的取代基对偶氮键的影响，偶氮键附近的电子云密度越高，偶氮键就越牢固，越 难被打断；相反，电子云密度越低，染料就越易被降解。h s u e h 等【3 2 】利用高效脱 色菌对甲基红和甲基橙的同分异构体进行脱色实验比较，两种染料具有相同的主 体结构但邻位取代基种类不同，结果表明甲基橙因具有s 0 3 h 邻位取代基使得其 脱色效果优于具有c o o h 邻位取代基的甲基红，并认为这是由于c o o h 周围的 电子密度高于s 0 3 h 的电子密度所引起的。z i m m e r m a n n 等【3 3 】的研究结果也表明 芳环上吸电子基团( 如s 0 3 h ) 的存在可以加速偶氮染料在厌氧条件下的生物降 解速