（环境工程专业论文）活性黑5脱色菌的固定化及其处理染料废水的应用研究.pdf

黪缴 活性黑5 脱色菌的i 古i 定化及其处理染料废水的应用研究 活性黑5 脱色茵的固定化及其处理染料废水的应用研究 摘要 论文以实验室前期筛选的活性黑5 高效脱色菌一幽纪加6 以c 幻厂 s p s 8 为研究对象，分别采用海藻酸钠、聚乙烯醇、丝瓜瓤三种固定 化载体对其进行固定化研究，得出各自最优的固定化条件。在此基础 上比较了三种固定化细胞对模拟染料废水的处理效果，并比较其在处 理活性黑5 废水时微观形态的变化情况，得出丝瓜瓤为最优的固定化 载体。最后将丝瓜瓤固定化e f p 阳6 口c 幻rs p s 8 投加到厌氧序批式反 应器中( 即a n s b r 系统) ，研究了强化投菌对系统去除活性黑5 的影 响，并比较了强化系统中投加的高效菌和原有菌在不同运行阶段对活 性黑5 的降解作用。 首先利用海藻酸钠将砌f 啪施c 卯s p s 8 包埋制成固定化细胞， 并对活性黑5 进行脱色研究。对该菌种的最优固定化条件和在此条件 下的脱色性能进行研究，研究了该固定化菌体的重复利用和动力学实 验。结果表明，制备固定化颗粒的最优条件为海藻酸钠浓度3 ，c a c l 2 浓度3 ，包埋剂量与菌体量之比1 ：1 ，钙化时问1 6h ，且适宜的活性 炭添加能使脱色率增加。脱色最适宜的p h 值、温度分别为7 o 和 3 0 。固定化菌体可多次重复利用，经7 次重复利用后，脱色率仍 达7 5 9 6 。该固定化菌体对不同初始浓度活性黑5 的脱色符合二级 反应动力学方程。 其次利用聚乙烯醇对砌f p 加6 以c 幻rs p s 8 进行包埋制成固定化细 i 。缝缝 活性黑5 脱色菌的同定化及其处理染料废水的应用研究 胞，并对活性黑5 进行脱色研究。考察了砌纪阳6 以c 幻尸s p s 8 的固定 化操作条件和固定化细胞使用条件，研究了该固定化菌体的重复利用 实验。结果表明，制备固定化颗粒的最优条件为p v a 浓度1 0 ，添 加剂s a 浓度1 ，液菌比为2 0 ，交联剂为4 的含l c a c l 2 的饱和 硼酸，交联时间为2 4h 。最优脱色条件为反应温度3 0 ，反应体系 p h 值为7 ，反应时间为3 0h 。固定化菌体可重复使用3 次，脱色率 都在7 0 以上。 然后利用植物载体丝瓜瓤对勘f e 阳施c 幻rs p s 8 进行固定，并对 活性黑5 进行脱色研究。探讨了固定化菌体的菌龄、菌量、p h 值、 温度对染料脱色的影响。研究了该固定化菌体的重复利用和动力学实 验。结果表明，最佳脱色条件为：菌龄3d 、接菌量2 、温度3 0 、 p h6 o 。该固定化菌体对不同初始浓度活性黑5 的脱色符合二级反应 动力学方程。经9 次重复利用后的该固定化菌体，其脱色率仍达 7 6 8 。在优化实验条件下，根据降解3d 前后的紫外一可见光谱图分 析可知，活性黑5 并非完全被降解为c 0 2 和h 2 0 ，而是生成一些小分 子有机中间体。 在此基础上，分别用海藻酸钠，聚乙烯醇( p v a ) 和丝瓜瓤作为载 体固定勘f p 加施c 幻rs p s 8 ，比较其在处理活性黑5 废水时微观形态的 变化情况。通过扫描电子显微镜( s e m ) 对固定化砌纪m 6 以c f d rs p s 8 的 微观形态进行观察，发现海藻酸钠在处理含活性黑5 废水时容易溶 解，用p v a 作为载体时，由于细胞被包埋在p v a 内部，和底物的接 触时扩散阻力较大，因而废水中c o d 的去除效率较低。而用丝瓜瓤 姻缝缝 潘陛黑5 脱色酬靛化及其处理染料废水的枷研究 固定化细胞，不仅简便易行，而且对废水c o d 的去除效果也较好。 最后将丝瓜瓤固定化勘跑加6 口c 幻rs p s 8 投加到厌氧序批式反应器 中( 即a n s b r 系统) ，研究了强化投菌对系统去除活性黑5 的影响， 并比较了强化系统中投加的高效菌和原有菌在不同运行阶段对活性 黑5 的降解作用。结果表明，投加高效菌种能够缩短a n s b r 系统处 理活性黑5 的启动时间，增强其耐负荷冲击的能力，不加固定化菌的 对照系统可耐受6 7m g l 。1 活性黑5 负荷冲击，而以o 5 ，1 ，1 5 和2 投加固定化菌的强化a n s b r 系统则可分别耐受1 8 0 ，2 8 0 ，2 8 0 ， 2 8 0m g l 。的活性黑5 负荷冲击。a n s b r 强化系统运行初期对活性黑 5 的去除主要靠固定化高效菌的作用，运行一个月后，原有菌和投加 菌对活性黑5 都具有很强的降解作用。 关键词：活性黑5 ；勘把加施c 幻rs p s 8 ；固定化细胞；丝瓜瓤；脱色 雾季天警 匿瞳西地诮豫r 越靠 活性黑5 脱色菌的州定化及其处理染料废水的应用研究 一 i m m o b i l i z a t i o no f r e a c t i v eb l a c k 5 d e co l o 砌n g b a ct e r i aa n ds t u d yo n a p p l i ca t i o no fd y ew a s t e ，a t e rt r e a t m e n t i a b s t r a c t t h ee m c i e n td e c o l o z i n gb a c t e r i af o r r e a c t i v eb l a c k5w e r ei s 0 1 a t e da n di d e n t i 6 e da s 而把加6 口c 幻， s p s 8 i nt h ee a r l ye x p e r i m e n t s t h e e ，z 把r d 6 口c 幻， s p s 8 w a sr e s p e c t l v e l y i m m o b i l i z e di nc a l c i u ma l g i n a t eg e l ，p o l y v i n y la l c o h o l ( p v a ) a n dl u 航c y l i n “c as p o n g ea n d o d t i m a lc o n d i t i o n sf o rt h e i ri m m o b i l i z a t i o nw e r eo b t a i n e d o nt h eb a s i s ，t h et r e a t m e n te h e c t s o 士 s i m u l a t e dd v ew a s t e w a t e rb y t h r e ek i n d so fi m m o b i l i z e dc e l l s w e r e c o m p a r e d lh e l r m i c r o s t m c t u r ew a so b s e e db ys c a l l l l i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e ( s e m ) i tw a sf o u n dm a tl u 仃a c y l i n d r i c as p o n g ew a st h eo p t i m a li m m o b i l i z a t i o nc a r r i e r f i n a l l yr e a c t i v e b 1 a c k5 - d e 铲a d i n g b a c t 丽aw a si m m o b i l i z e d b yl u 行ac y l i n 锄c as p o n g ea n ds u p p l e i t l e n t e dt oa n s b r s y s t e m sa n d1 s e 艉c t so nt h er e m o v a lo fr e a c t i v eb 1 a c k5 i nt h es y s t e m sw e r es m d i e d i na d d i t i o n ，t h e c o n t r i b u t i o n so ft h es u p p l e m e n t e dc u l t l l r ea n di n d i g e n o u sc u l t u r ei nt h eb i o a u g m e n t e ds y s t 锄a t d i 仃e r e n to p e r a t i o ns t a g e sw e r ec o m p a r e d f i r s t l v e ，2 f 8 r d 6 订c 幻，s p s 8w a se m b e d d e dw i ms o d i u ma l g i n a t e ，a n dw a su s e d t od e c o l o r r e a c t i v eb l a c k5 t h eo p t i m a lc o n d i t i o no fi n l m o b i l i z a t i o na n dt h ed e c o l o r i z a t i o np e r t o m l a n c e a t t h i sc o n d i t i o nw e r es t u d i e d 1 1 1 er e u s a b i l i t ya n dk i n e t i c so ft h ei m m o b i l i z e db a c t e n aw e r ea l s o s t u d i e d t h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h eo p t i m u mc o n d i t i o n s f o r p r e p a r a t l o n w e r et h a tt h e c o n c e n t r a t i o nr a t i o so fs o d i u ma l g i n a t ea n dc a c l 2w e r e3 a n d3 ，r e s p e c t i v e l y ，t h er a t l oo 士t h e 锄b e d d i n 2d o s ea n db a c t e r i aa m o u n tw a s l ：1 ， t h et i m eo fc a l c i e c a t i o nw a s 16h ，a n dt h e a p p r o p a t ea c t i v a t e dc a r b o nc o u l di m p r o v ed e c 0 1 0 r i z a t i o nr a t e t h eo p t i m u m p ha n dt e m p e r a r u r e f o rd e c o l o r i z a t i o nw e r ef o rt h e7 0 a n d3 0。c i m m o b i l i z e db a c t e r i ac o u l d b er e u s e d ，t h e d e c o l o r i z a t i o nr a t eo ft h ei m m o b i l i z e db a c t e r i ac o u l ds t i l lr e a c h7 5 9 6 a f t e r7t i m e sr e u s e d 。i h e d e c 0 1 0 r i z a t i o no fi m m o b i l i z e db a c t e ao nr e a c l i v eb 1 a c k5 a tv a n o u s1 n l t l a lc o n c e n t r a t l o n s c o n f o n n e dt ot h es e c o n d o r d e rr e a c t i o nm o d e s e c o n d ly ，e f e r d 6 口c f d ，s p s 8w a se m b e d d e dw i t hp v a ，a n dw a su s e dt o d e c o i o rr e a c t l v e b l a c k5 t h ec o n d i t i o no fi m m o b i l i z a l i o no p e r a t i o no fe ”，p 九) 6 ( ，c f d rs p s 8 a n dt h ec o n d l t l o no 士 l v a l s os t u d i e d t h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h eo p t i m u mc o n d i t i o n s f o rp r e p a r a t i o nw e r et h a tt h e c o n c e n t r a t l o nr a t i o so fp v aa n ds aw e r e10 a n d1 ，r e s p e c t i v e l y ，t h er a t i oo fs 0 1 u t i o n t oc e l l s w a s2 0 ：1 ，t h et e m p e r a t u r eo fc r o s s - 1 i n k i n ga g e n tw a ss a m r a t e db o ca c i dc o n t a i n e d 1 c a c l ，a t 4 a n dt h ec r o s s1 i n k i n gt i m ew a s2 4h t h eo p t i m a lc o n d i t i o n sf o rd e c o l o r i z a f i o n w a st h a tt h e r e a c t l o nt e m p e r a t u r ew a s3 0 ，p hw a s7a n dr e a c t i o nt i m ew a s3 0h i m m o b i l i z e d b a c t e r i ac a n b er e u s e dt o rt h r e et 】m e s ，t h ed e c o l o r i z a t i o n r a t eo ft h ei m m o b i l i z e db a c f e ac o u l dr e a c ha b o v e 7 0 a f t e re v e r yt i m e a f l t e n v a r d s ，t h ed e c 0 1 0 r i z a t i o no fr e a c t i v eb l a c k5b y 上勋纶m 6 口c 幻，j s p s 8i m m o b i l i z e do n l u 行- ac y l i n d r i c a s p o n g ew a ss t u d i e d t h ee f 诧c l s t e l n p e r a t u r eo nd e c 0 1 0 z a l i o nw e r ed i s c u s s e d t _ h e o fb a c f e aa g e ，b a c t e r i a a m o u n t ，p ha n d r e u s a b i l i t ya n dk i n e t i c so ft h ei m m o b i l i z e d b a c t e n aw e r ea l s os t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a cc h eo p t i m u m c o n d i t i o n sf o rd e c 0 1 0 r i z a t i o nb v 1 m m o b lj i z e db a c t e n aw e r e3 _ d a y c u l t u r e ，i n o c u l a f i o no f2 ，t e m p e r a t l l r ea t3 0 ，a n dp h6 o t h e d e c o l o n z a t o no fi m m o b i l i z e db a c t e r i ao nr e a c t i v eb 1 a c k 5a tv a d o u si n i t i a l c o n c e n t r a t i o n s c o n t o m e dt ot h es e c o n d - o r d e rr e a c t i o nm o d e a r e rn i n et i m e s r e u s e d ，t h ed e c 0 1 0 r i z a t i o nr a t eo f t h e1 m m o b l l l z e db a c t e r i ac o u i ds t i l lr e a c h 7 6 8 a c c o r d i n gt ot h eu v v i ss p e c t r u mb e f o r ea n d a t t e r3dd e g r a d a t i o nu n d e rt h e o p t i m u mc o n d i t i o n s ，r e a c t i v eb l a c k5w a sn o tc o m p l e t e l y m l n e r a l l z e dt oc 0 2a n d h 2 0 i n s t e a d ，s o m eo 唱a n i ci n t e m e d i a t e sw e r ep r o d u c e d u ni n eb a s l so f r e s p e c t i v eo p i i m a li m m o b i l i z a t i o nc o n d i t i o n so b f a i n e d i nc h ed r e v i o u s e x p e n m e n t s ， ih e 点h ，p m 6 日c 幻r s p s 8w a sr e s p e c t i v e l yi m m o b i l i z e di nc a l c i u ma l g i n a t e g e l ， p o l y v l n y la l c o h o l ( p v a ) a n d l u 舶c y l i n d c as p o n g ea n dt h e i rm i c r o s t r u c t u r ew e r e o b s e r v e d b v s c a n n l n ge l e c r o nm l c r o s c o p e ( s e m ) i tw a sf o u n dt h a tc a l c i u ma l g i n a t eg e lm i g h ld i s s o l v ei nc h e w a s t e w a t e r ，a n dt h ea c t i v i t yw a sr e s t r i c t e da sc e l l sw r a p p e d i np v a ，s ot h ec o dr e m o v a lr a t i ow a s j ow ih em e t h o do fi m m o b i l i z e dc e l l s u s i n gl u f r ac y l i n d r i c as p o n g ew a ss i m p l ea n dc o d r e m o v aj e 士t l c l e n c yc o u l db ea c h i e v e d i n a d d i t i o n ，t h ei m m o b i l i z e db a c t e u mc o u l dn o tb e s 印a r a t e de a s l i y 打o mt h el u f r ac y l i n d r i c as p o n g ei nt h ew a s t e w a t e r f i n a l l y ，r e a c t i v eb l a c k5 一d e g r a d i n gb a c i e r i aw a si m m o b i l i z e db yl u 胁c y l i n d c a s p o n g e a n ds u p p i e m e n i e dt oa n s b r s y s t e m sa n di t se f k c c so nt h er e m o v a lo fr e a c t i v eb 1 a c k5 i n t h e s y s l e m sw e r es t u d l e d i na d d i t i o n ，c h ec o n f 抽u t i o n so ft h e s u p p l e m e n t e dc u l r u r ea n di n d i g e n o u s c u j t l l r e1 nt h eb l o a u g m e n t e ds y s t e ma td i f k r e n to p e r a t i o n s t a g e sw e r ec o m p a r e d r e s u l t ss h o w e d t h a tt h e s t a r t u p t i l n ef o rt h ea n s b rs y s t e l n t ot r e a tr e a c t i v eb l a c k5 w a ss h o n e n e db v a u g m e n a 1 0 nw i t hh i 曲e 脓c tb a c t e r i aa n di i s a b i l i t yl oe n d u r er e a c t i v eb l a c k5s h o c k1 0 a d i n 2 w a ss t r e l l g t h e n e d c o n t r o la n s b r s y s t e mw i t h o u ta u 目1 1 e n t i n gi m m o b i l i z e db a c t e r i ac o u l de n d u r e 6 7m g l - is h o c kl o a d i n g ，w h i l el h ea n s b r s y s f e m ss u p p l e m e n t e dw i t h0 5 ，1 ，1 5 ，2 h i 2 h e n e c b a c e n ac o u l de n d u r ef h es 1 1 0 c k 1 0 a d i n go f18 0 ，2 8 0 ，2 8 0 ，2 8 0m g l - 1 r e s p e c l i v e ly v 国墓熬董活性黑5 脱色凶的州定化及其处理染料废水的应， = j 研究 5a ti n i t i a ls t a g e ，w h i l eb o t ht h ei n d i g e n o u sa n dt h ea u g i l l e n t e d b a c t e r i ah a dv e r ys t r 伽ga b i l i t y t o d e g r a d er e a c t i v eb 1 a c k5a f t e rt h eo p e r a t i o no f o n em o n t h d i n gl i n a ( e n v i r o n l 】1 e n t a le n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db yc h e nl i a n g k e yw o r d s ：r e a c t i v eb 1 a c k5 ；面把阳施c 幻rs p s 8 ；i m m o b i l i z e dc e l l s ；l u 胁c y l i n “c a s p o n g e ；d e c o l o r i z a t i o n v l 东华大学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。本人授权东华大学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4 学位论文作者签名：了丽挪 日期：如l y 年1 月f 多日 指导教师签名：f 叉乞 1 日期：力1 ) ，年f 月，日 霎缫 滑眭黑5 脱色酬矧定化及其处理染料圳蝴鼢 1 1 我国印染行业污染现状 第一章绪论 我国是纺织印染生产大国，近几年我国印染行业出现了前所未有的快速发展 局面，加工能力位居世界首位，已成为世界印染业中规模最大的国家。纺织行业 作为我国传统支柱产业，在为国民经济做出巨大贡献的同时也成为我国几大主要 污染严重的行业之一。 根据2 0 0 6 年的中国环境统计年报，在统计的3 9 个工业行业中，废水排 放量位于前四位的行业依次为造纸业、化学原料及制品业、电力业和纺织业。其 中纺织印染行业的排放量占总量的9 6 。化学需氧量排放量位于前四位的行业 依次为造纸业、农副食品加工业、化学原料及制品业和纺织业，其中纺织印染行 业化学需氧量的排放量占总量的6 8 。氨氮排放量位于前四位的行业依次为化 学原料及制品业、造纸业、农副食品加工业和纺织业，其中纺织印染行业氨氮的 排放量占总量的4 4 。 从各项统计数据可以看出，印染行业是用水大户，是五个( 电力、农副食品 加工、石油化工、印染、造纸) 重点用水行业之一，在纺织印染生产过程中同时 需要消耗大量电和蒸汽，同时要排放大量的印染废水、锅炉燃烧废气及相应的废 渣。经过多年的努力，大部分印染企业都建设了废水处理设施，并能够基本达标 排放，但印染行业是耗水、排污的大户，对我国水环境的压力仍然不容小觑【l j 。 1 2 印染废水的特征及其危害 1 2 1 印染废水的特征 印染废水是指棉、毛、化纤等纺织产品在预处理、染色、印花和整理过程中 所排放的废水。印染废水成分复杂，主要以芳烃和杂环化合物为母体，并带有显 色基因( 如一n = n 、。n = 0 ) 及极性基因( 如s 0 3 n a 、一0 h 、一n h 2 ) 2 | 。印染污水治理 的复杂性与印染产品及其设备的多样性有关，印染生产的各个工序产生的印染废 水性质不同，详见表1 1 j 。 0 缝量 活性黑5 脱色菌的荆定化及其处理染料废水的应用研究 表1 1 纺织印染业一般【：序的废水特征 t a b l e1 1t h ew a s t e w a t e rc h a r a c t e r i s b c so ft e x t i l ea n dd y e i n gi n d u s t 巧i nt h eg e n e r a lp r o c e s s 从表1 1 可以看出，耗水量较大的漂白和丝光废水的c o d 较低，易于进行 清浊分流，分级处理；退浆和染色废水的c o d 高而可生化性差，应重点处理， 并推行清洁生产，从源头减少退浆与染色废水的产生。 从国内外印染废水处理的现状来看，国外特别是发达国家印染业都推行清洁 生产，对染料和工艺有严格控制。而当前我国环保立法不够完善，真正实施清洁 生产企业较少，所以国内印染废水处理的难度明显大于国外，国外相应处理技术 也难以适合国内情况。 1 2 2 印染废水的危害 印染行业涉及到许多有害化学药品，有难降解的染料、助剂和有毒有害的重 金属、甲醛、卤化物等。这类废水色度高、有机物含量高、有害物质含量高、成 分复杂。每排放1 吨印染废水，就能污染2 0 吨水体。 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1m l 的浓度下，就可产生较高的色度【4 j 。具有高染料浓度的废水 排放到周围受纳水体中，不仅会影响水体的视觉感受，还会阻隔阳光透过水体， 影响水体中的气体溶解度，从而影响到水体中动植物的生长以及水体自净过程 【5 】 o 很多染料和中间体都含有对二氨基联苯和其他的芳香族化合物、蒽醌系、酚 类等有机物。偶氮染料是分子中含有偶氮键( 一n = n 一) 染料的统称，占印染工艺中 常用染料的5 0 以上。偶氮染料及其降解中问产物( 苯胺类物质) 都有可能致癌、 薹擞 潘 生黑5 脱色酬靛化及其处理染料废水的应刚研究 致畸、致突变，对人类健康是一种威胁6 1 。据报道，染料废水中含有的苯环基、 偶氮基等基团的染料使人易患膀胱癌7 1 。酞菁染料中含有铜2 6 ，也具有毒性， 这些有毒物质往往容易在环境和生物体中累积。 1 3 印染废水的传统处理方法 印染废水成分复杂，主要污染物有染料、难降解有机物及有毒物质等。在印 染废水处理中，关注的重点是难降解有机物和色度。常用的印染废水处理方法有 3 类：化学法、物理法和生物法，其技术特征见表1 2 【8 - 9 】。 表1 2 印染废水处理技术的分类及其特性 t a b l e1 2m ec l a s s i f i c a t i o na n dc h a r a c t e r i s t i c so ft r e a t n l e n tt e c h n o l o g yo fp r i n t i n ga n d d y e i n g w a s l e w a t e r 由表1 2 知，生物处理具有明显的经济优势，是印染废水处理的主要方法。 生物处理技术分为好氧生物处理技术、厌氧生物处理技术和厌氧好氧生物处理 技术。 1 3 1 好氧生物处理技术 好氧生物处理法主要有活性污泥法和生物膜法两大类，因其原理简单、效果 较好且相对于厌氧生物处理法不会产生臭味而得到广泛应用。好氧生物处理法虽 然对b o d 的去除率较高，但所需供氧能耗大，对色度的去除率却不太理想【l o 】。 同时好氧生物处理法因其污泥产量较大，给后处理会造成麻烦而大多适用于中、 低浓度有机废水的处理。在印染行业，p v a 等化学浆料和表面活性剂的应用同 趋广泛，污染物的可生物降解性降低，若单纯采用好氧生物处理技术，已很难达 标排放，因此，好氧生物处理技术常与其它方法联用。k i m j 等在活性污泥单元 前应用电子束辐射技术对纺织废水进行预处理，可将不易生物降解的有机物转化 麟 活性黑5 脱色菌的吲定化及其处理染料废水的应用研究 为易于生物降解的小分子物质，使b o d 5 c o d 提高到0 7 9 ，适合于后续好氧生 物处理，控制h i 订1 8 4 8h ，c o d 去除率保持在7 0 左右。e r k a n 等【1 2 j 采用活 性污泥法一纳滤法处理纺织废水，在进水c 0 d 为2 3 0 0m l 、色度为2 3 4 7 倍的 情况下，c o d 去除率和脱色率均达到8 0 以上，出水能够满足回用要求。 1 3 2 厌氧生物处理技术 尽管厌氧生物处理法代谢速度慢、停留时间长且伴随着腐臭味，但此法仍有 其独到的长处：a ：不必通气搅拌，可降低能耗；b ：产生的气体主要是甲烷， 可提供新的能源；c ：污泥生成量小，因而它是一种很有发展前途的工业废水处 理方法，一般用于有机污泥或浓度较高的废水处理。有些染料对好氧生物处理法 来说是难降解的，但对厌氧生物处理是可降解的，如着色剂葸醌和某些偶氮染料 等 1 3 】。g e o r g i o u 等【1 4 】采用中试规模的两相厌氧固定床反应器处理印染废水，在 h i 玎小于4h 情况下能将偶氮活性染料转化为易于好氧生物处理的芳香胺类物 质，对染料的脱色率高达1 0 0 。b r a s 等【】5 】研究表明，外加碳源可以提高厌氧反 应器对染料的脱色率。将乙酸添加到产甲烷u a s b 反应器中，在h r t 为2 4h 条 件下，对模拟废水的脱色率达8 8 以上。k i m 等【1 6 】考察了还原剂对厌氧反应器 处理偶氮染料的影响，发现在h i 盯为4 8h 的条件下，间歇添加硫化物( 质量浓 度为1 0m l ) 可使染料的脱色率提高9 。 1 3 3 厌氧一好氧生物处理技术 由于厌氧好氧生物处理技术充分利用了厌氧和好氧生物处理技术的优点， 已成为国内外研究和应用的热点1 7 】。吴慧芳等【1 8 】研究了厌氧折流板反应器和生 物接触氧化池联合处理印染废水的性能。在进水c o d 为1 2 0 0m l 、色度为2 0 0 倍、h r t 为1 2h 的条件下，缺氧反应器的c 0 d 去除率和脱色率分别为8 6 6 和 9 2 o ，达到国家的一级污水排放标准。k a p d a n 和a 1 p r s l a n 采用厌氧滤池和 活性污泥池联合系统，考察了不同h i 玎( 1 2 7 2h ) 和不同进水c o d 浓度( 8 0 0 3 0 0 0 m l ) 下，对印染废水c o d 和色度的去除效果。结果表明，当h i 玎为4 8 h 时，c o d 去除率和脱色率分别达到9 0 和8 5 。荷兰帕克公司比u j 应用厌氧 好氧工艺，成功处理了荷兰t e n c a t e 纺织厂的漂白和染色废水。该工艺应用了7 0 m 3 厌氧反应器和4 5 0m 3 好氧曝气池，废水脱色率为8 0 9 5 ，大部分色度在 预酸化池和厌氧反应器中去除；研究表明，厌氧处理对于印染废水的毒性去除也 起着重要作用。杨虹等【45 j 采用不完全厌氧好氧同反应器工艺，通过时段切换， 在同一反应器内实现了印染废水处理。该反应器体积3 0l ，水力停留时间1 2h ， 总c 0 d 去除率达8 5 ，总b o d 5 去除率达9 4 3 ，总色度去除率为8 7 5 ，处 理出水c o d 为1 4 0 m g l ，b o d 5 为8 m g l ，色度为5 0 倍，达到了国家二 级排放标准。经厌氧时间段后，b o d 5 c o d c r 由0 1 5 提高至0 3 7 ，色度 臼4 0 0 倍降至5 0 倍，保证了好氧段c o d c r 的去除和总处理效果。 4 缝缝 活性黑5 脱色菌的定化及其处理染料废水的应用研究 虽然生物处理技术已经成为印染废水处理技术中的主流，但其对色度去除效 果不佳的问题仍未得到有效解决；并且由于处理效率不高，导致设备占地面积大， 工程投资费用高，也为出水可能达不到同益严格的环保标准埋下隐患。因此，新 型印染废水处理技术的研发显得尤为迫切。 1 4 生物强化技术及其在印染废水处理中的应用 生物强化技术是指针对目标污染物，在传统生物处理系统中投加具有特定功 能菌的生物处理技术。功能菌可以是自然界的复合菌群，也可以是基因工程菌 弘。生物强化技术自2 0 世纪7 0 年代中期产生以来，经几十年的研究与应用， 己在生物修复中显现出了强大的生命力，该方法可有效提高有毒有害物的去除效 果，改善污泥性能，加快系统启动，增强系统稳定性、耐负荷冲击能力等，操作 简便，易于管理。在不扩充现有的水处理设施的条件下，如何提高其水处理范围 和能力，生物强化技术无疑为人们提供了新的思路。基因工程技术和分子生物学 技术的发展为研究生物强化提供了新方法、新手段，是该技术发展的有力支持。 生物强化技术与传统的生物治理技术相结合，已成为生物治理废水发展的一种趋 势【1 】o 目前实施生物强化技术主要可通过如下2 条途径：( 1 ) 投加特效降解的微生 物；( 2 ) 投加遗传工程菌。其中生物强化技术应用最为普遍的方式是直接投加对 目标污染物具有特效降解能力的微生物，这种特效微生物经过筛选、培育、驯化 之后，投入到该废水中，以目标微生物为唯一碳源和能源，从而达到提高污染物 处理效率的目的。生物强化技术投加的微生物可以来源于原有处理系统，也可以 是原来不存在的外源微生物或遗传工程菌。微生物具有分布广泛、数量巨大、代 谢类型多样和适应突变能力强的特点，因而任何存在污染物的地方都会出现相应 的降解微生物，并存在或强或弱的生物降解作用，通过驯化、筛选、诱变、基因 重组技术等可获得高效菌种，再经培养、繁殖可得大量的高效降解菌，投入到该 废水中，以目标污染物为唯一碳源和能源，从而达到提高污染物处理效率的目的。 生物强化技术的核心是投加高效微生物，这些投加的高效降解微生物一般满足3 个基本条件：所投加的菌体活性高、菌体能快速降解目标污染物、具有竞争能力 且能维持相当的数量。有3 种常用的处理菌体的方式：直接投加高效降解微生物、 固定生物、制成生物强化制剂。若将生物强化与为微生物降解作用创造良好环境 条件的生物促进( b i o s t i m u l a t i o n ) 结合起来，可以更好地发挥生物强化的优势，取 得最佳的修复效果。高效降解菌的生产流程见图1 1 p 引。 垂缫 活性黑5 脱色茵的l 甫l 定化及其处理染料废水的应用研究 选择污染环境 u 分离适应性菌株 n 选择特殊降解性菌株 上上 反复适应和驯化 遗传修饰 上上 进步筛选 u 培养高效菌株 土上土 直接投 固定 生物 加高效 化微强化 微生物 生物 制剂 图1 1 高效降解凶的生产流科图 f i g 1 - 1m ep r o d u c t i o nn o w c h a no fd e g r a d i n gb a c t e r i a 大量资料表明，为了提高微生物处理印染废水的净化效率或者提高去除某种 特定染料的能力，高效脱色菌种的筛选、驯化、培育、脱色机理、反应动力学以 及相关处理工艺的研究，在国内外已成为热点研究领域之一。c h a n g 等【z 纠人对一 种名为a e “如聊。以a s “胞d 肠的偶氮染料降解菌的脱色特性进行了研究。他们不 但探索了该种细菌培养基的组成、浓度及使用参数，还利用高效液相色谱( h p l c ) 和质谱( m s ) 分析其降解产物，并且深入地研究了其去除偶氮染料的动力学特征。 k h e h r a 等人 2 4 】利用印染高效脱色菌群强化的好氧厌氧工艺处理浓度为 1 0 0 m g l 1 酸性红染料( c i a c i dr e d8 8 ) ，色度以及c o d 的去除率分别为9 8 和9 5 。另外，他们还通过紫外一可见分光光度法，薄层扫描以及核磁共振等技 术分析了该种偶氮染料在厌氧一好氧条件下的产物。曾丽璇等【25 】研究了利用优势 菌处理印染废水的原理和脱色机理。在水解池内投入具有较好脱色效果的分属于 假单胞菌属、气单胞菌属、红螺菌属的特定菌群，结果系统脱色率稳定在9 0 以上。鲜海军等【2 6 】研究了7 种染料脱色降解菌，在处理含偶氮染料、三苯甲烷 染料、聚乙烯醇、洗涤剂和助剂等各种难降解物的印染废水实验中都取得了明显 。墓擞 活性黑5 脱色菌的i 古1 定化及其处理染料废水的应，l 研究 的效果。在厌氧生物处理池，用高效菌接种比用活性污泥接种对c o d 、聚乙烯 醇( p v a ) 和色度的去除率分别提高了5 3 、1 2 7 和9 9 7 。在进行好氧生化处 理时。用高效降解菌接种比用活性污泥接种对c o d 、p v a 和色度的去除率分别 提高了5 、1 8 和3 。魏民乐心7 j 等分析了印染废水生物工艺中的活性污泥， 并利用从其中分离出的几种菌处理纺织印染废水，取得了较理想的效果。对1 6 种偶氮染料、葸醌染料脱色处理，在厌氧条件下的脱色率可达8 0 以上；对生产 废水脱色率也在8 0 以上。徐文东等 28 】从驯化后的处理毛纺厂染料废水活性污 泥中分离到1 株嗜热鞘氨醇杆菌( s p h i n g o b a c t e n u mt h a l p o p i l u m ) ，该菌株5d 内对 派拉丁蓝( r r n ) 的脱色率达到3 4 ，与驯化污泥同期的脱色率相比有很大提高。 闵一珏等【2 9 】根据红色染料去除率低的状况，采用特殊的微生物定向筛选培育方 法，获得了1 个名为z e 1 的脱色菌群，在兼氧及厌氧条件下，对印染废水具有 明显脱色效果。 生物强化技术的另一种有效方法为构建高效工程菌。程洁红等【3 0 】研究发现 降解工程菌即使在污泥负荷比较高的情况下，c o d 去除率仍比降解高效菌和活 性污泥分别高9 和3 7 。降解工程菌集降解高效菌的优良性状于一身，可有效 克服混合菌降解过程中时问和空间不统一的矛盾，适应环境能力强，有利于提高 降解速率，保持性能稳定。李尔炀等【3 l 】研究发现在最佳工艺条件下，在工程菌 c o d 负荷比活性污泥和高效混合菌高的情况下，工程菌c o d 的去除率分别比后 两者高4 0 和1 2 ，脱色率分别比后两者高5 0 和2 1 。 随着人们环境意识的提高，废水排放的环境标准也日趋严格。印染废水出水 既要满足整体b o d 、c o d 的排放标准，其中的染料等有毒有害污染物又要被去 除以满足色度标准。生物强化技术为印染废水处理开辟了一条新途径。 生物强化技术虽然已经成为印染废水治理中一种