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微生物共代谢处理印染废水研究进展

北极星环保网来源:化工进展 张庆云2018/1/25 9:32:39我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:印染废水 废水处理 生物处理

2.3好氧微生物共代谢处理聚乙烯醇(PVA)浆料

印染废水处理

图4聚乙烯醇的化学结构式

聚乙烯醇(PVA,结构式如图4所示)是一种具有诸多优良性质的水溶性高分子聚合物,其独特的强力黏附性、浆膜柔韧性、平滑性、耐油性、耐溶剂性、耐磨性等使其被广泛应用于纺织、化纤、造纸、印染等多种行业中。张兴等[7,29]从腐败的PVA胶水中分离到一株能够高效独立降解并矿化PVA的黄单胞菌(Xanthomonassp.),考察了部分简单有机碳源(葡萄糖、乙酸钠、丙三醇)、水溶性维生素、氨基酸(甲硫氨酸、半胱氨酸)这3类共代谢基质对该菌株细胞生长和降解PVA的影响。结果表明,葡萄糖、丙三醇能加快PVA降解,水溶性维生素对菌体生长和PVA降解不产生明显影响,甲硫氨酸、半胱氨酸对促进细胞代谢进而促进降解PVA也产生了较大影响。

除了以上好氧条件下微生物共代谢处理不同染料、助剂等研究较多外,厌氧条件下微生物共代谢处理印染废水也有较多研究。

3厌氧微生物共代谢处理印染废水

3.1厌氧微生物共代谢处理偶氮染料

偶氮染料是目前应用最为广泛、品种最多的一类合成染料,其特点是存在一个或多个偶氮基(—N==N—)与芳香环相连接且主要取代磺酸盐、卤代基或其他官能团。这些复杂的取代芳香基的结构提高了水的溶解度和染料在自然环境中的抗性,从而形成了共轭体系并使水体带有深色[30]。

偶氮染料废水中存在具有致癌性和毒性的芳香胺化合物[31]且其毒性具有潜在性,严重危害了人类健康,也是公认的难治理的高浓度有机废水之一。宋汕柯[12]分离纯化了一株高效脱色菌株Y8,在脱色条件为30℃、pH7.0、接种量为15%的厌氧环境下,以葡萄糖作为外加碳源和以酵母粉作为外加氮源对双偶氮染料活性黄84进行脱色,36h脱色率能达到98%以上。

此外,还研究了不同染料与活性黄84混合脱色对活性黄84脱色率的影响,结果表明酸性红172能促进活性黄84脱色(24h脱色率即达到了100%),酸性红35和酸性蓝127的抑制作用很强(48h脱色率仅为50%左右)。

印染废水处理

图5活性黑5结构式

活性黑5(reactiveblack5,RB5,结构式如图5所示)是活性染料中产量最多、用途最广的一种典型的偶氮染料,其分子中有偶氮键、苯环、萘环、磺酸基等基团,广泛应用于棉、麻、蚕丝及锦纶的染色和印花,易溶于水。活性黑5在生产和使用过程中产生的废水具有偶氮染料废水普遍的特征:色度深、COD高、生物降解性能差,因此对活性黑5的脱色降解关注度较高。

陈刚[32]从处理印染废水的活性污泥中筛选得到高效降解菌GY-1,在厌氧条件下,菌株GY-1对RB5的脱色降解是通过微生物共代谢机理实现的。葡萄糖、淀粉、蔗糖、果糖、半乳糖、草酸和柠檬酸均可以作为RB5脱色的共代谢底物,其中葡萄糖作为共基质时脱色降解效果较好。

有机氮(牛肉膏和蛋白胨)对RB5脱色具有促进作用,而无机氮(硝酸钠)对RB5脱色具有明显的抑制作用。本文作者课题组范凤霞[33]利用梯度浓度压力驯化法,从运行良好的印染废水生物处理系统(A+OSA剩余污泥减量系统)二号厌氧反应器活性污泥中筛选驯化出对活性黑5具有良好脱色性能的混合菌群FF。

混合菌群FF在活性黒5初始浓度为200mg/L的脱色培养基中,在35℃、pH8.0的条件下,静置培养24h后其最高脱色率可达94.8%,连续培养150代以后其脱色效果依然非常稳定。研究了培养基中不同碳、氮源对混合菌群FF生长和脱色的影响,其中在碳源试验中,当碳源为蔗糖时脱色效果最好;在氮源试验中,当氮源为蛋白胨时,生长和脱色总体效果最好。

3.2厌氧微生物共代谢处理蒽醌染料

蒽醌类染料按照结构可分为芳氨基蒽醌、氨基蒽醌和杂环蒽醌;按应用性能可分为酸性、碱性、直接、分散、活性、还原染料。蒽醌染料的分子结构中含有一个或多个羰基(C==O)共轭体系,大部分为芳香族高分子化合物,含有蒽醌染料的废水具有有机成分含量高、不易被氧化、生化性差等特点[34]。

某些蒽醌类活性染料对动物有致畸、致毒和致癌效应[35-38],可使一些微生物发生突变,从而无法进行有效的生物降解。经过长期的研究与积累,目前处理蒽醌类染料及其中间降解产物的主要有物理法、化学法和生物法。其中生物法主要是利用微生物共代谢功能将染料废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物降解并转化为无害物质。

印染废水处理

图6活性艳蓝的化学结构式

活性艳蓝(结构式如图6所示)是一种应用广泛、产量极高的蒽醌染料,其毒性很大。黄永辉等[39]采用发光菌对偶氮类、蒽醌类等21种活性染料的毒性进行了试验,发现20mg/L的蒽醌染料——活性艳蓝KN-R的毒性要远远高于大多数100~200mg/L的双偶氮或单偶氮染料。

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