纺织导报-欧洲的纺织生物技术--废水中染料的微生物降解.pdf
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1、山y 幽吕 岛 二n is h in a 酶; 微生物; 度水聋 中 图 分类 号: T S 1 0 1 .4文 献 标识 码: A一 文章编号:1 0 0 3 一3 0 2 5 ( 2 0 0 6 ) 0 6一(0 0 8 4 一0 3 称 件李资 次 梦 件 牛 长 份琪 气 半 丫爪 拼书哈 妞 于 飞 水 称召户 -一州 卜 一分吸 州洲一 岁 诬 沈 价,宁、 一 价一伙 耳 一几 六价 刃 安 洲 竺 乎 份 省 奋 戮 留 乡 ,一 汗 附 犷扮 留 汁补龙 留 多 ; 绍 景 铸 肖 弟 护芍 娜牛 , 书 守 竺 件义 少几岁 一 价咐,州 一 派价 贝尔法斯特女王大学/北爱
2、尔兰农业和乡村发展部H . S . S h e k h a r S h a r m a 纺织工业在进行纤维和织物湿加工时使用大量的水和 化学品。 经过纺织退浆、 精练、漂白以及印染和整理的产 品数以千计。 染整厂排放的废水需要经过处理, 以达到日 益严格的废水排放标准。 进入废水的染料的比例取决于使用的是何种染料 从 使用碱性染料时的2 %到使用某些活性染料时的5 0 %不 等。 有关废水中所含染料的种类和脱色标准的综合评述屡 屡发表。 总的来讲 商品染料的开发尤其重视耐化学降解或脱 色性。 是否含有可溶性基团决定了一种染料是阳离子、 还 是非离子或阴离子化合物。 直接、 酸性和活性染料都含阴
3、 离子。 包括大多数水溶性活性染料和酸性染料在内的色彩 鲜艳的偶氮染料是最难降解的 因为其残余物会不受影响 地通过普通处理系统。 2 0 世纪7 0 一 8 0 年代, 染整厂的废水由普通市政废水 处理厂处理. 在那里经过物理和化学工艺, 及相应的无控 生物活性来清除废水中的纺织染料。 但是, 人们发现这些 处理厂不能有效降解合成染料 尤其是抗微生物降解的偶 氮染料。 在传统的好氧污水处理系统中. 偶氮染料不能被 细菌降解, 废水中所含染料的4 0 %一8 0 %被污水污泥所 吸收。 市政水处理厂的好氧生物不能对废水中的剩余染料 脱色。这促使人们另辟蹊径。 染整厂使用的染料种类很多 导致废水的
4、成分非常复 杂因此需要采用不同的处理方法。通过研究人们开发 了多种先进技术如吸附法、沉淀法、化学氧化法、光降 解法和膜过滤法。 但是这些系统投资成本高, 不容易操作。 人们开始研究可降低成本、 减少有害副产品形成和节能的 脱色方法。推动这些研究的动力是2 0 世纪9 0 年代实行的 环境保护法。 本文主要探讨对含染料纺织废水的生物处理, 重点介 绍欧洲成本法8 4 7 ( E u r o p e a n C o s t A c t i o n 8 4 7 )成员所从 事的基础和应用研究及欧洲以外的研究成果。 1 微生物染料降解 1 . 1 厌氧微生物 对偶氮染料分解的初期研究源于对染整厂工人健
5、康 如患膀肤癌几率高) 问题的观察。 常用的偶氮染料在标准 艾姆斯氏试验中不具诱变性, 但可通过肠菌的偶氮还原酶 还原为芳香胺 正像从染色厂工人及试验动物的尿液中检 测到的那样。因此 许多研究人员把精力放在研究参与偶 氮染料代谢的肠菌上。 这些偶氮染料是作为食物添加剂进 84 纺 织 导 报C h in a T e x t ile L e a d e r . 2 0 0 6 N o . 6 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 染整及纺织化学 品 入人体中的。 最
6、初的偶氮染料降解是通过非常亲电子的偶氮键的开 裂而实现的 导致芳香胺产物的形成。 S t o l z 曾发表过一篇 有关偶氮染料降解研究的深入评论。 他认为, 根据原来报 导过的结果, 大多数化合物可在厌氧条件下进行生物还原。 能够在厌氧条件下还原偶氮染料的微生物包括:类杆菌 ( B a c t e r o i d e s f r a g i l i s ) 、 真细菌 ( E u b a c t e r i u m s p p . ) 、 梭状芽 抱杆菌 ( C l o s t r i d i u m s p . ) 、 变形杆菌 ( P r o t e u s v u l g a r i
7、s ) 和 粪链球菌( S t r e p t o c o c c u s f a e c a l i s ) 。 大量有关用厌氧培养污 水污泥方法进行偶氮染料脱色的报导介绍了这种反应的不 确定性特点。 还原产品有潜在的毒性如要去除或减小毒 性的话, 需要进一步降解。 1 . 2 好氧微生物 许多微生物可在厌氧环境下降解偶氮染料很少有生 物能经受污水的高p H值 ( 9 .5 )和高温 ( 6 5 0C) 环境。一 些有效的用于纺织废水脱色的好氧微生物如枯草芽抱杆 菌( B a c i ll u s s u b t i l i s ) 、 嗜水气单胞菌( A e r o m o n a s h
8、 y d r o p h i l a ) 和浮游球衣菌 ( S p h a e ro t i l u s n a t a n s ) 已经被筛选出来, 但事 实证明这是一项艰苦的工作。 过去1 0 年里 发表了许多有关筛选适用于染料降解的 细菌和真菌的报告。有些研究介绍了用白腐真菌 ( P h a n e r o c h a e t e c h ry s o s p o r i u m ) 降解偶氮、 葱醒、 杂环、 三 苯甲烷和聚合染料; 另有报导显示 偶氮染料的脱色和矿 化可在好氧条件下进行。另外 用白腐真菌降解偶氮染料 时, 在所筛选的微生物能够降解示范染料之前 需要在一 种含低浓度染料
9、的介质里进行调控培养。 正如所预料的那 样 液体介质中的含碳量决定染料降解的速率。 通过对从 子菌 ( b a s i d i o m y c e t e ) 、 接合菌 ( z y g o m y c e t e ) 、 c o e l o m y c e t e 和丝状菌 ( h y p h o m y c e t e ) 科分离的真菌品系进行实验室筛 选选择适合于合成染料生物降解和生物吸附的菌类。 人们对降解动力学进行了研究对参与染料分解的木 质素酶进行了评估, 还对适合于活性染料脱色的其他真菌种 类 如: 平菇 P l e u r o t u s o s t r e a t u s )
10、 , C e r re n a u n i c o l o r 和地霉 菌 ( G e o t r i c h u m s p . ) 进行了测试。 从试验结果发现, 真菌降 解率取决于培养温度、合适的营养成分含量及酶的活性。 最近一项研究介绍了从芽抱杆菌 S F 系) 分离一种碱 一 热稳定型偶氮还原酶和一种过氧化氢酶/ 过氧化物酶。 前 一种酶的活性取决于有无N A D H 两种酶都具有良好的用 于纺织废水处理的潜力。 同一研究小组还报导了在芽袍杆 菌产生的固定化碱一 热稳定型漆酶帮助下进行染料生物降 解的研究。 从P o l y p o r u s s p . 和S c l e r o
11、t i u m r o l f s i i 制得的两种真菌漆 酶能氧化不溶性靛蓝染料降解成邻一 氨基苯甲酸。有关 吸附性的研究显示, 从P o l y p o r u s s p . 制得的漆酶比从S c l e - r o t i u m r o l f s i i 制得的漆酶对靛蓝染料有更高的亲和力。从 S c l e r o t i u m r o l f s i i 制得的酸稳定型漆酶可用于废水中D i a - m o n d B l a c k( 钻石黑)染料的脱色。商业普通或固定化漆 酶可有效地对含C .I . R e a c t i v e B l a c k 5 染料的废水脱色
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