高效厭氧處理偶氮染料廢水系統(tǒng)和脫色機(jī)理研究.pdf

1、偶氮染料是合成染料的最大組成部分,在印染、食品、造紙和化妝品等行業(yè)大量應(yīng)用,因此它們也大量的排放于這些廢水中。水體的偶氮染料污染不僅會(huì)引起環(huán)境美學(xué)的問題,而且對(duì)水生動(dòng)植物和人類也具有很強(qiáng)的毒害性。生物處理一直以來是公認(rèn)的環(huán)境友好的處理方法,因此它一般作為偶氮染料廢水的處理的首選方法。本研究的重點(diǎn)是利用甲基橙作為目標(biāo)偶氮染料,對(duì)偶氮染料生物處理進(jìn)行了一系列的深入研究。
　　 利用序批式厭氧污泥反應(yīng)器(ASBR)對(duì)甲基橙染料進(jìn)行了厭

2、氧脫色還原研究。該反應(yīng)器可在一個(gè)水力停留時(shí)間內(nèi)幾乎完全脫色處理甲基橙染料負(fù)荷為1.5gl-1day-1的模擬偶氮染料廢水。厭氧污泥對(duì)甲基橙的飽和吸附能力可達(dá)到36±1mg g MLSS-1。紫外/可見分光光度計(jì)和高效液相色譜分析表明厭氧污泥對(duì)甲基橙的吸附和脫色降解作用幾乎是同時(shí)發(fā)生的。由于厭氧污泥對(duì)甲基橙染料具有可觀的吸附量,我們?cè)诖嘶A(chǔ)上建立了包含吸附和脫色在內(nèi)的兩段準(zhǔn)一級(jí)降解動(dòng)力學(xué),并且在不同條件下驗(yàn)證了改動(dòng)力學(xué)的準(zhǔn)確性。
　

3、　 利用ASBR考察了甲基橙在不同因素下(初始染料濃度,電子供體,鹽濃度)的脫色動(dòng)力學(xué)研究。研究發(fā)現(xiàn)高鹽濃度對(duì)甲基橙的脫色具有明顯的負(fù)作用。由于一級(jí)動(dòng)力學(xué)不能夠反應(yīng)抑制類型和水平,因此我們利用莫倫特(Monod)方程來表征鹽濃度對(duì)生物處理的抑制作用。通過計(jì)算得出,最大脫色速率(Rmax)隨著鹽濃度由0gl-1提高到40g-1,Rmax從92.6降到了17.2 mgl-1h-1,而半飽和常數(shù)Ks的值變化無規(guī)律性且變化范圍不大。我們得出這

4、種Rmax缸和鹽濃度的負(fù)相關(guān)作用,即鹽濃度對(duì)偶氮染料脫色降解是屬于非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的,抑制動(dòng)力學(xué)常數(shù)(KI)通過計(jì)算等于3.67g-NaCll-1。
　　 為了深入對(duì)偶氮染料的研究,我們利用純種菌株對(duì)甲基橙染料進(jìn)行了脫色機(jī)理方面的研究。我們成功的從ASBR中篩選出了GS-4-08菌株,并利用它來考察甲基橙脫色研究。通過革蘭氏染色,掃描電子顯微鏡(SEM)和16s rRNA基因分析,確定該菌株是產(chǎn)酸克雷柏氏桿菌(Klebsiella

5、oxytoca GS-4—08)。研究發(fā)現(xiàn)該菌不僅具有良好的脫色性能,而且具有強(qiáng)大的產(chǎn)氫能力。它可以把促進(jìn)偶氮染料降解而添加的電子供體高效的轉(zhuǎn)化為氫氣。該菌株最佳的降解條件確定為pH=7.0,溫度=35℃,ED=蔗糖(20mM)。在該菌對(duì)甲基橙的厭氧脫色過程中可將ED發(fā)酵生成氫氣和其他能源物質(zhì)如:乙醇,乙酸等。同時(shí)轉(zhuǎn)化效率并不隨著染料濃度的升高而降低,因此該菌株在進(jìn)行甲基橙偶氮染料脫色過程中,不僅可以避免揮發(fā)性脂肪酸的大量積累,同時(shí)也能

6、做到一定的能源回收。
　　 此外我們也對(duì)菌株GS-4-08的共脫色和產(chǎn)氫途徑進(jìn)行了分析。依附在細(xì)胞膜上的丙酮酸脫氫酶主要功能是生成NADH2。這個(gè)系統(tǒng)中的氫化酶和一些其他的脫氫酶主要是用于產(chǎn)氫,而偶氮還原酶是作為最終的偶氮鍵還原酶。在葡萄糖糖酵解過程中產(chǎn)生的NADH2和脫氫酶是作為電子供體通過電子傳遞鏈轉(zhuǎn)移到偶氮還原酶上,從而促使偶氮鍵的破裂。這一電子傳遞機(jī)理也解釋了糖類和丙酮酸這一類處于糖酵解頂端底物比糖酵解的末端產(chǎn)物(乙醇、