氧化還原介體對光合細(xì)菌偶氮染料脫色的促進(jìn)作用.pdf

1、染料廢水由于具有色度高、毒性大、生物降解性差的特點(diǎn)，成為難處理的工業(yè)廢水之一。光合細(xì)菌具有抗逆性強(qiáng)、能處理難降解有機(jī)物等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因此，光合細(xì)菌法可用于染料廢水的處理。本論文以自行研發(fā)的光生物轉(zhuǎn)盤為主體工藝，研究了缺氧光生物轉(zhuǎn)盤（PRBC）-好氧移動(dòng)床生物膜（MBBR）組合工藝對偶氮染料廢水的處理效能，并對光合細(xì)菌純菌株的脫色特性和介體強(qiáng)化染料脫色的機(jī)制進(jìn)行了研究，最后，通過氧化還原介體強(qiáng)化了組合工藝的處理效果。
　　本論文研制

2、了用于染料廢水生物處理的缺氧光生物轉(zhuǎn)盤，該反應(yīng)器具有光衰減低、不需要進(jìn)行光合細(xì)菌菌體回流等特點(diǎn)。將其與好氧MBBR串聯(lián)，形成缺氧光生物轉(zhuǎn)盤-好氧MBBR組合工藝，進(jìn)而用于偶氮染料廢水的處理。經(jīng)過35d左右光生物轉(zhuǎn)盤啟動(dòng)成功，此時(shí)廢水脫色率和COD去除率均穩(wěn)定在92％左右。成熟的光生物膜分為內(nèi)外兩層，分別由光合細(xì)菌和絲狀菌組成，其中，絲狀菌對盤片的吸附在整個(gè)生物膜的形成中起關(guān)鍵作用。
　　缺氧光生物轉(zhuǎn)盤-好氧MBBR組合工藝適宜的運(yùn)

3、行條件如下：光生物轉(zhuǎn)盤控制缺氧條件、光照時(shí)間≥6h/d、HRT≥10h，相應(yīng)的MBBR的HRT≥20h。在此條件下，系統(tǒng)脫色率和COD去除率分別達(dá)到92%和91%。該組合工藝具有較強(qiáng)的抗染料沖擊負(fù)荷能力，在染料負(fù)荷高達(dá)7.2×105mg/(m3·d)時(shí)，脫色率和COD去除率仍可達(dá)到86%和90%；其中，光生物轉(zhuǎn)盤對色度的去除起主要作用，后續(xù)的MBBR起到保證出水水質(zhì)的作用。組合工藝要求的共基質(zhì)濃度較低，當(dāng)染料濃度為100mg/L，共基質(zhì)

4、濃度在1000mg/L時(shí)，系統(tǒng)脫色率即可達(dá)到90%。
　　變性梯度凝膠電泳及16SrRNA測序分析表明，光生物膜主要包含沼澤紅假單胞菌、萬尼氏紅微菌、泥生綠菌、褐桿狀綠菌以及未培養(yǎng)的藍(lán)細(xì)菌等光合細(xì)菌和其它細(xì)菌。硫酸鹽、光照和氧氣對光合細(xì)菌群落的影響較大。硫酸鹽是改變紫色細(xì)菌和綠色細(xì)菌相對優(yōu)勢的致變因子，高濃度硫酸鹽抑制紫色細(xì)菌而激活綠色細(xì)菌。光照時(shí)間和供氧量的增加能夠強(qiáng)化光合細(xì)菌的優(yōu)勢地位而不改變紫色細(xì)菌和綠色細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)。

5、r>　　從缺氧光生物轉(zhuǎn)盤中分離到一株高效脫色的沼澤紅假單胞菌W1，該菌株生長和脫色的最佳條件為：pH≤10；以谷氨酸鹽或乳酸鹽為碳源，當(dāng)選擇乳酸鹽時(shí)其濃度應(yīng)≥500mg/L；以NH4Cl為氮源，濃度應(yīng)≥100mg/L；鹽度≤5%；活性黑5（RB5）濃度≤700mg/L；有光照。在最優(yōu)條件下，20h內(nèi)RB5的脫色率可大于95%。菌株W1的偶氮還原酶最適pH值為7.0，最適溫度40℃。菌株W1具有較高的蒽醌-2-磺酸鈉（AQS）和2-羥基-

6、1,4-萘醌（lawsone）還原酶活性，而對1,2,7-三氨基-8-羥基-3,6-二磺酸萘（TAHNDS）的還原能力相對較弱。
　　研究了偶氮染料RB5在菌株W1作用下的生物脫色，發(fā)現(xiàn)RB5的脫色代謝物（DM）能夠催化RB5的脫色，表明RB5生物脫色具有自催化作用。在適宜的DM濃度下，RB5在5h內(nèi)脫色率接近70%。RB5的DM還能夠催化其它染料的脫色。優(yōu)化DM濃度后，直接黃11（DY11）的脫色速率與不加DM的空白相比可提高2

7、.2倍。循環(huán)伏安的結(jié)果證實(shí)，DM具有氧化還原介體的性質(zhì)。通過對DM的FT-IR和HPLC-MS分析可知，DM中起氧化還原介體作用的物質(zhì)為TAHNDS。在混合染料脫色時(shí)，RB5優(yōu)先于AR1降解，釋放的DM可催化AR1的脫色，使AR1的脫色速率提高近一倍。
　　厭氧硫酸鹽還原產(chǎn)生的硫化物能夠經(jīng)由DM的媒介使RB5化學(xué)脫色。對于不產(chǎn)生介體的DY11脫色體系，硫化物對脫色無促進(jìn)作用。硫化物對染料化學(xué)脫色后自身轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫，在厭氧條件下單質(zhì)

8、硫能被菌株W1重新轉(zhuǎn)化為硫化物，繼續(xù)還原染料。
　　利用RB5作為內(nèi)源介體強(qiáng)化工藝對AR1的脫色，在進(jìn)水存在共基質(zhì)，酸性紅1（AR1）為100mg/L，RB5濃度為150mg/L的條件下，組合工藝脫色率和COD去除率可分別達(dá)到91%和94%。缺乏共基質(zhì)時(shí)，RB5抑制AR1脫色。硫酸鹽對RB5廢水的脫色具有促進(jìn)作用，硫化物還原RB5后形成的硫單質(zhì)在生物膜中沉積；對于不能產(chǎn)生介體的DY11廢水，硫酸鹽對其脫色和COD去除產(chǎn)生抑制作用。