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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
12、， 并 可通过将处理的水回用达到节能、节水的目的。毛栓菌 ( T r a m e t e s h i r s u t a ) 和从这种真菌制得的纯净漆酶可以降解 靛蓝、 偶氮和葱A rt 染料。 脱色率取决于酚醛环替代程度。 对 处理过的纺织废水的染色试验结果表明 固定化漆酶比自 由配方酶的效果更好。 发表的报告中 还有一项类似的研究这项研究是关 于用一种新型子囊酵母菌 ( i s s a t c h e n k i a o c c i d e n t a l i s ) 对偶 氮染料进行还原开裂。 i s s a t c h e n k i a o c c i d e n t a l i s
13、 的效果取决 于废水中作为营养成分的碳的含量、 最佳p H 值和溶解氧。 其它真菌， 如; H i r s c h i o p o r u s l a r i n c i n u s , P h l e b i a t r e m e i l o s a , C o r i o l u s v e r s i c o l o r 、K l y v e r o my c e s ma r x i a n u s 和 S p h i n g o m o n a s s p . 都可用于染料脱色。 ， . 3 微生物生物量吸附 生物吸附是指金属和其它化合物通过与生物材料相互 作用被被动吸附， 从而通
14、过矿化和在微生物细胞环境中形 成化学梯度和物理条件来降低污染物的毒性。 通过离子交 换 微生物细胞壁对染料的吸附发生得很快 吸附率取决 于微生物种类和染料的化学结构。 另外， 某些染料具有很 高的与微生物结合的亲和力。例如耐热型酵母菌种K . m a x i a n u s I MB 3 与其它测试生物相比对重金属具有较高的 亲和力。 We m e r u s 和S t a h l 回顾了目 前对重组细菌技术应用的 研究。 他们认为对某些金属离子有增强结合力的细菌可 以被克隆用作生物传感器。 1 . 4 生物废水处理 许多实验室规模基础上的研究报导了厌氧和好氧染料 降解的最佳条件。 对废水中顽
15、固化合物的微生物降解需要 用特殊的酶来将副产品还原和氧化成无害的沉淀物。 各类研究建议采用综合的/ 连续的厌氧/ 好氧偶氮染料 处理工艺来还原染料 然后对生成的胺再进行氧化。 但是， 这种作法有严重的缺点， 因为某些种类的胺再经过好氧自 动氧化反应后不稳定。 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 85 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark - -.二 v e么目l l山 = 么T e x t
16、i l e C h e i四吕卜 染 整 及 纺 织 化 学 品 还有研究项目 是关于利用微生物传感器来确定染毒性 和对已激活污泥的活性的抑制作用。 纺织废水中的生物化 学变化需要在处理过程中定期监测。 人们利用液相色谱质 谱联用仪 L C - MS )和光谱学来研究生物反应器中降解 步骤的在线监测。 这两种方法对在废水处理过程中迅速优 化工艺很有益处。 2 中试 由于染整厂生产不断变化和行业的季节性特点 纺织 废水的成分变化很大。 欧洲研究人员已经开发出中试设备 用不同技术和一系列染料进行试验 能将废水中的B O D 和 C O D减少到标准允许的范围内。 利用实验室研究结果 设计了一台容量
17、为1 0 0 0 L的 试验反应器 利用商业和天然真菌氧化还原酶的复合品来 处理一家印染厂排放的废水。 试用成功的反应器的性能符 合所有设计参数， 包括: 低操作成本和处理后的水可用于 织物水洗。工业规模应用的其它例子包括用一种厌氧/ 好 氧系统对荷兰和德国漂染厂排放的废水进行成功处理。 英国贸工部推出的B i o w i s e 计划资助了6 个研究纺织 废水处理技术的项目。 通过行业合作而开发的B i o c o l 工艺 设计用于对包括活性染料在内的一系列染料脱色， 这些染 料都是人们普遍认为最难从废水中清除的染料。 进行中试 时 使用装有碳基材料的滤筒 碳基材料涂覆了已申请专 利的微生
18、物 可使光密度降低9 5 %以上。 另一家公司安装 了产业化规模的、 浸在水里的充气过滤器来处理高强色度 废水。 处理系统可随着废水中染料的强度来调整。 其它中 试设备例子包括采用一种包括流化生物膜工艺、 化学凝结 工艺和电化学氧化工艺在内的综合工艺。 3 结语 染整行业需要有效的生产技术来改善工艺效率 减少 染料损失量 从而避免过多的染料进入废水中. 对环境造 成影响。由于染整厂采用许多不同的处理步骤， 因此需要 了解废水的特征。 如果成分差别很大 就需要将成分分离， 按不同废水流处理。 厌氧和好氧染料降解方法的优点很突出 体现了使用 一系列微生物的好处。随着中试和商业化设备的出现， 染 整
19、行业开始采用微生物技术作为废水处理的一种有效手段。 然而 还需要筛选更多的适用微生物 尤其是那些可用在 极端废水条件下的微生物。同时， 还需开发传感电极或生 物传感器来监测主要废水参数。 a l l 参考文献( 略) M o n f o r t s E c o b l e a c h 工艺首现意大利 意大利专业生产衬衫布的T e s s i t u r a Mo n t i 公司最近安 装了一条M o n f o rt s T h e r m e x 生产线， 成为意大利首家使用 E c o b l e a c h . 工艺的公司。 E c o b l e a c h 是Mo n f o rt
20、 s( 门富士) 公司的注册商标。 这条生产线将与早先安装的两台Mo n t e x 拉幅机一起使用。 “ 与Mo n f o rt s 公司合作， 我们在欧洲范围内首次试用 T h e r m e x 及E c o b l e a c h 。 工艺进行漂白 处理 M o n t i 公司负 责后整理生产的经理F a b r i z i o F a l c o n 先生说， “ 另外 我们 还使用M o n f o rt s 公司的MX L 工艺来确保成品衬衫布具有 良 好的免烫性能。 ” MX L 。 工艺是Mo n f o rt s 公司与C i b a( 汽 巴精化) 公司共同开发的。
21、在美国市场认为免烫功能重要的同时，手感更重要。 在意大利， 人们也许认为免烫并不是真正的感觉。 “ 因此 为了克服这一点 我们在提高免烫性能的同时 改善手感 “ F a l c o n 先生补充说，“ 这使我们能够灵活地满 足客户的需求。 ” Mo n f o rt s 公司的MX L 。 工艺能确保质t， 尤其是耐久 性的一致性以及良好的再现性和更高的生产效率。 但质量一致性是重要的基本参数， ” F a l c o n 先生强调 说。 该公司正尝试用T h e r m e x 漂白一种原来用连续漂白机 加工的白色织物。“ 用T h e r m e x 来加工更简单，灵活性更 高， 同时确保
22、质量一致性和再现性， “ F a l c o n 先生说 “ 我 们把T h e r m e x 看作是一种能够带来新机遇的新技术。 ” 在湿文联方面 原来的交联型工艺是在拉幅机上进行 的。 事实证明， 这难以控制交联和再现性的物理参数， 即: 达到免烫和易打理目 标的温度、湿度和化学品用量。 Mo n t i 公司位于威尼斯东北部的生产厂通常每批次加 工5 0 0 0 m高档棉织物，而使用E c o b l e a c h 工艺，可在 T h e r m e x 生产线上加工2 万m / 批以上。 无论是用单股纱还 是用双股纱织物的平均克重为1 6 0 - - 2 0 0 g / m 2 , 8 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