直接染料的生物降解特性研究

直接染料的生物降解特性研究

印染废水中含有大量的有机物,具有COD_Cr高,色度深,酸碱性强等特点。印染废水的特征污染物之一是染料,贡献了印染废水大部分色度和部分有机污染物。

直接染料是一类常用的染料,可以与蛋白纤维、纤维素纤维、粘胶纤维等直接作用而实现对纤维的染色。本文选取了五种典型的直接染料（直接黄27、直接红28、直接黑BN、直接黄12和直接蓝151）,研究它们在好氧、厌氧、厌氧/好氧交替三种不同曝气条件下的生物降解特性,探讨初始染料浓度和外加碳源对它们生物降解过程的影响,分析它们的生物降解过程动力学,初步探寻生物降解路径,并采用高通量测序,分析不同曝气条件下染料生物处理反应器中微生物群落结构的变化特性。

本论文得到的主要研究结果如下:（1）五种染料废水中COD_Cr的去除率均在好氧条件下最高。好氧条件有利于代谢中间产物的继续降解,而好氧条件的污泥絮体中也存在大量的厌氧环境。

直接黄27、直接红28、直接黄12、直接蓝151染料废水中的脱色率均在厌氧/好氧条件下最高,直接黑BN染料废水的脱色率在厌氧条件下最高;初始染料浓度对脱色有一定的影响,当初始染料浓度为100-300mg/L时,随着初始染料浓度的升高,五种染料的脱色率均呈上升趋势,当初始染料浓度高于300mg/L时,五种染料的脱色率上升趋势较为缓慢,由此可得出当初始染料浓度为300mg/L时,五种直接染料的降解效率最佳;外加碳源对染料的降解也有一定影响,与无外加碳源相比,有外加碳源时五种染料的脱色率明显增高。（2）五种染料均在厌氧/好氧条件下的生物降解效率最高。

直接黄27染料在好氧、厌氧条件下生物降解符合二级反应动力学特征,在厌氧/好氧交替条件下符合一级反应动力学特征;直接红28染料在好氧条件下生物降解符合一级反应动力学特征,在厌氧和厌氧/好氧交替条件下符合二级反应动力学特征;直接黑BN染料在好氧、好氧/厌氧交替条件下符合零级动力学特征,在厌氧条件下符合二级反应动力学特征;直接黄12染料在好氧条件下生物降解符合二级反应动力学特征,在厌氧条件下符合零级动力学特征,在厌氧/好氧交替条件下符合一级反应动力学特征;直接蓝151染料在好氧、厌氧、厌氧/好氧条件下均符合一级动力学特征。（3）根据UV-Vis光谱图和GC-MS测定结果,不同分子结构的染料在厌氧/好氧条件下降解的中间产物不同,其中直接黄27、直接红28、直接黑BN染料最终可转化为CO₂和H₂O,实现染料的完全矿化;直接黄12、直接蓝151染料最终矿化的产物含有硝基苯和苯胺等有毒致癌物质,实验条件下,有限的生物降解时间不能使这两种染料完全矿化。

（4）通过研究反应器中细菌门、纲、属水平菌群变化可知,反应器中的活性污泥经混合染料驯化后,细菌门、纲、属水平菌群发生了显著变化。初始污泥中的优势细菌门主要为Proteobacteria（变形杆菌门）、Firmicutes（厚壁菌门）、Bacteroidetes（拟杆菌门）和Acidobacteria（酸杆菌门）,优势细菌纲主要为Alphaproteobacteria（α-变形菌纲）、Acidobacteria（酸杆菌纲）、Bacilli （芽孢杆菌纲）,优势细菌属主要为Propionibacterium;驯化后好氧反应器中的优势细菌门为Acidobacteria（酸杆菌门）、Bacteroidetes（拟杆菌门）和Proteobacteria（变形杆菌门）,优势细菌纲为Betaproteobacteria（β-变形菌纲）、Alphaproteobacteria（α-变形菌纲）、Sphingobacteria（鞘脂杆菌纲）、Acidobacteria（酸杆菌纲）,优势细菌属为Propionibacterium;厌氧反应器中

优势细菌门为Nitrospirae（硝化螺旋菌门）、Bacteroidetes（拟杆菌门）和Actinobacteria（放线菌门）,优势细菌纲为Actinobacteria（放线菌纲）、Sphingobacteria（鞘脂杆菌纲）,优势细菌属为Roseiarcus和

norank_fAnareolineaceae;厌氧/好氧反应器中优势细菌门为Actinobacteria（放线菌门）、Bacteroidetes（拟杆菌门）和Firmicutes （厚壁菌门）,优势细菌纲为Actinobacteria（放线菌纲）、Sphingobacteria（鞘脂杆菌纲）、Bacilli（芽孢杆菌纲）,优势细菌属为Roseiarcus和Enterobacter。

本研究结果,对于认识直接染料的生物降解过程具有重要参考价值,可为染料废水和印染废水处理工艺的优化和改进提供理论依据和数据支持。