據(jù)統(tǒng)計，全每年約有28萬t紡織染料排入水體.我國紡織印染業(yè)發(fā)達，生產(chǎn)規(guī)模居首位，產(chǎn)生的大量印染廢水不僅嚴(yán)重污染水環(huán)境，而且進入水體的染料及其中間代謝產(chǎn)物具有致癌、致突變等潛在危害;同時，水體的色度也降低了透光度，會導(dǎo)致水生生態(tài)系統(tǒng)的破壞.針對印染廢水的處理，物化工藝和生化工藝的合理結(jié)合，是目前印染廢水處理的普遍方式.物化法有磁分離法、膜分離法、混凝法、吸附法、高級氧化法、光催化法等，物化法可以率處理印染廢水，但物化法處理成本相對較高而且容易引起二次污染，比較而言生化法處理成本相對較低，而且污染物通過生物好氧代謝可以得到徹底降解.
　　分散染料作為聚酯纖維的主要使用染料，廣泛應(yīng)用于紡織印染工業(yè).在分散染料中含偶氮結(jié)構(gòu)的染料占比大，偶氮類分散染料具有合成簡單、耐日照強度高、色牢度高等特點.采用厭氧、好氧結(jié)合的生物工藝降解偶氮染料時，在厭氧條件下，偶氮染料中的偶氮鍵在偶氮還原酶作用下斷裂導(dǎo)致染料脫色，而后續(xù)的好氧條件下某些非特異性酶可以將厭氧條件下產(chǎn)生的芳香胺進一步降解.本文即是針對一種偶氮結(jié)構(gòu)的分散染料 (neocron black, NB)，分別研究其在好氧、厭氧、厭氧/好氧交替條件下的生物降解特性，并通過紫外-可見分光光度計和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用，初步推測該染料生物降解過程的中間代謝產(chǎn)物和生物降解途徑，研究結(jié)果有助于加深對印染廢水生物處理過程的認(rèn)識，以期為印染廢水生物處理工程設(shè)計的工藝優(yōu)化提供理論依據(jù).
　　1 材料與方法1.1 實驗裝置
　　實驗所用的3個序批式反應(yīng)器 (R1、R2、R3) 由有機玻璃制成，其尺寸為20 cm×20 cm×35 cm，總?cè)莘e14 L，反應(yīng)容積10 L.其中好氧反應(yīng)器R1設(shè)置攪拌裝置、曝氣裝置和定時器;厭氧反應(yīng)器R2設(shè)置攪拌裝置和定時器;厭氧/好氧交替反應(yīng)器R3設(shè)置攪拌裝置、曝氣裝置和定時器，反應(yīng)器厭氧8 h后曝氣4 h.實驗期間反應(yīng)器內(nèi)溫度為 (28±3)℃，實驗裝置示意圖見圖 1.

對于印染廢水，一般來說，厭氧/好氧交替更應(yīng)該有利于微生物對廢水色度 (染料) 的去除，厭氧環(huán)境有利于某些還原類酶的生成和作用，而好氧曝氣可以提供充足的電子受體和受氫體，有利于將有機物徹底礦化分解.本實驗在好氧條件下反應(yīng)器對NB染料的降解效率高，可能的原因有二，其一是該分散染料的相對分子量較小，容易進入細(xì)胞膜，同時也沒有增加生物降解難度的基團 (如磺酸基、羧基等)，本身較易生物降解，其二是在曝氣池中存在大量厭氧微環(huán)境，菌膠團內(nèi)部處于厭氧狀態(tài)，微生物可以產(chǎn)生大量還原類酶. NB染料結(jié)構(gòu)上以苯環(huán)為主要架構(gòu)，含有偶氮雙鍵和其它含氮基團，代謝時會產(chǎn)生大量苯胺類物質(zhì)，這類物質(zhì)對微生物具有強烈抑制作用，并在反應(yīng)器中累積，而且隨著染料濃度的增加，包括染料本身和其某些中間代謝產(chǎn)物在廢水中累積也就越多，從而抑制了微生物活性，并終表現(xiàn)為反應(yīng)器對COD和染料去除效率的下降;Hakimelahi等利用微生物降解偶氮染料也獲得類似實驗結(jié)果.
在染料降解的前1.5 h時段，反應(yīng)器在厭氧條件下 (厭氧/好氧交替反應(yīng)器也是處于厭氧狀態(tài)) 對染料的去除效果優(yōu)于好氧條件，厭氧條件產(chǎn)生的還原類酶在染料前期降解過程中起到關(guān)鍵作用.在前8 h時段中，厭氧/好氧交替條件實際處于厭氧狀態(tài)，之所以出現(xiàn)該條件下對染料去除效率高于厭氧條件時的現(xiàn)象.可能的原因有二:其一是厭氧/好氧交替系統(tǒng)始于前一組實驗的好氧處理，雖然本組實驗開始前3組反應(yīng)器污泥均經(jīng)過清水洗滌和一天的靜置，但是總體上經(jīng)過好氧曝氣后的污泥中殘留剩余染料要少于厭氧系統(tǒng)，因此厭氧/好氧交替系統(tǒng)在厭氧階段的染料濃度比厭氧反應(yīng)器中更低;其二是經(jīng)過厭氧/好氧交替作用的微生物處于更低濃度的基質(zhì)中，對新加入代謝基質(zhì)也表現(xiàn)出更強代謝能力.進入三階段以后，隨著系統(tǒng)內(nèi)易生物降解物質(zhì)的逐漸消耗和難生物降解物質(zhì)的大量累積，微生物代謝速度隨之降低，在四階段甚至出現(xiàn)停滯.總體上講，厭氧生物處理對于NB染料的降解至關(guān)重要，而好氧條件也加速了后續(xù)生物降解速度.有研究發(fā)現(xiàn)，某些微生物在好氧條件下能使偶氮鍵斷裂，同時染料偶氮鍵斷裂生成的芳香胺在好氧條件下更易降解，這些因素均會對NB染料的生物降解過程具有促進作用.
　對比有外加葡萄糖條件下2 h后染料降解動力學(xué)參數(shù)，染料降解速率常數(shù)在好氧條件下低，在厭氧條件下反而高，這似乎與前面的實驗結(jié)果相矛盾;實際上，在有外加碳源條件下2 h時染料的大部分已經(jīng)實現(xiàn)了初步生物降解，而且好氧條件下的降解效率高，厭氧/好氧交替條件次之，厭氧條件下低，2 h以后的生物降解過程更接近在反應(yīng)器中有大量中間代謝產(chǎn)物積累、而外加碳源基本逐漸代謝完畢時的情況 (特別是好氧條件下).與圖 5中NB染料起始濃度為400 mg ·L-1條件下的降解動力學(xué)參數(shù)相比較 (有外加碳源)，不同起始濃度染料的生物降解動力學(xué)特性和動力學(xué)參數(shù)也存在較大差別，染料生物降解過程是個復(fù)雜的系列反應(yīng)，特別是隨著對微生物具有強烈抑制作用中間代謝產(chǎn)物的逐漸生成和積累，僅僅體現(xiàn)染料發(fā)色基團受到破壞的染料降解動力學(xué)特性受到諸如中間代謝產(chǎn)物濃度、剩余外加碳源等諸多因素影響.
　　總體上講，在實驗的12 h內(nèi)，不同曝氣條下有外加碳源時NB染料降解情況和無外加碳源時類似，均是厭氧條件降解速率小，厭氧/好氧條件次之，好氧條件大.由此可見，外加碳源通過共代謝作用改善了NB染料的生物降解性能，但是如2.1節(jié)所論述的原因，相對分子質(zhì)量較小的NB染料在外加碳源條件下，依然是在有氧條件下生物降解速率大.
結(jié)論
　　(1) NB染料的生物降解效率，好氧條件下高，厭氧/好氧交替條件次之，厭氧條件下染料降解效率低;在同一反應(yīng)器中，隨著染料濃度的增加，微生物對NB染料的降解效率逐漸下降.厭氧條件對于NB染料的降解至關(guān)重要，而好氧條件加速了染料代謝產(chǎn)物的生物降解進程.
　　(2) 染料生物降解的動力學(xué)特性受到曝氣形式、染料濃度和外加碳源的影響，外加碳源對NB染料的生物降解具有促進作用.在染料濃度為200 mg ·L-1、有外加碳源條件下，2 h后微生物對染料降解為零級反應(yīng)，在無外加碳源條件下，2 h后微生物對染料降解為一級反應(yīng).
　　(3) 不同實驗條件下，NB染料偶氮雙鍵發(fā)色基團均得到充分降解，但是在反應(yīng)器中始終有苯環(huán)、不飽和烴和共軛烯烴等未得到充分降解. NB偶氮染料生物降解先從偶氮雙鍵斷裂，之后生成芳香胺，芳香胺再通過一系列生物降解作用，終開環(huán)直至被完全生物降解.

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