偶氮染料微生物降解脱色研究

摘要

偶氮染料是一种含偶氮双键、芳环结构的“致突变、致畸、致癌”化合物，很难在环境中降解，偶氦染料废水被认为是最难处理的工业废水之一。本文利用活性污泥中丰富的微生物对偶氮染料进行降解脱色研究，旨在寻求一种更有效的处理偶氮染料废水的方法。
　　 本文以偶氮染料为研究对象，通过微生物培养发酵、生理生化实验、响应面法条件优化、降解产物光谱分析，进行了降解活性菌株筛选、鉴定、降解脱色条件优化、降解途径与降解动力学研究，获得如下结论：
　　 (1)采用某棉纺厂印染车间滤池污泥，以偶氮染料为碳源筛选获得5株对偶氮染料红(AR30)有较强脱色效果的菌株，分别编号X1-X5，其中X2号菌株的脱色效果最好，达到95％左右。
　　 (2)通过观察该菌株的形态，并对其进行一系列生理生化实验，初步确定为链霉菌属。最后对其16S rDNA基因序列进行分析，发现其与Streptomycesvariabilis非常相似，相似度为99％，故将其命名为Streptomyces FX645。
　　 (3)研究探讨了需氧厌氧、碳源、氮源、pH值、染料浓度、培养温度和培养时间等条件对链霉菌FX645对AR_30脱色效果的影响，发现降解脱色过程是在厌氧条件下发生的，葡萄糖为最佳外加碳源，氯化铵为最佳氮源。菌株FX645在静置厌氧，pH范围为5～9，染料浓度为25～200 mg/L，培养温度为26～40℃条件下，都有降解脱色活性。在单因素实验的基础上，通过响应面法优化其脱色条件，发现在染料浓度为109.92 mg/L，培养时间为36.24 h，发酵培养液初始pH值为7.34，培养温度为31.38℃时，菌株FX645对AR30的脱色率达到最大值95.8％。
　　 (4)通过紫外-可见光谱、液相-质谱联用技术对降解产物进行了分析。紫外-可见光谱中，位于可见区445 nm处与紫外光区289 nm处的特征吸收峰基本消失，说明AR30的偶氮双键完全被打开。质谱数据表明降解产物如下：4-硝基-2，6-二氯苯胺、2，6-二氯-1，4-苯二胺、2-((4-胺苯基)(2-氰乙基)-氨基)乙酸乙酯、2-((4-乙酰胺苯基)(2-氰乙基)-氨基)乙酸乙酯、3-((4-乙酰胺苯基)(2-乙酰氧乙基)-氨基)丙酸。与初始偶氮染料AR30的结构加以比较，我们认为AR30的降解脱色首先是偶氮双键在厌氧条件下被还原裂解，产生了一系列芳香胺类化合物；根据各降解产物在发酵体系中浓度变化规律，推测出了AR30的可能降解途径。
　　 (5)在厌氧条件下，染料初始浓度在25～100 mg/L之间变化时，菌株FX645对AR30的降解脱色过程符合一级降解动力学方程。在其他条件不变的情况下，降解速率随偶氮染料初始浓度的增加而降低。通过求解动力学模型，根据染料初始浓度可以确定实际废水处理中生物处理的水力停留时间。
　　 通过偶氮染料废水中污泥细菌对偶氮染料的降解脱色作用研究与机制探讨，获得了偶氮染料AR30的最优降解条件，提出了偶氮染料AR30的降解途径并认为偶氮双键是在厌氧条件下被微生物酶还原裂解的，求解了降解动力学模型，为构建偶氮染料废水处理工艺提供了基本数据与理论指导。