生物技术在印染废水处理中的应用

1、生物技术在印染废水处理中的应用*(河北科技大学 生物科学与工程学院 河北 石家庄 050018)摘要：针对生物技术在印染废水处理中的应用，分别介绍了厌氧生物技术和酶催化技术在印染废水处理中的应用。最后，对生物技术在印染废水处理中的发展方向进行了总结。关键词：印染废水 厌氧生物技术 酶催化技术Application of biotechnology to the treatment process of printing and dying wastewater*(Hebei university of since and technology school of biological sinc

2、e and medical engineering Hbei Shijiazhuang 050018)Abstract:Aiming at the application of biotechnology to the treatment process of printing and dying wastewater,this paper introduce how to use anaerobic biological treatment and enzymatic catalysis technology to deal with printing and dying wastewate

3、r.Finally,the developing trend of the biotechnology in the treatment process of printing and dying wastewater.Key words: printing and dying wastewater anaerobic biological treatment enzymatic catalysis technology0 引言纺织印染工业作为中国具有优势的传统支柱行业之一，20世纪90年代以来获得迅猛发展，其用水量和排水量也大幅度增长。据不完全统计，我国日排放印染废水量为3000-4000k

4、t，是各行业中的排污大户之一。因为印染废水有机物含量高、碱性大、水质变化大、废水量大而成为极难处理的工业废水之一。加强印染废水的处理可以缓解我国水资源严重匮乏的问题，对保护环境、维持生态平衡起着极其重要的作用。生物技术应用于印染废水的处理，具有处理费用低运行较稳定等优点。再近些年来越来越受关注。现代生物技术在环境污染治理领域的应用主要集中在三个方面：1.具有高效净化能力的微生物种类及菌株的寻找分离、筛选以及基因工程菌的人工构建；2.常规生物处理技术的生物学原理及强化方法；3.自然生物处理技术及氧化塘、生物塘、以及综合生物塘、人工湿地等处理方法。进来，厌氧生物技术和酶催化技术以低耗、高负荷、运行

5、费用低等优点而被受关注。1 厌氧生物技术在印染废水处理中的应用1.1 印染废水厌氧降解菌20世纪30年代，人们发现乳酸杆菌能脱去着色乳制品的颜色，之后，关于细菌脱色作用的研究报道陆续出现。Yatona等，用假单胞菌、节杆菌和芽孢杆菌等微生物进行染料脱色降解试验。我国亦广泛开展了染料脱色菌研究。研究表明，微生物具有极高的降解有机染料能力。目前，分离得到的脱色微生物主要有真菌(酵母菌、曲霉、青霉)、藻类(小球藻、颤藻)和细菌(假单胞菌、芽孢杆菌、肠道菌、产碱杆菌、转化杆菌等)，其脱色能力及最佳脱色条件各不相同。这三类微生物中，细菌在代谢多样性、生长速率及脱色能力等方面具有优势，最有希望在废水处理中

6、得到广泛应用。Kudlich等认为，鞘氨醇单胞菌BN6不需要染料或还原性黄素的跨膜运输，在胞外可降解偶氮染料。这一体系中的醌作为氧化还原介体(RM)，被细胞膜上的还原酶还原为氢醌，尔后在培养液中对偶氮染料进行纯粹的化学还原降解(图1)。图1 偶氮还原酶降解偶氮染料的可能机理目前已发现的偶氮染料脱色菌，大多数是在厌氧条件下非特异性地还原偶氮双键，使偶氮染料脱色。这一过程是由酶催化的这种酶通常称为偶氮还原酶。研究表明，厌氧条件下进行的偶氮还原反应，底物专一性相当低，很多还原型的中间介质均能使偶氮化合物还原。目前多数观点认为，细菌是利用胞内产生的特异性偶氮还原酶完成降解作用的。其具体途径可能一步完成

7、，也可能由两步连续反应组成(图2)。图2鞘氨醇单胞菌BN6降解偶氮染料的可能机理Yah等，利用HPLC、MS和离子阱等技术，初步证明了加氢偶氮苯中问体的存在，并提出降解反应分两步完成，第一步为控速步骤，中间体不稳定，一旦形成就会迅速被还原为相应的胺。1.2厌氧-好氧联合处理技术在广泛开展染料脱色菌研究的同时，开发了厌氧一好氧联合处理技术。该技术利用厌氧消化作用可显著降低色度、降解PVA和提高BODCOD比值等。戚新，根据高浓度印染废水水质特性，开发了气浮-厌氧-好氧处理工艺，并获得了较好的效益。该系统运行结果表明，在进水平均CODcr2 883 mgL和设定的水力停留时间(HRT)下，气浮单元

8、出水CODcr，为1 5390 mgL，厌氧池出水CODcr为l 1920 mgL，好氧池出水CODcr为2253 mgL，总CODcr去除率为922，处理费用173元/t水，且处理出水可回用于生产，具有推广应用的潜力。吕宏德，针对印染废水为主加少量生活污水的综合废水，采用生化+物化的处理工艺。其中，生化工艺为厌氧、好氧，物化工艺为混凝沉淀。该工艺处理效果稳定，处理出水达到国家排放标准。吴慧芳等，采用厌氧折流板反应器(ABR)水解生物接触氧化法处理印染废水，在ABR的HRT为12 h的条件下，测定了ABR各格室及生物接触氧化池出水的色度、CODcr结果表明，ABR出水色度达到行业一级排放标准，

9、最终出水COD达到行业二级排放标准。高品等，对某染织厂废水处理系统存在的问题及水质进行了分析，在充分利用现有设施的前提下，提出了厌氧兼氧水解酸化生物接触氧化混凝沉淀改造工艺。结果表明，改造后的废水处理系统，其对COD、BOD5、SS、色度的去除率分别为904、914、875、879，出水水质达到了GBT 42871992一级排放标准。1.3 厌氧生物处理厌氧法通过厌氧分解作用，以降解含偶氮基、蒽醌基和三苯甲烷基染料。这些染料的降解产物为芳香胺类化合物，属致癌物质且在厌氧条件下不能继续被降解。因此，使用厌氧反应器直接处理印染废水鲜有报道。不过，新型高效厌氧处理装置的效能已大大提高对进水COD浓度

10、的要求电大为降低。COD值为2 000 mgL的废水，通过厌氧消化一级生物处理也可达标。浙江农业大学环保系用管道厌氧处理和向上流动厌氧污泥层(UASB)串联处理丝绸印染废水，HRT为1011天时，COD去除率90，脱色率80以上，若再配以过滤，效果更佳1.4 厌氧细胞固定化研究细胞固定化是指通过物理、化学手段使游离细菌固定在载体上，并使其保持活性而反复利用。这是生物工程领域中的一项新兴技术，在化工、发酵生产、能源、医药等行业应用广泛。用于污水处理方面，按照细胞的制备方法可分为载体结合法、交联法和包埋法。固定化载体会阻碍有机污染物的扩散，对细胞起保护作用，使其表面的实际污染物浓度降低，毒性减小。

11、细胞经固定化后，在裁体与细胞之间建立了某种物理或化学联系增加了细胞膜的稳定性。固定化细胞所处的微环境与游离细胞不同，这种微环境的变化可能引起细胞形态结构、生理特性及代谢活性的改变。以上固定化细胞特有的性能，使微生物对有毒物质的承受能力及降解能力明显提高。固定化微生物技术与其它环境治理技术相比，具有以下特点：(1)可以保持反应器内微生物的高浓度和高活性，有助于提高污染物的处理负荷和去除效率；(2)污泥产量低，减轻了后续污泥处理负担；(3)形成颗粒态，利于沉淀过程的泥水分离；(4)将某些难降解的微生物固定化，能有效处理某些废水；(5)该技术对有毒物质的承受能力强，稳定性好。固定化细胞是一种很有前途

12、的处理技术，特别适用于抑菌性强的废水处理。今后的研究热点是实现这一技术的实用化与工业化。2 酶催化技术在印染废水处理中的应用2.1 酶催化技术的研究与发展现状生物酶是一种对环境友好的生物催化剂,具有较大优越性。如反应速度快、处理条件( 如温度、pH 值等) 较温和、操作安全易控制和可取代强碱等化学品。生物酶仅对特定的底物起作用, 对基质损伤小, 处理产生的废水可生物降解, 降低水及能源的消耗。酶作为生物催化剂是生物技术产业化的重要一环, 它广泛应用于轻工、化工、医药卫生、食品、环保等行业, 酶制剂生产已成为21 世纪的新兴产业之一, 即利用酶的催化特性对对象进行有用物质的生产或有害废物的分解。

13、几年来,环保用酶制剂与酶技术已经开始引起学术界的关注。我国从20 世纪60 年代开始注意酶工程研究和酶制剂的开发,与国外在这方面的研究相比, 国内环保用酶的研究工作刚刚起步, 在实现工业化、商品化应用方面基本处于空白。国内酶制剂工业的现状是投入少、缺乏核心技术、产品结构不合理、品种单一, 重复建设现象严重, 酶制剂应用领域仅局限于淀粉加工、洗涤剂工业等, 影响了酶制剂行业的发展及应用领域的开拓。环保用酶受此影响, 处理成本高, 使用推广慢。2.2 环保用酶催化技术应用历史采用酶制剂进行废水处理已经有相当长的研究历史,近几年得到较快的应用。酶与酶技术的应用对解决生活污水、工业废水、垃圾渗滤液的无

14、害化处理带来崭新的突破, 对环保领域带来新的技术革命具有积极的意义。第一, 在产品加工过程中用酶来替代化学品( 生物过程代替化学过程反应温和) 可以降低生产活动中的污染水平, 有利于实现工艺过程生态化或无废生产, 真正实现清洁生产; 第二, 酶作为生物催化剂, 只对产品内容起作用, 使产品在过程中产生的污染大大减少, 利于环境保护; 第三, 酶的反应条件温和, 专一性强, 催化效率高等自身的特点, 决定了对污染物处理和环境监测具有高效、快速、可靠的优点。因此, 酶工程技术在环境治理领域具有广阔的前景。随着高效酶制剂的大量生产、酶固定化技术、酶反应器等技术研究的不断成熟, 环保用酶与酶技术在废水

15、处理工程实践方面得到了长足的发展。早在20 世纪80 年代, 固定化酶已被用于水和空气的净化。国外利用固定化酶处理工业废水的研究与应用已经相当成熟, 将能处理废水的酶制成固定化酶, 根据所处理物质的不同, 选用不同的固定化酶。也可以装成多酶酶柱, 以弥补单一酶的局限性。如果某些酶不能并存, 就各自单独装柱。2.3 生物酶催化技术去除污染物的机理将生物酶催化技术应用于污染物的去除,是采用不同于普通微生物菌的系列生物酶、菌结合技术, 通过酶打开污染物质中更复杂的化学链, 将其迅速降解为小分子, 从高分子有机物降解为低分子有机物或CO2、H2O 等无机物, 降低COD 值, 从而达到去除污染物的目的

16、, 大大降低污水处理费用。生物酶处理有机物的机理是先通过酶反应形成游离基, 然后游离基发生化学聚合反应生成高分子化合物沉淀。与其他微生物处理相比, 酶处理法具有催化效能高、反应条件温和、对废水质量及设备情况要求较低, 反应速度快,对温度、浓度和有毒物质适应范围广, 可以重复使用等优点。2.4 酶催化技术优点应用酶催化技术处理印染废水, 可以高效迅速的降解废水中的污染物浓度, 包括COD、BOD、染料中的苯系、萘系、蒽醌系以及苯胺、硝基苯、酚类污染物以及废水中的各种助剂污染物, 并可提高废水的可生化性, 为后续处理创造条件。（1） 污水处理效率高, 出水水质好。与传统方法比较, 酶促污水处理效率

17、高出几十倍。（2） 有效处理高浓度难降解废水,尤其是高浓度难降解印染废水。（3）技术适应性强。生物酶可在常温常压、温和的反应条件下进行高效的催化反应, 污染物中难降解物质在酶的催化下能得以处理, 降解速度快, 反应时间短,并且生物酶稳定性较高, 有利于底物、产物的分离, 可以在较长时间内连续装柱反应,其反应过程可以严格控制, 可实现连续化、自动化的废水处理, 提高了酶的利用效率, 降低处理成本, 大大提高处理效果。（4）生物酶反应器需氧量小, 不需要搅拌, 可在常温下进行,其副产物少,反应器的容积负荷可以根据进水水量与水质进行任意调节和控制,多级生物酶反应器可根据废水处理量, 设并联或者串联,

18、 连接用管阀自动开启或闭合。（5）酶生物反应器较之传统的生物滤池等菌群处理方法, 基本无污泥产生, 运行方便,操作简单, 大大降低运行成本。（6）运行中无不良气味, 不产生池蝇。（7）建设投资和运营成本显著下降。项目建设投资少, 运行成本低。3 展望在科学技术迅猛发展的今天，运用生物技术这种低能耗、高效的方式进行印染废水的处理必将成为一种主流。同时，运用生物技术处理印染废水的方式也可以满足印染废水处理逐渐复杂化、规模化和严格化的要求。随着厌氧生物技术、酶催化技术等生物技术的不断发展，印染废水将会得到更恰当，更妥善的处理。运用生物技术来处理印染废水也可以很好的保护生态环境，避免印染废水对环境的破坏（如造成水体缺氧、污染地下水等）。总之，生物技术处理印染废水的方式的逐步完善将给印染废水的处理带来新的希望。参考文献：1沈东升，我国印染废水处理技术的现状和发展趋势J.环境污染与防治，1996，18（1）2陈世和.微生物学原来M.上海同济大学出版社，20003尤进人，王福，辛仁洪.生物厌氧-好氧处理在印染废水治理中的应用J.印染，2006，32（16）4SuzukiY,Y oda T,RuhulA,etal Molecular cloning and characterization of the gene coding for azoreducaste from Bacillus sp.