基于生物質(zhì)發(fā)酵的偶氮染料生物還原脫色機制和調(diào)控.pdf

1、紡織印染廢水排放量巨大，具有難降解、高色度等特征。偶氮染料（Azo）指分子結(jié)構(gòu)中含有一個或者多個偶氮（-N=N-）發(fā)色基團的染料，是印染行業(yè)所使用的主要染料（占70％以上）。Azo具有“三致”作用，大量含 Azo的印染廢水直接排放不僅會造成嚴重水污染，而且還會危害人畜健康。印染廢水主要通過厭氧-好氧組合工藝進行處理，其中 Azo的厭氧還原是其生物降解的限速步驟，受電子供體和氧化還原介體影響顯著。因此，如何提高偶氮化合物的還原速率是實現(xiàn)其

2、高效去除的關(guān)鍵所在。
　　本研究針對 Azo廢水處理過程中還原效率低，運行費用高等問題，利用海娜生物質(zhì)同步供給電子供體和氧化還原介質(zhì)的特性，開展生物質(zhì)發(fā)酵條件下的 Azo還原研究。本文以厭氧序批式反應(yīng)器（ASBR）為反應(yīng)體系，構(gòu)建兩個靜態(tài)批次試驗，研究海娜植物生物質(zhì)在不同初始pH值（R1—R7，pH5~11）和溫度（T1、T2、T3，25℃、35℃、55℃）條件下的水解、發(fā)酵過程特征及機理。以典型Azo酸性橙7（AO7）作為受試對

3、象，設(shè)置生物質(zhì)投加量為0~5 g/L的四組批式實驗（R0~R3），解析海娜生物質(zhì)發(fā)酵條件下的 Azo生物還原作用，揭示生物質(zhì)發(fā)酵強化 Azo還原脫色的機理。在此基礎(chǔ)上，得出基于調(diào)控生物質(zhì)電子供給與介導(dǎo)的Azo高效還原控制關(guān)鍵參數(shù)，并簡單設(shè)計控制方法。本研究的主要結(jié)論如下：
　　（1）堿性條件更能促進海娜生物質(zhì)中有機物和指甲花醌的溶出。發(fā)酵時間30 d，R7（pH=11）中的揮發(fā)性脂肪酸（VFAs）累積濃度最高，達7175 mg/L

4、，為R4（pH=8）中的6.8倍。發(fā)酵體系pH值為9~11時，發(fā)酵產(chǎn)物中VFAs的濃度累積差距不大。各pH值條件下，乙酸和丙酸均為VFAs的主要組成部分，其兩者之和占總VFAs的百分比大多超過50%，其中乙酸的含量可高達93%（R1，d1）。溫度對海娜生物質(zhì)發(fā)酵系統(tǒng)中有機物的溶出無顯著影響，但高溫條件下指甲花醌更易溶出。高溫條件（55℃）可使VFAs積累加快，并使丁酸型發(fā)酵途徑增強，乙酸型發(fā)酵途徑減弱。但由于高溫下產(chǎn)甲烷菌的活性增強，系

5、統(tǒng)中 VFAs的累積量較常溫（25℃）和中溫（35℃）條件下呈現(xiàn)下降的趨勢。各溫度條件下，乙酸為VFAs的主要組分，占總VFAs的百分比大多在50%~70%之間。
　　（2）ASBR系統(tǒng)中，AO7主要通過生物質(zhì)強化的生物還原和非生物的吸附作用去除，吸附作用隨海娜生物質(zhì)投加量的增加而增強。進水 AO7濃度為0.5 mM時，低生物質(zhì)投加量（1 g/L，R1）條件下，AO7的去除效果不佳，此時電子供體濃度過低是AO7去除率較低的主要原因

6、之一。生物質(zhì)投加量達為1.5 g/L（R2，d45~d62）時，3日內(nèi)AO7去除率可達90%以上。繼續(xù)增加生物質(zhì)投加量對AO7去除率的影響不大，但更高的初始底物濃度下電子供體釋放能力更強，進而維持更久的高AO7去除率。生物質(zhì)投加量達到2.5 g/L（R3，d62~d77）時，系統(tǒng)具有較強的抗沖擊負荷能力。海娜生物質(zhì)中富含的指甲花醌可作為AO7的還原去除的氧化還原介質(zhì)，實現(xiàn)廢水中AO7的高效去除。
　　基于海娜生物質(zhì)電子供給與介導(dǎo)的