2006-11-23 00:00:00 來源：全球紡織網
紡織工業在進行纖維和織物溼加工時使用大量的水和化學品。經過紡織退漿、精練、漂白以及印染和整理的產品數以千計。染整廠排放的廢水需要經過處理，以達到日益嚴格的廢水排放標準。
進入廢水的染料的比例取決於使用的是何種染料從使用鹼性染料時的2%到使用某些活性染料時的50%不等。有關廢水中所含染料的種類和脫色標準的綜合評述屢屢發表。
總的來講商品染料的開發尤其重視耐化學降解或脫色性。是否含有可溶性基團決定了一種染料是陽離子、還是非離子或陰離子化合物。直接、酸性和活性染料都含陰離子。包括大多數水溶性活性染料和酸性染料在內的色彩鮮豔的偶氮染料是最難降解的因為其殘餘物會不受影響地通過普通處理系統。
20世紀70一80年代，染整廠的廢水由普通市政廢水處理廠處理.在那裡經過物理和化學工藝，及相應的無控生物活性來清除廢水中的紡織染料。但是，人們發現這些處理廠不能有效降解合成染料尤其是抗微生物降解的偶氮染料。在傳統的好氧汙水處理系統中.偶氮染料不能被細菌降解，廢水中所含染料的40%一80%被汙水汙泥所吸收。市政水處理廠的好氧生物不能對廢水中的剩餘染料脫色。這促使人們另闢蹊徑。
染整廠使用的染料種類很多導致廢水的成分非常複雜因此需要採用不同的處理方法。通過研究人們開發了多種先進技術如吸附法、沉澱法、化學氧化法、光降解法和膜過濾法。但是這些系統投資成本高，不容易操作。人們開始研究可降低成本、減少有害副產品形成和節能的脫色方法。推動這些研究的動力是20世紀90年代實行的環境保護法。
本文主要探討對含染料紡織廢水的生物處理，重點介紹歐洲成本法847(EuropeanCostAction847)成員所從事的基礎和應用研究及歐洲以外的研究成果。
1微生物染料降解
1.1厭氧微生物
對偶氮染料分解的初期研究源於對染整廠工人健康(如患膀膚癌機率高)問題的觀察。常用的偶氮染料在標準艾姆斯氏試驗中不具誘變性，但可通過腸菌的偶氮還原酶還原為芳香胺正像從染色廠工人及試驗動物的尿液中檢測到的那樣。因此，許多研究人員把精力放在研究參與偶氮染料代謝的腸菌上。這些偶氮染料是作為食物添加劑進入人體中的。
最初的偶氮染料降解是通過非常親電子的偶氮鍵的開裂而實現的，導致芳香胺產物的形成。Stolz曾發表過一篇有關偶氮染料降解研究的深入評論。他認為，根據原來報導過的結果，大多數化合物可在厭氧條件下進行生物還原。能夠在厭氧條件下還原偶氮染料的微生物包括:類桿菌(Bacteroidesfragilis)、真細菌(Eubacteriumspp.)、梭狀芽抱桿菌(Clostridiumsp.)、變形桿菌(Proteusvulgaris)和糞鏈球菌(Streptococcusfaecalis)。大量有關用厭氧培養汙水汙泥方法進行偶氮染料脫色的報導介紹了這種反應的不確定性特點。還原產品有潛在的毒性如要去除或減小毒性的話，需要進一步降解。
1.2好氧微生物
許多微生物可在厭氧環境下降解偶氮染料很少有生物能經受汙水的高pH值(9.5)和高溫(65℃)環境。一些有效的用於紡織廢水脫色的好氧微生物，如枯草芽抱桿菌(Bacilussubtilis)、嗜水氣單胞菌(Aeromonashydrophila)和浮遊球衣菌(Sphaerotilusnatans)已經被篩選出來，但事實證明這是一項艱苦的工作。過去10年裡發表了許多有關篩選適用於染料降解的細菌和真菌的報告。有些研究介紹了用白腐真菌(Phanerochaetechrysosporium)降解偶氮、蔥醒、雜環、三苯甲烷和聚合染料;另有報導顯示偶氮染料的脫色和礦化可在好氧條件下進行。另外用白腐真菌降解偶氮染料時，在所篩選的微生物能夠降解示範染料之前，需要在一種含低濃度染料的介質裡進行調控培養。正如所預料的那樣，液體介質中的含碳量決定染料降解的速率。通過對從子菌(basidiomycete)、接合菌(zygomycete)、coelomycete和絲狀菌(hyphomycete)科分離的真菌品系進行實驗室篩選選擇適合於合成染料生物降解和生物吸附的菌類。
人們對降解動力學進行了研究對參與染料分解的木質素酶進行了評估，還對適合於活性染料脫色的其他真菌種類如:平菇（Pleurotusostreatus）,Cerrenaunicolor和地黴菌(Geotrichumsp.)進行了測試。從試驗結果發現，真菌降解率取決於培養溫度、合適的營養成分含量及酶的活性。
最近一項研究介紹了從芽抱桿菌（SF系)分離一種鹼一熱穩定型偶氮還原酶和一種過氧化氫酶/過氧化物酶。前一種酶的活性取決於有無NADH兩種酶都具有良好的用於紡織廢水處理的潛力。同一研究小組還報導了在芽袍桿菌產生的固定化鹼一熱穩定型漆酶幫助下進行染料生物降解的研究。從Polyporussp.和Sclerotiumrolfsii製得的兩種真菌漆酶能氧化不溶性靛藍染料降解成鄰一氨基苯甲酸。有關吸附性的研究顯示，從Polyporussp.製得的漆酶比從Sclerotiumrolfsii製得的漆酶對靛藍染料有更高的親和力。從Sclerotiumrolfsii製得的酸穩定型漆酶可用於廢水中DiamondBlack(鑽石黑)染料的脫色。商業普通或固定化漆酶可有效地對含C.I.ReactiveBlack5染料的廢水脫色，並可通過將處理的水回用達到節能、節水的目的。毛栓菌(Trameteshirsuta)和從這種真菌製得的純淨漆酶可以降解靛藍、偶氮和蒽醌染料。脫色率取決於酚醛環替代程度。對處理過的紡織廢水的染色試驗結果表明，固定化漆酶比自由配方酶的效果更好。
發表的報告中還有一項類似的研究這項研究是關於用一種新型子囊酵母菌(issatchenkiaoccidentalis)對偶氮染料進行還原開裂。issatchenkiaoccidentalis的效果取決於廢水中作為營養成分的碳的含量、最佳pH值和溶解氧。其它真菌，如;Hirschioporuslarincinus,Phlebiatremeilosa,Coriolusversicolor、Klyveromycesmarxianus和Sphingomonassp.都可用於染料脫色。
1.3微生物生物量吸附
生物吸附是指金屬和其它化合物通過與生物材料相互作用被被動吸附，從而通過礦化和在微生物細胞環境中形成化學梯度和物理條件來降低汙染物的毒性。通過離子交
換微生物細胞壁對染料的吸附發生得很快吸附率取決於微生物種類和染料的化學結構。另外，某些染料具有很高的與微生物結合的親和力。例如耐熱型酵母菌種K.maxianusIMB3與其它測試生物相比對重金屬具有較高的親和力。Wemerus和Stahl回顧了目前對重組細菌技術應用的研究。他們認為，對某些金屬離子有增強結合力的細菌可以被克隆，用作生物傳感器。
1.4生物廢水處理
許多實驗室規模基礎上的研究報導了厭氧和好氧染料降解的最佳條件。對廢水中頑固化合物的微生物降解需要用特殊的酶來將副產品還原和氧化成無害的沉澱物。
各類研究建議採用綜合的/連續的厭氧/好氧偶氮染料處理工藝來還原染料然後對生成的胺再進行氧化。但是，這種作法有嚴重的缺點，因為某些種類的胺再經過好氧自動氧化反應後不穩定。
還有研究項目是關於利用微生物傳感器來確定染毒性和對已激活汙泥的活性的抑制作用。紡織廢水中的生物化學變化需要在處理過程中定期監測。人們利用液相色譜質譜聯用儀（LC-MS)和光譜學來研究生物反應器中降解步驟的在線監測。這兩種方法對在廢水處理過程中迅速優化工藝很有益處。
2中試
由於染整廠生產不斷變化和行業的季節性特點紡織廢水的成分變化很大。歐洲研究人員已經開發出中試設備用不同技術和一系列染料進行試驗能將廢水中的BOD和COD減少到標準允許的範圍內。
利用實驗室研究結果設計了一臺容量為1000L的試驗反應器，利用商業和天然真菌氧化還原酶的複合品來處理一家印染廠排放的廢水。試用成功的反應器的性能符合所有設計參數，包括:低操作成本和處理後的水可用於織物水洗。工業規模應用的其它例子包括用一種厭氧/好氧系統對荷蘭和德國漂染廠排放的廢水進行成功處理。
英國貿工部推出的Biowise計劃資助了6個研究紡織廢水處理技術的項目。通過行業合作而開發的Biocol工藝設計用於對包括活性染料在內的一系列染料脫色，這些染料都是人們普遍認為最難從廢水中清除的染料。進行中試時使用裝有碳基材料的濾筒，碳基材料塗覆了已申請專利的微生物，可使光密度降低95%以上。另一家公司安裝了產業化規模的、浸在水裡的充氣過濾器來處理高強色度廢水。處理系統可隨著廢水中染料的強度來調整。其它中試設備例子包括採用一種包括流化生物膜工藝、化學凝結工藝和電化學氧化工藝在內的綜合工藝。
3結語
染整行業需要有效的生產技術來改善工藝效率減少染料損失量，從而避免過多的染料進入廢水中，對環境造成影響。由於染整廠採用許多不同的處理步驟，因此需要了解廢水的特徵。如果成分差別很大就需要將成分分離，按不同廢水流處理。
厭氧和好氧染料降解方法的優點很突出體現了使用一系列微生物的好處。隨著中試和商業化設備的出現，染整行業開始採用微生物技術作為廢水處理的一種有效手段。然而還需要篩選更多的適用微生物尤其是那些可用在極端廢水條件下的微生物。同時，還需開發傳感電極或生物傳感器來監測主要廢水參數。
（紡織導報）