印染廢水生物處理工程分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年約有28萬(wàn)t紡織染料排入水體.我國(guó)紡織印染業(yè)發(fā)達(dá)，生產(chǎn)規(guī)模居世界首位，產(chǎn)生的大量印染廢水不僅嚴(yán)重污染水環(huán)境，而且進(jìn)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(shí)，水體的色度也降低了透光度，會(huì)導(dǎo)致水生生態(tài)系統(tǒng)的破壞.針對(duì)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最普遍方式.物化法有磁分離法、膜分離法、混凝法、吸附法、高級(jí)氧化法、光催化法等，物化法可以高效率處理印染廢水，但物化法處理成本相對(duì)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(duì)較低，而且污染物通過(guò)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)的染料占比最大，偶氮類(lèi)分散染料具有合成簡(jiǎn)單、耐日照強(qiáng)度高、色牢度高等特點(diǎn).采用厭氧、好氧結(jié)合的生物工藝降解偶氮染料時(shí)，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(jìn)一步降解.本文即是針對(duì)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(guò)紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用，初步推測(cè)該染料生物降解過(guò)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(duì)印染廢水生物處理過(guò)程的認(rèn)識(shí)，以期為印染廢水生物處理工程設(shè)計(jì)的工藝優(yōu)化提供理論依據(jù).

　　1 材料與方法1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

　　實(shí)驗(yàn)所用的3個(gè)序批式反應(yīng)器 (R1、R2、R3) 由有機(jī)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(shí)器;厭氧反應(yīng)器R2設(shè)置攪拌裝置和定時(shí)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(shí)器，反應(yīng)器厭氧8 h后曝氣4 h.實(shí)驗(yàn)期間反應(yīng)器內(nèi)溫度為 (28±3)℃，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖見(jiàn)圖 1.

圖 1 實(shí)驗(yàn)裝置示意

　　1.2 實(shí)驗(yàn)材料與進(jìn)水組分

　　實(shí)驗(yàn)接種污泥取自上海市松江污水處理廠(chǎng)二沉池的活性污泥，實(shí)驗(yàn)前對(duì)活性污泥進(jìn)行馴化.馴化和實(shí)驗(yàn)用模擬廢水包含營(yíng)養(yǎng)組分和不同濃度染料，營(yíng)養(yǎng)組分如表 1;污泥開(kāi)始馴化時(shí)染料濃度為20 mg ·L-1，馴化期間進(jìn)水染料量以每天10 mg遞增.實(shí)驗(yàn)期間，各反應(yīng)器中污泥濃度為 (3 600±200) mg ·L-1，污泥SVI (污泥容積指數(shù)) 值為 (50±7) mL ·g-1.

　　表 1 實(shí)驗(yàn)用廢水營(yíng)養(yǎng)成分組成

　　實(shí)驗(yàn)中所用的分散染料NB由J & J染料有限公司 (中國(guó)臺(tái)灣) 提供，該染料屬偶氮類(lèi)分散染料，分子式為C21H20N6O7，相對(duì)分子質(zhì)量為468.42，其結(jié)構(gòu)式如圖 2;NB染料水樣全波段掃描最大吸收波長(zhǎng)為600 nm.

圖 2 Neocron black染料結(jié)構(gòu)式

　　1.3 分析項(xiàng)目與方法

　　染料濃度的測(cè)定采用分光光度法;COD、MLSS和SVI的測(cè)定均采用標(biāo)準(zhǔn)方法;染料降解產(chǎn)物的測(cè)定采用氣相色譜-質(zhì)譜 (安捷倫GC7890B/MS5977A) 聯(lián)用法.

　　水樣經(jīng)離心 (6 000 r ·min-1，10 min) 后測(cè)定COD和吸光度值.進(jìn)GC-MS的樣品制備方法如下：水樣先經(jīng)離心 (6 000 r ·min-1，10 min)，離心后的水樣600 mL再經(jīng)CH2Cl2萃取得萃取液200 mL;萃取采用美國(guó)國(guó)家環(huán)保局方法：EPA3510C分液漏斗液-液萃取，萃取過(guò)后的樣品通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸發(fā)至5 mL后用氮?dú)獯得撝? mL，濃縮后的樣品進(jìn)GC-MS測(cè)定降解產(chǎn)物. GC-MS分析條件：有機(jī)物分析采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)機(jī)測(cè)定，檢測(cè)依據(jù)為JY/T021-1996分析型氣相色譜方法通則和GB/T 6041-2002質(zhì)譜分析方法通則 (GC-MS)，所用儀器為安捷倫GC7890B/MS5977A;色譜柱：安捷倫HP-5MSUI 30 m×0.25 mm×0.25 μm;進(jìn)樣量：1.0 μL;進(jìn)樣口溫度：280℃;傳輸線(xiàn)溫度：280℃;離子源溫度：230℃;四極桿溫度：230℃;柱溫：40℃(4 min) 8℃ ·min-1 300℃(25 min);掃描方式：Scan (全掃描);掃描范圍：30~1 000 u;EM電壓1 079 V;MS電離方式：EI;燈絲能量：70 eV;載氣種類(lèi)：氦氣;載氣流速：1.0 mL ·min-1;定性方法：NIST2014譜庫(kù)為主，部分化合物用標(biāo)準(zhǔn)化物的保留時(shí)間輔助定性.

　　1.4 關(guān)于生物吸附量的測(cè)定與討論

　　染料在生物反應(yīng)器中的去除包括生物吸附和生物降解兩方面作用.分別取R1、R2、R3中的污泥混合液各500 mL置于3個(gè)800 mL燒杯中，高壓蒸汽滅菌 (121℃，0.103 MPa、20 min) 后冷卻至常溫;3個(gè)燒杯均加入實(shí)驗(yàn)用染料，使燒杯中染料濃度為400 mg ·L-1. 3個(gè)燒杯中混合液分別在好氧、厭氧、厭氧/好氧條件下對(duì)染料吸附24 h后，取混合液離心后測(cè)其上清液吸光度，公式如 (1) 所示：

　　式中，η：吸收率;A：吸附后吸光度;A0：起始吸光度.

　　計(jì)算3種條件下污泥對(duì)染料的吸附率分別為4.28%、3.97%和4.05%;但是這并不能真實(shí)反映3個(gè)反應(yīng)器中的污泥對(duì)實(shí)驗(yàn)染料生物吸附情況.后續(xù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，在染料和污泥混合后的短時(shí)間內(nèi)，染料即可獲得良好去除效果，污泥生物吸附作用明顯;究其原因，經(jīng)過(guò)高壓蒸汽處理后的污泥表面胞外聚合物 (EPS) 受到了破壞，其吸附性能與新鮮污泥存在顯著差異.考慮到活性污泥對(duì)染料吸附作用主要發(fā)生在兩者混合后的短時(shí)間內(nèi)，因此本實(shí)驗(yàn)選擇污泥和染料混合一段時(shí)間后 (1.5 h或2 h) 的污染物濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而減少活性污泥生物吸附作用對(duì)染料去除的影響，認(rèn)為反應(yīng)器中染料的去除是通過(guò)微生物新陳代謝作用實(shí)現(xiàn)的.

　　2 結(jié)果與分析2.1 反應(yīng)器對(duì)廢水COD和染料的去除

　　以特定的染料濃度 (染料濃度分別為100、200、300和400 mg ·L-1) 和表 1中的營(yíng)養(yǎng)組分配制不同COD濃度進(jìn)水，4種不同染料濃度廢水的COD濃度分別為1 338、1 529、1 659和1 771 mg ·L-1，在好氧、厭氧、厭氧/好氧交替這3種實(shí)驗(yàn)條件下，經(jīng)過(guò)12 h微生物作用后，各不同染料濃度進(jìn)水在各個(gè)反應(yīng)器中剩余COD濃度和染料濃度情況如圖 3和圖 4所示.

圖 3 反應(yīng)器對(duì)廢水COD的去除

圖 4 反應(yīng)器對(duì)廢水中染料的去除

　　圖 3和圖 4中，經(jīng)過(guò)12h微生物作用后，4種不同COD濃度廢水COD去除率在好氧條件下分別為96.7%、95.8%、92.6%、89.6%，厭氧/好氧交替條件下分別為94.5%、93.1%、89.3%、84.4%，厭氧條件下分別為79.8%、83.1%、74.3%、74.5%;染料去除率在好氧條件下分別為99.2%、98.5%、97.9%、96.4%，厭氧/好氧交替條件下分別為98.1%、97.3%、93.3%、88.9%，厭氧條件下分別為95.4%、96.1%、90.0%、79.3%.由此可見(jiàn)，不同NB染料配比濃度廢水的COD和染料均是在好氧條件下降解效率最高，厭氧/好氧交替條件次之，厭氧條件下染料降解效率最低;而在同一反應(yīng)器中，隨著染料濃度的增加，微生物對(duì)廢水COD和染料的降解效率逐漸下降.

　　對(duì)于印染廢水，一般來(lái)說(shuō)，厭氧/好氧交替更應(yīng)該有利于微生物對(duì)廢水色度 (染料) 的去除，厭氧環(huán)境有利于某些還原類(lèi)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(jī)物徹底礦化分解.本實(shí)驗(yàn)在好氧條件下反應(yīng)器對(duì)NB染料的降解效率最高，可能的原因有二，其一是該分散染料的相對(duì)分子量較小，容易進(jìn)入細(xì)胞膜，同時(shí)也沒(méi)有增加生物降解難度的基團(tuán) (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(tuán)內(nèi)部處于厭氧狀態(tài)，微生物可以產(chǎn)生大量還原類(lèi)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(tuán)，代謝時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量苯胺類(lèi)物質(zhì)，這類(lèi)物質(zhì)對(duì)微生物具有強(qiáng)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，并最終表現(xiàn)為反應(yīng)器對(duì)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(lèi)似實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

　　2.2 不同曝氣條件對(duì)NB染料降解的影響

　　圖 5為NB染料濃度為400 mg ·L-1、COD濃度為1 771 mg ·L-1廢水在好氧、厭氧、厭氧/好氧這3種實(shí)驗(yàn)條件下24 h生物降解過(guò)程中NB染料的濃度變化情況.為便于分析，結(jié)合厭氧/好氧反應(yīng)器的厭氧和好氧交替周期，把整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程分為4個(gè)階段，具體見(jiàn)圖 5.

圖 5 染料在好氧、厭氧、厭氧/好氧交替條件下的濃度變化對(duì)比

　　由圖 5可見(jiàn)，在染料和污泥混合后的一段時(shí)間內(nèi)，污泥的生物吸附作用依然明顯，在生物吸附和生物降解共同作用下，在前1.5 h內(nèi) (即第一階段的前1.5 h) NB染料由實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)候的400 mg ·L-1迅速降低，在該時(shí)間段好氧條件下NB染料去除率最低，厭氧/好氧條件次之 (實(shí)際處于厭氧狀態(tài))，厭氧條件下最高;在1.5~8 h之間 (依然屬于第一階段;可以認(rèn)為從該階段開(kāi)始，染料濃度的降低是通過(guò)生物降解作用實(shí)現(xiàn)的)，NB染料在好氧條件下降解速率最高 (好氧條件下反應(yīng)器對(duì)染料降解符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，速率常數(shù)K1R1=0.369 h-1，R2=0.968)，厭氧/好氧交替次之[厭氧/好氧交替反應(yīng)器在該時(shí)段實(shí)際處于厭氧狀態(tài)，微生物對(duì)染料降解符合零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，速率常數(shù)K1R2=8.18 mg ·(L ·h)-1，R2=0.989]，厭氧反應(yīng)器最低[厭氧反應(yīng)器對(duì)染料降解符合零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，速率常數(shù)K1R3=6.06 mg ·(L ·h)-1，R2=0.990].在8~12 h之間 (即第二階段)，厭氧/好氧交替反應(yīng)器開(kāi)始曝氣，該反應(yīng)器中NB染料降解率最高，厭氧反應(yīng)器次之，好氧反應(yīng)器最低[在此階段，3種反應(yīng)器對(duì)染料降解均符合零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，速率常數(shù)分別為K2R3=15.02 mg ·(L ·h)-1，R2=0.969;K2R2=3.62 mg ·(L ·h)-1，R2=0.993;K2R1=1.15 mg ·(L ·h)-1，R2=0.979].在12~20 h階段 (即第三階段)，厭氧和好氧條件下NB染料降解速率變化不大，而厭氧/好氧交替反應(yīng)器重新進(jìn)入到厭氧狀態(tài)，染料降解速率下降明顯.在20~24 h階段 (即第四階段)，3種反應(yīng)器中染料的降解速率均較前一階段降低，染料的生物降解作用基本停滯.

　　在染料降解的前1.5 h時(shí)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(duì)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(lèi)酶在染料前期降解過(guò)程中起到關(guān)鍵作用.在前8 h時(shí)段中，厭氧/好氧交替條件實(shí)際處于厭氧狀態(tài)，之所以出現(xiàn)該條件下對(duì)染料去除效率高于厭氧條件時(shí)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(shí)驗(yàn)的好氧處理，雖然本組實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前3組反應(yīng)器污泥均經(jīng)過(guò)清水洗滌和一天的靜置，但是總體上經(jīng)過(guò)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(guò)厭氧/好氧交替作用的微生物處于更低濃度的基質(zhì)中，對(duì)新加入代謝基質(zhì)也表現(xiàn)出更強(qiáng)代謝能力.進(jìn)入第三階段以后，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，在第四階段甚至出現(xiàn)停滯.總體上講，厭氧生物處理對(duì)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(shí)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(huì)對(duì)NB染料的生物降解過(guò)程具有促進(jìn)作用.

　　2.3 外加碳源對(duì)NB染料降解速率的影響

　　圖 6為染料濃度為200 mg ·L-1廢水，在R1、R2、R3反應(yīng)器中，分別在有外加碳源 (按照表 1中的營(yíng)養(yǎng)配比，廢水COD為1 529 mg ·L-1) 和無(wú)外加碳源條件下 (僅有NB染料作為碳源)12h生物降解過(guò)程中染料濃度變化情況對(duì)比，其中R1好氧12h、R2厭氧12h、R3厭氧8 h+好氧4 h.

圖 6 外加碳源對(duì)NB染料降解的影響

　　從圖 6可以看出，在好氧、厭氧、厭氧/好氧條件下，在12 h的染料降解過(guò)程中，有外加碳源時(shí)NB染料去除率均高于無(wú)加外加碳源時(shí)的去除率，有外加碳源時(shí)R1中12 h脫色率為98.5%，無(wú)外加碳源時(shí)92.3%;有外加碳源時(shí)R2中12 h脫色率為96.1%，無(wú)外加碳源時(shí)81.0%;有外加碳源時(shí)R3中12 h脫色率為97.3%，無(wú)外加碳源時(shí)88.5%.根據(jù)圖 6中不同時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的染料濃度分析，有外加碳源條件下，在2 h以后微生物對(duì)染料降解符合零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，R1、R2、R3反應(yīng)器對(duì)NB染料降解動(dòng)力學(xué)速率常數(shù)分別為0.458、0.820和0.784 mg ·(L ·h)-1(R2分別為0.971、0.954、0.948)，在無(wú)外加碳源條件下，在2 h以后微生物對(duì)染料降解符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，R1、R2、R3反應(yīng)器的動(dòng)力學(xué)速率常數(shù)分別為0.105、0.040和0.063 h-1(R2分別為0.967、0.900、0.966).外加葡萄糖對(duì)NB染料的生物降解具有促進(jìn)作用，并改變了該染料生物降解的動(dòng)力學(xué)特征，易生物降解物質(zhì)在偶氮染料降解過(guò)程中為微生物代謝提供了優(yōu)質(zhì)的代謝基質(zhì)，微生物處于良好能量狀態(tài)，通過(guò)共代謝作用加速了染料降解進(jìn)程.

　　對(duì)比有外加葡萄糖條件下2 h后染料降解動(dòng)力學(xué)參數(shù)，染料降解速率常數(shù)在好氧條件下最低，在厭氧條件下反而最高，這似乎與前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾;實(shí)際上，在有外加碳源條件下2 h時(shí)染料的大部分已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了初步生物降解，而且好氧條件下的降解效率最高，厭氧/好氧交替條件次之，厭氧條件下最低，2 h以后的生物降解過(guò)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(shí)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(dòng)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(dòng)力學(xué)特性和動(dòng)力學(xué)參數(shù)也存在較大差別，染料生物降解過(guò)程是個(gè)復(fù)雜的系列反應(yīng)，特別是隨著對(duì)微生物具有強(qiáng)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(tuán)受到破壞的染料降解動(dòng)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(shí)驗(yàn)的12 h內(nèi)，不同曝氣條下有外加碳源時(shí)NB染料降解情況和無(wú)外加碳源時(shí)類(lèi)似，均是厭氧條件降解速率最小，厭氧/好氧條件次之，好氧條件最大.由此可見(jiàn)，外加碳源通過(guò)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(duì)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最大.

　　2.4 NB染料降解生物降解過(guò)程分析

　　NB染料濃度為400 mg ·L-1，在有外加碳源條件下，染料在R1、R2、R3反應(yīng)器中24 h生物降解過(guò)程全波段紫外光譜如圖 7所示.

圖 7 染料降解過(guò)程全波段光譜圖

　　分散染料NB呈藍(lán)黑色，其最大吸收波長(zhǎng)在600 nm左右.由圖 7可見(jiàn)，在染料色生物降解過(guò)程中，在200~350 nm區(qū)間，3個(gè)反應(yīng)器的波譜形狀類(lèi)似、波譜面積相近，苯環(huán)、不飽和烴和共軛烯烴在250 nm左右均存在較強(qiáng)特征峰，推測(cè)在244 nm左右處出現(xiàn)波峰的物質(zhì)包含上述幾種物質(zhì)，這類(lèi)物質(zhì)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中波譜形狀和大小沒(méi)有較大變化，意味實(shí)驗(yàn)條件下此類(lèi)物質(zhì)始終未得到充分降解;聯(lián)系反應(yīng)器對(duì)廢水COD的降解效率，經(jīng)過(guò)24 h的生物降解，廢水中的大部分污染物逐漸被去除，紫外光譜中體現(xiàn)出的此類(lèi)污染物保持較穩(wěn)定的濃度，可能是此類(lèi)污染物在實(shí)驗(yàn)條件下的平衡濃度.在可見(jiàn)光區(qū)域 (400~700 nm)，3個(gè)反應(yīng)器中波譜形狀相似，而且隨著生物降解時(shí)間的延長(zhǎng)，染料最大吸收波長(zhǎng)處的波峰均明顯降低，染料偶氮雙鍵發(fā)色基團(tuán)得到了充分降解，NB染料獲得了較高的生物降解效率;比較而言，經(jīng)過(guò)24 h生物降解，R1反應(yīng)器中染料降解率最高，R2反應(yīng)器次之，R3反應(yīng)器最低.再比較3 h和6 h的波譜，好氧條件下偶氮雙鍵的降解效率最低，遠(yuǎn)低于厭氧條件下的降解速度 (厭氧/好氧交替此時(shí)也是處于厭氧狀態(tài))，說(shuō)明了厭氧環(huán)境對(duì)于偶氮染料生物降解的重要作用.

　　2.5 染料降解中間產(chǎn)物分析

　　對(duì)NB染料生物降解過(guò)程的產(chǎn)物進(jìn)行GC-MS分析，根據(jù)GC-MS實(shí)驗(yàn)結(jié)果和相關(guān)報(bào)道，推測(cè)NB染料可能的一種生物降解路徑.

　　圖 8顯示了NB分子一種可能的生物降解路徑.由于NB染料是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、單偶氮鍵的偶氮染料，其易被生物降解、且降解路徑相對(duì)較簡(jiǎn)單.首先NB染料中偶氮鍵在偶氮還原酶的催化作用下斷裂生成 (S1) 2，4-二硝基苯胺和 (S6) 2-氰基-4-硝基苯胺兩種芳香胺化合物，根據(jù)GC-MS測(cè)得數(shù)據(jù)分析，這兩種苯胺類(lèi)物質(zhì)在微生物進(jìn)一步的作用下繼續(xù)降解.在S1的降解路徑中，首先S1通過(guò)還原反應(yīng)生成S2(4-甲氧基-2-硝基苯胺)，然后S2通過(guò)脫氨基作用生成S3(3-硝基苯甲醚)，而S3又通過(guò)水解和取代反應(yīng)生成更加穩(wěn)定的中間代謝產(chǎn)物S4(3-羥基苯甲酸)，S4在微生物的作用下苯環(huán)解環(huán)生成不飽和脂肪酸S5(順-2-羥基-1, 4-丁烯二酸)，最終S5被完全降解生成CO2和H2O，實(shí)現(xiàn)染料的完全降解;同樣地，S6也有類(lèi)似的降解路徑. S6通過(guò)脫氰基反應(yīng)生成S7(對(duì)硝基苯胺)，后S7通過(guò)水解反應(yīng)脫去氨基和硝基生成S8(4-甲基苯酚)，而又根據(jù)文獻(xiàn)的研究結(jié)果，推測(cè)S8生成S9(對(duì)羥基苯酚)，S9通過(guò)氧化反應(yīng)生成S10(對(duì)羰基環(huán)己二烯)，后S10通過(guò)苯環(huán)解環(huán)生成不飽和脂肪酸S11(1, 4-丁烯二酸)，最終S11被完全降解生成CO2和H2O，同樣實(shí)現(xiàn)染料的完全降解。

圖 8 染料可能的生物降解路徑

　　3 結(jié)論

　　(1) NB染料的生物降解效率，好氧條件下最高，厭氧/好氧交替條件次之，厭氧條件下染料降解效率最低;在同一反應(yīng)器中，隨著染料濃度的增加，微生物對(duì)NB染料的降解效率逐漸下降.厭氧條件對(duì)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(jìn)程.

　　(2) 染料生物降解的動(dòng)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(duì)NB染料的生物降解具有促進(jìn)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(duì)染料降解為零級(jí)反應(yīng)，在無(wú)外加碳源條件下，2 h后微生物對(duì)染料降解為一級(jí)反應(yīng).

　　(3) 不同實(shí)驗(yàn)條件下，NB染料偶氮雙鍵發(fā)色基團(tuán)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(guò)一系列生物降解作用，最終開(kāi)環(huán)直至被完全生物降解.