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加脂剂和芳香族有机鞣剂对染料可生物降解的影响研究

郑力文  
【摘要】:随着社会环保意识的增强及各级政府环保执法力度的加强,皮革的清洁化生产成为企业开拓市场的重要元素之一。实现皮革清洁生产的关键是在生产过程中消除或消减污染,包括更环保的皮革化学品分子设计。研究皮革化学品共基质降解一方面能更真实的反应皮革化料在废水处理阶段的残留情况;另一方面可为更环保的皮革化学品分子设计提供理论基础。 染料是制革废水中主要污染物之一,其多为芳香化合物,难以生物降解,即使废水中残存的染料浓度很低,排入水体也会造成水体透光率和气体溶解度降低,导致生态系统的破坏。现有制革废水工艺对染料的处理主要依靠厌氧脱色和好氧吸附两个阶段。皮革化学品中的加脂剂较易降解,具有为染料的降解提供有效的碳源和能源以促进其生物降解的可能性。 本文以多种加脂剂商品为实验材料,测定了加脂剂对偶氮染料的脱色降解的影响。结果表明,在好氧条件下,易降解加脂剂由于能促进生物生长,从而提高制革活性污泥对染料的吸附作用,其中以磷酸酯盐类加脂剂促进作用最大。而在厌氧条件下,带磷酸基团加脂剂由于诱导聚磷菌的大量生长,聚磷菌在厌氧条件下合成聚羟基丁酸(PHB),与染料的偶氮还原过程形成竞争性抑制作用,从而染料的厌氧脱色作用被完全抑制。同时,带磷酸基团加脂剂对偶氮染料抑制作用的剂量-效应关系符合Monod模型。以酸性品红6B为实验材料,卵磷脂加脂剂对酸性品红6B脱色降解抑制作用的Emax和K值分别为-0.597days-1和212.503mg/L;而磷酸化加脂剂对酸性品红6B脱色降解抑制作用的Emax和K值分别为-0.510days-1和170.573mg/L。不带磷酸基团的易降解加脂剂由于降解过程中产生大量的还原态烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)和还原态黄素(FADH2),促进了染料的偶氮还原作用,从而提高了染料的厌氧脱色降解作用。同时,不带磷酸基团的易降解加脂剂对偶氮染料促进作用的剂量-效应关系符合Moser模型。以酸性品红6B为实验材料,磺化加脂剂对酸性品红6B脱色降解促进作用的Emax、K值和n值分别为0.491days-1、667.981mg/L和6.053;而氧化-亚硫酸化牛蹄油对酸性品红6B脱色降解促进作用的Emax、K值和n值分别为0.436days-1、467.088mg/L和8.311;而氧化-亚硫酸化鱼油对酸性品红6B脱色降解促进作用的Emax、K值和n值分别为0.626days-1、645.914mg/L和3.017。以氧化-亚硫酸化牛蹄油为共基质材料,40种皮革染料商品均的脱色降解程度均有一定程度的提高。 以矿物油为中性油的难降解加脂剂对染料的脱色降解既无促进作用也无抑制作用,而以阳离子基团为亲水基团的难降解加脂剂由于具有一定的生物毒性,对染料的脱色降解具有抑制作用,但相比于带磷酸基团的加脂剂,阳离子型加脂剂对染料脱色降解的抑制作用较小。 由于白腐菌能好氧降解染料,并能降低染料的生物毒性,本文从本地环境中分离出白腐菌Y.Fungus,并测定了其对染料的脱色降解潜力。以9种常用皮革染料为实验材料,好氧条件下,该真菌在48hours内对20mg/L染料具有一定程度的降解作用。Y.Fungus脱色降解染料的最适条件为pH4.5、温度40℃和震荡频率100rpm。Y.Fungus对高浓度染料也具有极强的降解能力,染料的初始浓度低于100mg/L,Direct Fast Bordeaux和Acid Red74的初始浓度与24hours降解浓度呈线性关系。而由于Y.Fungus降解染料的木素降解酶系在次生代谢阶段表达,对染料降解存在一个滞留时间,Acid Red74和Direct Black38的滞留时间分别为6.074hours和6.047hours。根据白腐菌的特性,芳香族有机鞣剂存在影响染料脱色降解的可能性,本文以4种植物鞣剂和1种酚醛类合成鞣剂为实验材料,测定了其对染料脱色降解的影响,5种鞣剂对Acid Red74脱色降解具有一定程度的抑制作用,其中以酚醛类合成鞣剂的抑制作用最大。根据对不同培养物中木素降解酶系酶活的测定,植物鞣剂对染料脱色降解活性的抑制作用主要是由于鞣剂对染料的竞争性抑制作用,而酚醛鞣剂对染料脱色降解活性的抑制作用是由对木素降解酶系合成的阻遏和对酶系活性中心竞争的共同作用产生。并且与4种植物鞣剂共基质条件下,随着染料的浓度增加,植物鞣剂的抑制作用也随之加大。而与坚木栲胶和酚醛鞣剂共基质时,随着有机鞣剂初始浓度的增加,坚木栲胶和酚酸鞣剂对AR74脱色降解的抑制作用均有增加的趋势。


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