氧化还原介体对光合细菌偶氮染料脱色的促进作用

本课题针对偶氮染料废水厌氧生物脱色速度慢和系统稳定性差这两个瓶颈问题，设计相关实验方案并采用一系列分析测试手段，应用氧化还原介体强化光合细菌对偶氮染料的脱色。在研究活性黑5（RB5）生物脱色自催化机制的基础上，应用RB5作为内源介体催化其它染料脱色，揭示微生物-介体-染料间电子传递规律，形成介体强化微生物脱色作用系统理论；制备蒽醌-2-磺酸钠（AQDS）插层水滑石，通过调变AQDS插层水滑石结构优化AQDS的缓释性能，并将其作为染料生物脱色的催化剂；开发出适于高色度染料废水处理的缺氧光生物转盘反应器，提出相关的调控策略，在此基础上，利用内源介体RB5及AQDS插层水滑石强化光生物转盘对染料废水的处理效果，获得两种介体在生物工艺中应用与控制的方法。

本课题针对偶氮染料废水厌氧生物脱色速度慢和系统稳定性差这两个瓶颈问题，设计相关实验方案并采用一系列分析测试手段，应用氧化还原介体强化光合细菌（PSB）对偶氮染料的脱色。.研究了偶氮染料活性黑5（RB5）在沼泽红假单胞菌W1作用下的生物脱色，发现RB5生物脱色具有自催化作用，并且RB5的脱色代谢物（DM）还能够催化其它染料的脱色。这是因为DM中的1-2-7-三氨基-8-羟基-3-6-萘二磺酸（TAHNDS）是一种氧化还原介体，可通过改变细菌细胞表面的电子流向来促进染料脱色。这使RB5能够作为一种内源介体，催化酸性红1（AR1）的脱色，它能使AR1的脱色速率提高近一倍。厌氧硫酸盐还原产生的硫化物也能经由DM的媒介促进RB5的化学脱色。细菌细胞膜膜表面的多种与膜电势形成有关的酶参与了氧化还原介体的还原，低浓度氧化还原介体蒽醌-2-磺酸钠（AQS）（≤0.01mmol/L）加入后导致细菌细胞膜电位临时性下降，促进染料脱色；高浓度的AQS（≥0.1mmol/L）导致细胞膜去极化，诱导细胞死亡。.DM中的TAHNDS在厌氧或好氧条件下不能被生物降解，但在缺氧条件下TAHNDS能被污泥转化为易降解的化合物。通过缺氧-好氧处理可实现TAHNDS的完全降解，其中TAHNDS的缺氧转化至为关键。氧化还原介体和硝酸盐均能加快TAHNDS的缺氧转化速率。.采用缺氧光生物转盘（PRBC）-好氧移动床生物膜（MBBR）组合工艺处理模拟偶氮染料废水，PRBC可在35d内启动成功。在PRBC光照时间≥12h/d，HRT≥10h的条件下，系统总色度、COD和TAHNDS的去除率分别为90.3、93.9 %和94%。PRBC具有光衰减低、不需进行菌体回流等特点，因此反应器内光合细菌种类丰富。不易形成生物膜的光合细菌主要借助于其它非光合细菌形成生物膜。在吸附阶段，通过非光合生物的胞外多糖（EPS）共聚集形成最初的生物膜基底；在分化阶段，非光合细菌形成的外膜将光合细菌笼罩在内部帮助其稳定。成熟光生物膜中的优势光合细菌主要有红假单胞菌属，红微菌属和绿菌属。.将RB5作为内源介体，可将PRBC-MBBR工艺的AR1脱色率从65%提高到90%左右。硫酸盐能在一定程度上改善内源介体RB5对系统脱色的促进。加入外源介体AQS柱撑类水滑石能显著提高组合工艺的脱色率和TAHNDS的去除率，从而缩短工艺的HRT，减少介体