【正文】 重的環(huán)境問(wèn)題 [1,2]。 由于許多從紡織工業(yè)排出的染料是有毒的，致癌性和誘變性的，合成染料排放到對(duì)環(huán)境可能帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染，危害人體健康，因此，從排放到環(huán)境中的排放物除去這些染料是非常必要的和重要的。白腐 真菌 菌是一種主要的木材腐朽菌。研究顯示白腐真菌降解木質(zhì)素和各種頑抗異生素時(shí)，木質(zhì)素過(guò)氧化物酶（ LIP） 、 依賴過(guò)氧化物酶（ MnP）和漆酶等胞外非特異性木質(zhì)素降解酶參與其中。與其他技術(shù)相比，白腐真菌對(duì)合成染料的脫色效率更高，更具成本效益，更環(huán)境友好。 染料廢水的處理技術(shù) 物理處理法 有機(jī)染料是一大類(lèi)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、難以降解的化學(xué)品 ， 一般的物化處理法，即常規(guī)物理、化學(xué)方法，常常達(dá)不到對(duì)含染料廢水進(jìn)行有效脫色的目的 。 (1) 輻射法 近年來(lái)，輻射法處理染料廢水得到了較大發(fā)展，如電離輻射、紫外輻射等。采用遠(yuǎn)紫外光解法進(jìn)行了 3 個(gè)家族染料廢水處理的研究。然而 , 這一過(guò)程中盡管 COD 也隨之下降， 但 BOD 卻有所增加， 這種技術(shù)因此只能作為廢水生物處理的一個(gè)預(yù)處理手段。染料廢水處理中 , 吸附法主要應(yīng)用于預(yù)處理和深度處理 , 活性炭和樹(shù)脂等是常用的吸附劑 , 但其缺點(diǎn)是成本高 , 需要再生。 Sanghi 等 [46] 認(rèn)為一些生物可降解的、低成本的甚至是廢棄物都是有效的吸附劑。閻存仙 [7] 研究了粉煤灰對(duì)活性染料、酸性染料、直接染料、陽(yáng)離子染料、硫化染料和還原染料的脫色能力 , 確定了脫色率為91% 99% 時(shí)的工藝條件 。采用頁(yè)巖油灰處理活性染料廢水 , 效果良好。宋光蒲等 [ 6] 研究了陽(yáng)離子交換纖維對(duì)陽(yáng)離子染料的脫色作用 , 結(jié)果表明 , 陽(yáng)離 子交換纖維只要制作得當(dāng) , 其吸附、脫色性能遠(yuǎn)優(yōu)于一般活性炭。駱廣生等 [ 7] 基于染料的荷電性質(zhì) , 選用幾種有代表性的染料以正丁醇為萃取劑研究了電泳萃取方法進(jìn)行染料水處理的可行性 , 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 , 電泳萃取技術(shù)是一種很好的染料回收技術(shù)。其原理是存在于可逆膠囊中與染料相異電荷的表面活性劑主要基團(tuán)與染料分子之間的靜電作用。 在陰離子十二烷基苯硫酸鹽表面活性劑存在下 , 戊基乙醇作為萃取溶劑 , 陽(yáng)離子亞甲基藍(lán)也得到有效分離。磁分離法不僅能直接處理給水和工業(yè)廢水中的各種細(xì)微的弱磁性、順磁性物質(zhì) , 而且還能分離出不具磁性的細(xì)菌、病毒、藻類(lèi)、懸浮物、有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物、油脂類(lèi)和重金屬等 , 其應(yīng)用范圍非常廣泛。采用活性炭的吸附特性與鐵氧化物的磁性相結(jié)合 , 獲得一種新的磁性吸 附劑用于處理有機(jī)污染廢水 , 包括對(duì)有機(jī)染料廢水的處理。 (4)混凝沉降法 東北電力大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 混凝沉降是處理染料廢水經(jīng)常采用的方法之一 , 是迄今為止屬于工藝上比較成熟、處理效果比較穩(wěn)定的染料廢水處理方法。最近 , 混凝絮凝機(jī)理和行為的研究熱點(diǎn)集中在無(wú) 機(jī)高分子絮凝劑 ( IPF) [ 9] 。除混凝劑本身的特性決定了其沉降性能 , 環(huán)境因素包括溫度、 pH 和Eh 等也會(huì)促進(jìn)或抑制其功能的發(fā)揮。湯鴻霄 [ 9] 認(rèn)為 ,IPF 的絮凝機(jī)理介于傳統(tǒng)混凝劑與有機(jī)絮凝劑之間?；炷ㄌ幚砣玖蠌U水的研究主要是混凝劑的研究開(kāi)發(fā) , 包括無(wú) 機(jī)混凝劑、有機(jī)合成混凝劑以及天然高分子混凝劑 , 其中有機(jī) 無(wú)機(jī)復(fù)合型混凝劑成為近來(lái)研究的熱點(diǎn) 。張凱松等 [ 10] 研究表明 , 采用他們研制的無(wú)機(jī) 有機(jī)復(fù)合混凝劑處理染料廢水 , 效果比 PAC 更為顯著。 (5) 氧化法 氧化法也是含染料廢水處理常用的方法 , 目前主要有 ： 高溫深度氧化法、化學(xué)氧化法和光催化氧化法 [ 10] 。自 1958 年首次采用濕式催化氧化法處理造紙黑液以來(lái)，濕式催化氧化技術(shù)有了很大的進(jìn)展。 第 1 章 緒 論 5 生物處理法 生物處理法分為好氧法和厭氧法。實(shí)踐表明 , 傳統(tǒng)的生物學(xué)廢水處理廠并不能對(duì)紡織、印染廢水中的有機(jī)染料起到有效的降解作用。 Shaw 等采用厭氧好氧共代謝原理，研制了一個(gè)分 6 步走的序列氧化 還原批反應(yīng)器，用于處理偶氮染料，結(jié)果表明 ,66% 的總有機(jī)碳被去除 , 脫色率達(dá)到 94%。染料的微生物脫色機(jī)理復(fù)雜、多樣，有些過(guò)程尚不十分明確。微生物對(duì)染料的脫色、降解 , 過(guò)去大多集中在兼性厭氧菌如假單胞菌 ( Pseudomonas ) 、芽孢桿菌及光合細(xì)菌 [ 14] ， 近年來(lái)逐漸篩選到了一些新種 ,用篩選到的海洋藻青菌 ( Phormidium valderianum) 處理酸性 紅 11直接黑 155, 有較好效果 , 去除率達(dá)到 90%。許多白腐真菌對(duì)染料有廣譜的脫色和降解能力 , 可能是由于其在次生代謝階段產(chǎn)生的木質(zhì)素過(guò)氧化酶和錳過(guò)氧化酶所致。研究表明 , 白腐真菌 ( Phanerochaete chrysosporium) 對(duì)一些染 料廢東北電力大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 水 , 如酞菁染料 Remazol 綠藍(lán) G13 Everzol 綠藍(lán)和 Heligon 藍(lán) S4 等有較好的生物吸附作用 , 并通過(guò)胞外酶 ( 如錳過(guò)氧化酶 ) 的代謝作用使染料得以脫色。 理化 生物結(jié)合法 采用單一的物化法或單一的生物處理法處理有機(jī)染料廢水 , 雖然有其各自的優(yōu)點(diǎn)但缺點(diǎn)也很明顯 ,研究人員開(kāi)始嘗試將物化法和生物法聯(lián)合起來(lái) , 至今已經(jīng)取得了良好的效果。 Walker 等 采用細(xì)菌 ( 一種假單胞菌 Pseudomonasputida NCIMB 9776) 固定在粒狀活性炭( Filtrasorb400) 上處理含酸性染料的地毯印染廠廢水 , 其效果大大好于活性炭。盧平等 [17] 在傳統(tǒng) 處理工藝的基礎(chǔ)上 , 采用水解酸化 接觸氧化法處理印染廢水 , 試驗(yàn)表明該工藝流程簡(jiǎn)單 ,處理效果好 , 出水水質(zhì)穩(wěn)定。白腐真菌降解作用是在 20 世紀(jì) 80 年代初首次由《 Science》報(bào)道， Tien 和 Glenn兩研究小組幾乎在同一時(shí)間發(fā)現(xiàn)了黃孢原毛平革菌的培養(yǎng)液中存在木質(zhì)素過(guò)氧化物酶，此后得到了科研工作者們的廣泛關(guān)注，他們對(duì)白腐真菌的生物學(xué)性能、降解機(jī)理、生理生化指標(biāo)及其在環(huán)境治理中應(yīng)用等方面進(jìn)行了大量研究 [18]。 第 1 章 緒 論 7 白腐真菌的微生物學(xué)特征 白腐菌菌絲體一般為多核，少有隔膜，通常擔(dān)子菌的兩性結(jié)合是以鎖狀聯(lián)合方式形成新的雙核細(xì)胞，而白腐菌雖屬擔(dān)子菌綱卻無(wú)鎖狀聯(lián)合。 目前，已研究的白腐真菌有 : 黃抱原毛平革菌 (Phanerochaete chrysosporuim)、彩絨革蓋菌 (Coliolus versicolor)、變色栓菌 (Trametes tvesricoolr)、射脈菌 (Phlebia radiata)、鳳尾菇 (pleurotus pulmonarius)、朱紅密孔菌 (Pyoporus cinnabarinus)等 [19]其中研究得最多、也是最重要的是黃抱原毛平革菌及其所產(chǎn)生的木素過(guò)氧化物酶和錳過(guò)氧化物酶，該菌廣泛分布于北美各地，在我國(guó)尚未發(fā)現(xiàn)，包括其在內(nèi)的一些典型白腐菌及其來(lái)源見(jiàn)表 11。 (2)培養(yǎng) pH 值 :所有的白腐真菌適宜的培養(yǎng) pH 值為 .45～ 之間。實(shí)際應(yīng)用中，利用廉價(jià)的農(nóng)業(yè)廢物如玉米棒、鋸屑等可大量地培養(yǎng)白腐真菌。 (5)抑制性物質(zhì) :抑制白腐 真菌脫色和降解的化學(xué)物質(zhì)主要有硫脈、疊氮化鈉、氰化物等。但適當(dāng)?shù)臄嚢韬驼駝?dòng)有利與物質(zhì)之間的傳遞，從而促進(jìn)其脫色和降解效果。 白腐真菌降解染料廢水機(jī)理 白腐真菌對(duì)各種環(huán)境污染物的降解原理，是生物學(xué)機(jī)制及一般的化學(xué)過(guò)程兩者的有機(jī)結(jié)合。它們的主要規(guī)律及相關(guān)概念如下 : (1)降解啟動(dòng)條件 白腐真菌的降解活動(dòng)只發(fā)生在次生代謝階段，與降解過(guò)程有關(guān)的酶，只有當(dāng)一些主要營(yíng)養(yǎng)物如氮、碳、硫限制時(shí)才形成。 (2)降解的主要酶系統(tǒng) 白腐真菌在對(duì)營(yíng)養(yǎng)限制作應(yīng)答反應(yīng)時(shí)形成一套酶系統(tǒng) : 產(chǎn)生 H2O2的氧化酶 :細(xì)胞內(nèi)葡萄糖氧化酶和細(xì)胞外乙二醛氧化。需H20:的過(guò)氧化物酶 :木質(zhì)素過(guò)氧化物酶 (LIP)— 催化非酚類(lèi)芳香族底物，錳過(guò)氧化物酶 (Mnp)— 催化酚類(lèi)、胺類(lèi)及染料等依賴 Mn 的氧化，均在細(xì)胞內(nèi)合成，分泌到細(xì)胞外，以 H2O2為最初氧化底物。上述酶共同組成白腐真菌降解系統(tǒng)主體。 (4)降解活動(dòng)是細(xì)胞外進(jìn)行的 細(xì)胞學(xué)定位表明 :降解發(fā)生在細(xì)胞外。所以從總體上看白腐真菌的降解機(jī)制是 :依賴于一個(gè)主要由細(xì)胞產(chǎn)生 (分泌 )的酶系統(tǒng)組成的細(xì)胞外降解體系，需氧并靠自身形成的 H2O2激活，由酶觸發(fā)啟動(dòng)一系列自由基鏈反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)底物無(wú)特異性的氧化降解。 (1)不需經(jīng)過(guò)特定污染物的預(yù)條件化 細(xì)菌必須預(yù)先置于一定有效濃度的污染物才能誘導(dǎo)合成所需的降解酶。白腐真菌的降解酶的誘導(dǎo)與降解底物的有無(wú)及多少無(wú)關(guān)，它是靠營(yíng)養(yǎng)限制 (主要是喲來(lái)啟動(dòng)降解過(guò)程的。 (2)動(dòng)力學(xué)優(yōu)勢(shì) 細(xì)菌對(duì)化學(xué)物的降解多依賴酶促轉(zhuǎn)化，因此，降解遵循的是米氏動(dòng)力學(xué)，所以用細(xì)菌進(jìn)行 生物補(bǔ)救時(shí)必須考慮各種降解酶對(duì)污染物的 Km 值 (米氏常數(shù) )。相反，白腐真菌是通過(guò)自由基過(guò)程實(shí)現(xiàn)化學(xué)轉(zhuǎn)化的，化學(xué)物降解遵循的一般是準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)。 (3)對(duì)其他微生物的拮抗 白腐真菌對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的要求不高，利用象木屑、木片、剩余谷物、農(nóng)業(yè)廢棄物等這樣廉價(jià)的營(yíng)養(yǎng)源就可有效地培養(yǎng)。白腐真菌產(chǎn)生象真菌還能利用質(zhì)膜上的氧化還原系統(tǒng)，調(diào)節(jié)所處環(huán)境達(dá)到低 pH 值，所以一旦在微生物區(qū)系中導(dǎo)入白腐真菌后，那些與其有不同的最佳 pH 值的微生物就不能生長(zhǎng)，白腐真菌因此保持著一種競(jìng)爭(zhēng)上的優(yōu)勢(shì)。 +和另外，有毒污染物也不必先進(jìn)入細(xì)胞再代 謝。如氰化物是呼吸氧化酶的強(qiáng)抑制劑，一般代謝酶存在于細(xì)胞內(nèi)，細(xì)菌必須首先吸入氰化物，這又嚴(yán)重抑制細(xì)菌生長(zhǎng)。 (5)降解底物的非專(zhuān)一性 白腐真菌的非專(zhuān)一性降解機(jī)制，使其不僅能降解各種結(jié)構(gòu)不同的化學(xué)物，甚至連雜酚油、芳氯物這樣的污染物混合物也能一直降解至 COZ。因?yàn)槎鄶?shù)污染物在環(huán)境中實(shí)際上是以多種污染物混合共存的方式存在的，白腐真菌的這種非專(zhuān)一性降解特點(diǎn)，無(wú)疑具有更大的實(shí)用性。由于大部分微生物系統(tǒng)都只能被用于水溶液中可溶性底物的處理，第 1 章 緒 論 11 而許多污染物又是不溶的 (如 DDT)，也不易被吸收到顆粒性的物質(zhì)上，這就限制了微生物對(duì)底物的攻擊?？偠灾赘婢喾N優(yōu)越性于一身，其降解功能表現(xiàn)出高效、低耗、廣譜、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)，它們有別于一般微生物，在環(huán)境治理方面不失為有希望有前途的技術(shù)與工具。 碳纖維負(fù)載白腐真菌 眾所周知 , 碳材料與微生物具有良好的相容性 ,粒狀活性炭作為生物膜載體已用于污水脫氮處理 , 但它存在易堵塞、易流失及造成二次污染等弊端。由于碳纖維 ( CF) 包括活性碳纖維 ( ACF) 與活性炭粒同是碳材料 , 雖然碳纖維和活性炭粒在使用形態(tài)、孔結(jié)構(gòu)、表面元素組成等方面存在差異 , 但人們可根據(jù)生物材料的使用要求在制備過(guò)程中方便地對(duì)碳纖維表面化學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性能和使用形態(tài)進(jìn)行調(diào)整。 本文主要研究了碳纖維吸附法白腐真菌對(duì)染料廢水的處理情況。并且，固定化載體和微生物有良 好的相容性，其具有 無(wú)毒、不溶于水、制備簡(jiǎn)便等特點(diǎn) [20]，因此可作為新型的固定化載體對(duì)細(xì)胞進(jìn)行簡(jiǎn)單、快速、有效的吸附固定。 課題的研究意義和內(nèi)容 課題 的研究意義 綜觀國(guó)內(nèi)外對(duì)于白腐真菌的研究成果不難看出，雖然這類(lèi)研究肇始于上個(gè)世紀(jì) 80 年代早期，但初期的研究多偏重于降解機(jī)理方面，近年來(lái)，將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于工程實(shí)踐的研究漸多，然而距離真正的工程實(shí)際應(yīng)用，無(wú)疑還有相當(dāng)長(zhǎng)東北電力大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 的路要走。為了能夠進(jìn)行工業(yè)化的應(yīng)用，首要任務(wù)是研究出新的處理方法，以解決處理效率低等影響工業(yè)生產(chǎn)的問(wèn)題。 與游離細(xì)胞相比，固定化細(xì)胞具有細(xì)胞密度大，微生物流失少，產(chǎn)物易分離等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)工作菌的重復(fù)利用。 本實(shí)驗(yàn)的研究?jī)?nèi)容 （ 1）用特定的培養(yǎng)基從腐爛的木頭中篩選白腐真菌，并對(duì)所篩選的白腐真菌菌種進(jìn)行鑒定。 （ 3）分別用改性前和改性后的碳纖維負(fù)載白腐真菌處理含次甲基藍(lán)單一染料的模擬廢水。 （ 4）在改性的基礎(chǔ)上利用聚乙烯醇 海藻酸鈉包埋法固定化白腐真菌，研究其對(duì)混合染料廢水色度去除效果的改善程度。第 2 章 實(shí)驗(yàn)材料與方法 13 第 2 章 實(shí)驗(yàn)材料及方法 材料、儀器及試劑 菌種 本實(shí)驗(yàn)所使用的白腐真菌 采用從柳樹(shù)腐朽枝干中自行分離的菌株 。 7H2O g/L； MnSO4 mg/L；無(wú)水 FeSO4 g/L； NaCl mg/L； NH4NO3 2 g/L； CaCl2 g/L；葡萄糖 15 g/L； VB1 mg/L； 。 7H2O g/L；瓊脂 g/L；維生素 B1微量。 種子培養(yǎng)基： 葡萄糖 2 g/L；蛋白胨 g/L；酵母膏 g/L；檸檬酸 g/L； Na2HPO4 7H2O g/L；乙醇 g/L； pH 。 12 H2O g/L； KH2PO4 g/L； MgSO4 實(shí)驗(yàn)所用染料 次甲基藍(lán) 次甲基藍(lán)為 帶青銅光澤的發(fā)亮深綠色結(jié)晶或細(xì)小深褐色粉末，無(wú)氣味，在空氣中穩(wěn)定，易溶于水，熱乙醇及氯仿，不溶于醚和苯。 H2O 相對(duì)分子量： 最大吸收波長(zhǎng)λ max： 658nm 類(lèi)別：雜環(huán)類(lèi)染料 分子結(jié)構(gòu)： 第 2 章 實(shí)驗(yàn)材料與方法 17 剛果紅 剛果紅為棕紅色粉末，溶于水呈黃紅色，溶于醇呈橙色，極微溶于丙酮，