利用中间产物加速偶氮染料的生物降解

Azo dyes are a class of recalcitrant toxic pollutants, which lead serious pollution to natural water environment because they are widely used in textile industries. Traditional biological technologies alone are usually ineffective for removing azo dyes. So it is urgent to develop a novel and effective technology of water treatment, and elaborate the mechanisms. This project will employ a strategy that ionizing radiation is coupled with biodegradation for azo dyes degradation. To enhance effective biodegradation, partial structure of azo dyes is destroyed to organic intermediate products with more effective electrons at first by means of ionizing radiation. The research strategies will be: (1) Intermediates from radiolysis of azo dyes will be analyzed quantitatively, and their radiolysis pathway will be proposed based on the analysis; (2) Biodegradability classification of organic intermediate products; (3) Mechanism of accelerating azo dyes biodegradation in single system, and (4) law of accelerating azo dyes biodegradation in composite system by using organic intermediate products, respectively. Innovations in this project are (1) Reveal the path of azo dyes biodegradation acceleration by using intermediate products, and (2) Quantitative description of relationship between available electron and azo dye biodegradation ratio. Solid theoretical foundation will be established for effective treatment of wastewater containing azo dyes.

偶氮染料属于典型的难降解有毒污染物，由于其广泛地应用于纺织行业而导致自然水环境严重污染。传统的单一生物处理方法往往不能有效地对其进行降解。因此开发一种新颖且高效的水处理技术，并阐明其相关机理就显得十分紧迫。本项目将采用电离辐射工艺对偶氮染料进行降解研究，试图通过电离辐射破坏偶氮染料的结构，进而得到携带较多有效电子的有机中间产物，并利用这部分中间产物实现对偶氮染料高效的生物降解。研究内容包括：(1)偶氮染料电离辐射降解途径的定量构建；(2)有机中间产物的可生化性分级；(3)中间产物加速单一体系中偶氮染料生物降解的机理；(4)中间产物加速复合体系中偶氮染料生物降解的规律。创新之处包括：(1)偶氮染料的中间产物加速其生物降解途径的揭示；(2)电子加速偶氮染料生物降解的定量描述。通过本项目的研究可为含偶氮染料废水的高效处理奠定扎实的基础。

偶氮染料属于典型的难降解有毒污染物，由于其广泛地应用于纺织行业而导致自然水环境严重污染。本项目采用紫外辐射对偶氮染料进行预处理，破坏偶氮染料的结构，进而得到携带较多有效电子的有机中间产物和携带质子的无机中间产物，并利用这部分中间产物实现对偶氮染料高效的生物降解。项目进行了偶氮染料辐射降解途径的定量构建，有机中间产物加速偶氮染料生物降解的机理，无机中间产物加速偶氮染料生物降解的机理，以及有机和无机中间产物对偶氮染料生物降解影响的强弱关系等研究。首次揭示了中间产物加速偶氮染料生物降解的途径，定量描述了电子加速偶氮染料生物降解的过程。本项目的研究成果为含偶氮染料废水的高效处理奠定了一定的理论基础。.偶氮染料AO7的有机中间产物对氨基苯磺酸和苯胺完全氧化的电子当量均为28，它们的分解代谢氧化产生内源性电子载体，可以加速AO7生物降解的各个步骤。分别添加辐照4小时和8小时产生的内源电子供体，对应偶氮染料生物降解速率被分别提升18%和60%。有机中间产物可以通过共基质的加速作用来提高偶氮染料的生物降解效率，而无机中间产物同样对偶氮染料的生物降解起到影响。本研究发现无机中间产物铵根（NH4+）对AO7的生物降解有明显的加速作用，而硫酸根（SO42-）作为另一种主要的无机中间产物对偶氮染料生物降解起到双重作用。在低浓度范围内，SO42-起到了促进作用，而高浓度时起到了抑制作用，BOD5值的顶峰出现在1.5 mg/L。整体上讲，无机中间体可以提高微生物呼吸速率，对微生物酶和辅助因子产生积极作用，从而改善整个微生物的代谢活动。然而，通过对比这两类中间产物对含偶氮染料活性污泥系统的比耗氧吸收速率的影响，发现无机中间产物对酸性橙7生物降解的加速作用弱于有机中间产物。