印染废水在现代生物技术染整设备处理中的研究应用
（一）前言
印染废水水量大、色度深、碱性大、有机污染物含量高、水质复杂多变，可生化性不强，是公认的难处理废水之一。特别是近年来，随着染料工业的飞速发展和人们对物质生活要求的提高，新型助剂、染料、整理剂等在印染行业中被大量使用，其分子结构日趋复杂，性能也越来越稳定，给处理带来了很大的困难。采用传统的活性污泥法、生物膜法等生物技术很难将废水处理达标排放。所以探索新的、更为有效的现代生物技术来处理印染废水就很有必要。
现代生物技术在环境污染治理领域的应用主要集中在三个方面：1.具有高效净化能力的微生物种类及菌株的寻找分离、筛选以及基因工程菌的人工构建；2.常规生物处理技术的生物学原理及强化方法；3.自然生物处理技术及氧化塘、生物塘、以及综合生物塘、人工湿地等处理方法。而通常所指的现代生物技术即生物工程，它是以生命科学为基础，利用生物（或其组织、细胞等）的特性和功能，设计、构建具有预期性能的新物质或新品系，以及与工程原理相结合，加工生产产品或提供服务的综合性技术，主要包括基因、细胞、酶和发酵等工程等四大技术体系。
（二）现代生物技术在印染废水处理中的应用现状
1.高效菌筛选分离处理技术。印染废水具有较强的特异性，单纯利用常规的微生物很难实现对印染废水中污染成分的降解和脱色处理。筛选具有特异性能的高效菌成为处理印染废水较为常用的现代生物技术之一。国内外专家在寻求高效菌种方面已经做了大量的工作，发现混合微生物比纯菌种对难降解的染料有更好的降解作用，这可能是以共代谢为基础的协同作用的结果。目前将共代谢机制用于生物强化系统中的实例还不多见。常用的方法是采集印染厂的活性污泥经培养、驯化而获得生物菌，并在污水处理过程中不断地重复接种使用。罗国维、林世光等在上世纪80年代研究开发的“优势菌处理工业废水技术”中，通过投加经过筛选的优势菌群，结合强化不完全厌氧（水解）和好氧两个过程，使系统的脱色率高达90%以上。吴赞敏等从印染厂采集活性污泥，进行驯化、分离，获得四株不同的菌种，并从中筛选出对兰纳素藏青B-01脱色效果最好的一株菌株X3，经脱色培养3～4d，菌株X3对染料的脱色效果最高：30～35℃时，菌株对染料的脱色率为51.5%～65.07%。
2.基因工程技术。基因工程是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译和表达。由于印染废水中有机物质结构非常稳定，单纯利用自然界中的微生物很难对其进行降解处理。而利用细胞融合基因工程等方法可以跨越天然物种的屏障，克服固有生物种间的限制，扩大和带来了定向创造新生物的可能性。所以，设计并构建具有高效专一的降解功能的基因工程菌，可以有效地对印染废水进行处理。
李尔炀等采用多基因转化技术构建多功能工程菌（降解性工程菌LEY4和脱色工程菌LEY5）处理印染废水，对处理工艺条件进行了研究，用正交试验法研究了各影响因素对废水处理效果的影响程度和最佳工艺条件。各影响因素对废水处理效果影响的程度，由大到小的顺序为：菌体浓度、停留时间、pH、通气量；最佳工艺条件为：菌体质量浓度2.0g/L，停留时间10h，pH8.0，通气量1.85L/min。在最佳工艺条件下，工程菌(LEY5-LEY4)系统对印染废水的COD去除率为77.8%、脱色率为72.6%，均高于高效混合菌和活性污泥系统。
3.细胞工程技术在印染废水处理中的研究应用。细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的理论和方法，按照人们的设计蓝图，进行在细胞水平上的遗传操作及进行大规模的细胞和组织培养。通过细胞工程可以生产有用的生物产品或培养有价值的植株，并可以产生新的物种或品系。在环境工程中应用得较多的是其中的原生质体融合技术。通过原生质体融合可以集中双亲的优良性状，并可以产生新的性能，这一现象在环境治理中有着极为重要的应用价值。
1983年英国IDI采用固定化细胞反应装置处理含氰废水，这是生物技术在环境科学领域中达到实用化的先例。吴国庆等采用吸附法及聚集一交联固定化紫色非硫光合细菌混合菌株（PSB）处理印染废水及含酚废水，在光照厌氧条件下，聚集-交联PSB固定化细胞经解毒活化后，酶活性增高，脱氢酶活力比自然细胞高1.0～1.5倍,脱色速度提高30%。
4.生物发酵技术在印染废水处理中的研究应用。发酵工程主要是利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程，是最早涉及环境污染治理领域的工程技术。目前常用的生物发酵技术主要有：1.上流式厌氧污泥床法（USAB法）；2.水解-好氧生物处理法（H/O）、生物除磷脱氮技术、好氧生物处理法（A/O）、间歇式活性污泥法（SBR）；
3.生物反应器技术。
曾国驱、孙国萍等采用ABR结合SBR法处理印染废水，在HRT为24～36h，污泥负荷为0.43～2.46kg/COD（m3?d），进水pH值为6.5～8.0，温度20℃～35℃；SBR段的溶解氧为2mg/L，曝气时间为3～10h，沉淀时间为2h的条件下，COD、色度和苯胺去除率分别为32%～95%、89%～99%和50%～98%，其出水COD为30.0～97mg/L，色度为8～40倍，苯胺浓度为0.20～0.95mg/L，达到了国家一级排放标准。孙群荣等运用H/O工艺处理高浓度棉布纺织印染废水，运行结果表明，CODCr的平均去除率为93.6%，色度的平均去除率为96.7%，出水的各项指标均符合《纺织染整工业污染物排放标准》GB4287-1992一级标准。且该工艺具有剩余污泥少、耐冲击负荷能力强、难降解有机物去除效率高等优点。
5.酶工程技术在印染废水处理中的研究应用。
酶是由生物个体产生的具有高效催化活性的蛋白质，是生物催化剂，专一性强、效率高。单一的酶针对特定的污染物具有极高的净化效果。活性污泥中的原生动物对污水的净化作用与各自的酶活性有关。
据报道，许多白腐菌能够产生降解木质素酶LiP，MnP和漆酶，或者产生这些酶中的一种。LiP具有较高的氧化还原电位倾向将非酚类化合物甲氧基木质素次单元作基质，漆酶对单及多酚基质的邻、对位羟基去除一个氢原子和从芳香胺上得到一个电子具有催化作用，形成能够进而发生解聚、重聚、脱甲基化或成醌的自由基。S.commune，S.rolfsii，Polyproussp.和N.crassa制备的漆酶制剂中单独加入MnP或同时和LiP一起加入，可明显提高所有偶氮染料靛蓝染料酸性蓝17，活性蓝19（蒽醌染料）和碱性红9基（三芳甲烷染料）的脱色程度（大于25%）。另外，固定化酶是最为常用的酶工程技术之一。固定化酶因受到载体的保护，还可以回收、再生和重复使用。筛选出来的高效菌种固定后，抗毒和忍耐力增强。一些发达国家已利用固定化技术制备出酶布、粉、酶柱等，用于处理含一种或少数几种已知污染物的工业废水；应用固定化细胞处理有机污染物、无机金属毒物和废水脱色。Lopez等将采用白腐真菌的酶膜生物反应器对连续流动的活性橙Ⅱ进行处理,在MnP的酶活力为150～200U/L时，脱色率可达95%。
6.生物絮凝技术。
絮凝剂已经广泛应用于各种工业废水处理。微生物絮凝剂是一类由细菌、真菌等微生物产生的有絮凝活性的代谢产物。有糖蛋白、多糖、蛋白质、纤维素和DNA等。虽然它们性质各异，但均能快速絮凝各种颗粒物质，尤其在废水脱色中具有独特效果。加之使用成本低、安全、不会导致二次污染等优点，已日益引人关注。目前筛选出19种具有絮凝能力的微生物。其中霉菌8种，细菌5种，放线菌5种，酵母菌1种。随着生物技术的发展，生物絮凝剂的开发与应用具有良好的发展前景。利用生物技术从微生物或其分泌物提取化而获得的安全、高效、降解的微生物絮凝剂“吸附桥联”的方式将微粒搭桥连接成絮凝体目前的研究多局限于菌种的筛选、絮凝剂性能研究。
张志强、林波以啤酒废水为培养基，利用其中的碳源和能源对复合菌群进行发酵培养，制得微生物絮凝剂，将此絮凝剂处理靛蓝印染废水，最大去除率和脱色率分别达79.2%和87.6%。
（三）应用中存在的问题
将现代生物技术应用于印染废水的处理中，有效地解决了运用其它技术所难以解决的问题，创造了很好的环境效益和经济效益，但是在运用中同样存在着一些问题。比如基因工程菌应用的安全性问题。生物安全问题具有很大的不确定性，微生物对人体健康和生态环境的影响，既与生物的种类、遗传稳定性和生物学特性有关，又与产品的应用目的和使用方法、接受环境和应用规模有关。基因工程菌进入净化系统后需一定适应期，降解功能下降时，可重新接种，基因工程菌易生存，并发挥功能。但其安全有效性有待深入研究，尤其对微污染源水。施放基因重组微生物之前，必须了解它在环境中的存活能力、质粒的稳定性、对环境的污染影响以及对人类的健康是否造成危害等。而固定化酶技术由于固定的酶较为单一，固定化酶技术难以达到理想效果，加之造价高，难以广泛应用染整设备。现代生物技术在印染废水处理中得到更好的应用亟待解决以下三个方面的问题：
1.从实验室进入模拟系统和工程应用中，进一步加强基因工程菌和细胞工程均的遗传性、净化功能及安全性研究。
2.培养新的特效物种并进一步染整设备提高其应用染整设备效率、降低应用成本；运用各种相关技术加以优化组合，尤其是高效、低能耗、易普及的特种微生物与特殊工艺的最佳结合。
3.创造高絮凝活性的新物种，实现生化与絮凝的有机结合，找出微生物絮凝剂的最佳应用场所；将促进微生物生长的物质加载到常规絮凝剂上，构成三维空间结构，维持絮体完整性，缩短流程又减少微生物投加量。
