染料是纺织印染废水中常见的有机污染物，目前研究较多的是偶氮染料的去除，其是纺织废水中最常见的合成着色剂，偶氮染料是由一个或多个偶氮官能团和一个芳基和/或烷基组成的合成分子，一般分为酸性、活 性、分散染料等。偶氮染料中的偶氮键具有吸电子特性，使得其易发生还原反应，在厌氧条件下能够被厌氧菌还原断裂生成芳香胺，如 4 氨基萘-1-磺酸（4A1NS）和 1-萘 酚 -2 氨 基 -4 磺 酸（1N2A4S），实 现 染 料 的 脱色[7, 47]。但所形成芳香胺仍具有一定的毒性，能对生物体造成基因突变或是致癌[48]，且其不能在厌氧条件下进一步地降解去除，需要在好氧条件下方可实现进一步矿化[49]。芳香胺首先在好氧菌的作用下脱除其他芳环取代基，再发生氧化脱氨基反应，然后双羟基发生邻位裂解生成二元酸，最终经三羧酸循环矿化生成 CO2和 H2O[50]。所以，降解偶氮染料的限制因素在于能否在厌氧条件下将偶氮染料彻底还原为中间产物，以进一步在好氧条件下将中间产物矿化。

                      好氧颗粒污泥由于其独特的结构，在其内部存在不同的氧化还原环境，能够同时满足厌氧、好氧的条件，大大节省了运行时的占地面积，且由于生物量大、胞外聚合物含量高，能够抵抗染料所带来的毒性。好氧颗粒污泥存在孔隙通道，染料与有机底物通过通道进入颗粒核心，厌氧菌对偶氮染料进行还原生成芳香胺，生成的芳香胺再从颗粒核心迁移至好氧外层，在好氧条件下进一步降解矿化。以酸性红 14（AR14）为例，首先其偶氮键在好氧颗粒污泥的核心进行厌氧还原断裂并生成 4 氨基萘-1-磺酸（4A1NS）和 1-萘酚-2 氨基-4 磺酸（1N2A4S），随后 4A1NS 在好氧条件下进脱氨、芳环羟基化，再进一步氧化生成脂肪族羧酸最终矿化，而 1N2A4S由于氨基的邻位存在羟基造成结构不稳定会发生自 氧 化 生 成 其 他 稳 定 产 物。具 体 降 解 过 程见图 3。

                   一般来说，芳香胺易发生好氧降解，但磺化的芳香胺（存在磺酸基）较难好氧生物降解，这是因为磺酸基使得该类芳香胺抵抗生物降解作用。通常采用高级氧化、培养特定菌株等方式使得中间产物完全矿化。高级氧化的方法成本较高，而培养降解菌株的方式更经济。表 2 是参与矿化磺化芳香胺的相关功能菌株。

                       3 好氧颗粒污泥处理纺织印染废水的效果

                       为了验证好氧颗粒污泥技术对印染废水实际处理效率并探究反应器运行工况，相关的中试规模和生产性试验研究也已经陆续开展。 

                       3. 1 好氧颗粒污泥处理模拟纺织印染废水

                        Lourenço 等[47]在 SBR 反应器中通过设置厌氧-好氧的反应阶段进行了好氧颗粒污泥对模拟染料废水的去除效果研究，通过与传统活性污泥相比，好 氧 颗 粒 污 泥 对 模 拟 纺 织 废 水 的 COD 去 除 率 更高，并可以降低废水中的毒性。为进一步提高好氧颗粒污泥对纺织印染废水的处理能力，研究者们进行了各种改进方法，具体见表 3。

                      由表 3 可见，研究者们通过改变进料的方式、改变水力停留时间(HRT)、控制污泥停留时间(SRT)或采用间歇曝气等 运行方式，以期改进对纺织印染废水的去除效果，尤其是对偶氮染料的去除。虽然理论上好氧颗粒污泥能够满足去除偶氮染料所需的厌氧、好氧条件，但好氧颗粒污泥的颗粒大小一定程度上也影响了颗粒内部厌氧区的范围，使得染料还原不彻底，限制了好氧区内进一步的生物降解中间产物的过程。在众多研究中发现，好氧颗粒污泥能够将偶然染料部分还原为中间产物，但是对中间产物进一步好氧降解的作用却是微乎其微，这可能是因为生成的中间产物均是磺化的芳香胺，磺化的芳香胺（即存在磺酸基）不易被好氧降解，难以完全矿化[56]，这是因为磺酸基的存在会使这类芳香胺较难生物降解，还可能是因为厌氧还原过程不彻底，难以进一步好氧降解。所以研究者们通常设置较长的厌氧反应阶段，确保染料物质能够彻底为中间产物。

                     通过表 3 各种运行方式对比分析可知：厌氧/好氧反应模式较多，且厌氧时间延长会增强脱色效果，但对 COD 的去除几乎无影响；厌氧塞流进料或是间歇曝气可提高 COD 的去除率但对染料脱色无促进作用；增加反应器 HRT 不仅能提高 COD 的去除，还能促进染料的脱色；提高反应器的 SRT 能够明显提高中间产物-芳香胺的降解效果，这可能是因为提高 SRT 会提高污泥中的微生物种类与含量，使微生物具有更多相关的降解菌，从而提高了降解效果。好氧颗粒污泥处理模拟纺织印染废水的研究还处于探索阶段，研究者们目前主要是针对各种染料的去除情况，尚未考虑到废水中的重金属等其他典型污染物的去除。

                       3. 2 好氧颗粒污泥处理实际纺织印染废水

                        研究者们对好氧颗粒污泥处理纺织印染废水的废水不止于在合成废水中，也包括实际纺织印染废水。实际废水的成分更为复杂，不仅含有各种染料，还存在重金属、表面活性剂等其他难降解的有毒物质。

                       早期通常在合成废水中驯化培养好氧颗粒污泥，随后再用于处理实际废水。Manavi 等[51]采用这种方式来处理实际纺织印染废水，采用的实际印染废水中不仅含有各种染料，还存在 Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+ 等 重 金 属 离 子 ，SBR 反 应 器（H/D=17）以 厌氧/好氧交替（18 h 厌氧/6 h 好氧）的方式运行，92 d后对 COD 和色度的去除率分别达 68%、73%。但该研究没有对生成的中间产物进行测定，不能判断染料的实际去除效果，也未对废水中重金属的去除情况做说明。李黔花[63]也是先驯化好氧颗粒污泥，再处理实际印染废水，但仅介绍了实际废水中污染物碳、氮、磷以及色度的去除情况，未对重金属或表面活性剂的含量和去除情况进行介绍，SBR 反应器（H/D=3. 9，HRT=16 h）连续曝气 450 min，55 d 后COD 去 除 率 和 脱 色 率 分 别 为 70. 96 % 、60%~70%。此外，还有研究采用序批式生物滤池颗粒反应器（SBBGR）来探究处理实际纺织印染废水的去除特性，该反应器具有生物膜技术与 SBR 反应器的两种优点，大大提高了生物量，耐负荷能力高，该研究不仅探究了染料的去除情况，还探究了表面活性剂的去除效果，SBBGR（H/D=5. 3）采用连续曝气的 方 式 运 行 ，研 究 发 现 COD 的 平 均 去 除 率 达 到50%，最高能达到 80%，脱色率最高达 60%，表面活性剂去除率最高达到 70% 以上[17]。可见好氧颗粒污泥处理纺织印染废水具有可行性，与赵哲[64]采用的传统生物工艺（厌氧+A/O 组合工艺）相比处理效果相当，且仅需一个 SBR 反应器即可，大大节省了建设费用。但目前研究仍处于起步阶段，还需进一步在实际工程中应用。

                       最近有一项实际规模的案例[20]：利用好氧颗粒污泥在连续流污水处理厂中处理实际纺织印染废水，每天处理 1 200~2400 m3 的实际废水（COD5: 1000~1900 mg/L；色 度 :<1500 Pt-Co），该 案 例 的COD 去除效果较好，能达到 90% 以上，但没有对脱色率进行说明，此外该污水处理厂只运行了 90 d，关于颗粒的稳定性问题有待进一步的探究。

                           4 结论与展望

                       以纺织印染废水中的重金属与偶氮染料为切入点，对好氧颗粒污泥去除重金属、偶氮染料的过程和机理进行系统总结。好氧颗粒污泥对重金属的去除以生物吸附实现，通过表面改性可以增强对含氧酸根阴离子重金属的吸附能力；好氧颗粒污泥去除偶氮染料分为两个过程：厌氧还原脱色与好氧矿化。现有的研究表明好氧颗粒污泥厌氧脱色的效果较好，但芳香胺的进一步好氧矿化效果有待提升 。 通 过 改 变 进 料 方 式 或 采 用 间 歇 曝 气 或 增 加SRT 的运行方式可一定程度上提高去除效果。目前关于好氧颗粒污泥处理实际废水的研究仍十分有限，基于以上总结，未来好氧颗粒污泥处理实际纺织印染废水可以考虑以下几点：

                        1）好氧颗粒污泥虽然可以高效吸附重金属离子，但阳离子与含氧酸根阴离子的吸附过程所需条件相悖，意味着难以同步去除。因此，需要进一步探究同步去除阴、阳离子重金属的可行性方法。 

                         2）芳香胺的好氧降解过程决定了好氧颗粒污泥对偶氮染料的去除效果。而磺化芳香胺增加了降解难度，有研究发现部分菌株可以对磺化芳香胺实现完全矿化。因此，可以筛选芳香胺降解菌株来培养好氧颗粒污泥以提高其对偶氮染料的去除。

                        3）SBR 反应器中厌氧时间的长短、进料与曝气方式会影响好氧颗粒污泥的染料脱色和 COD 去除效果，但这些因素的组合影响尚不清楚。因此，需要进一步在纺织印染废水中量化与评估这些影响因素，进行实验参数的优化。 

                          4）由于实际废水的复杂性，在探究好氧颗粒污泥处理模拟纺织废水过程中应充分考虑重金属等其他特征污染物的去除情况，还应该充分考虑颗粒污泥的稳定性问题。

                        原标题：好氧颗粒污泥处理纺织印染废水研究进展

                        原作者：翟俊 ,陈茸茸,金静,刘文博 ,段科萍