1、生 物 法 处 理 废 水PVC 公 用 工 程 柳 彪 2014 年 9 月 22 日研 究 废 水 的 微 生 物 处 理 就 是 研 究 微 生 物 对 废 水 中 的 有 机 物 、 营 养 盐 类及 重 金 属 等 物 质 去 处 的 微 生 物 学 原 理 及 其 规 律 ， 并 加 以 实 际 应 用 的 一 门科 学 。 目 前 ， 常 用 于 污 水 治 理 的 方 法 可 归 纳 为 物 理 法 、 化 学 法 、 生 物 法 。物 理 法 常 作 为 一 种 预 处 理 的 手 段 应 用 于 废 水 处 理 ； 化 学 处 理 法 是 指 向 废水 中 加 入 化 学
2、药 剂 如 明 矾 等 ， 使 其 与 污 染 物 发 生 化 学 反 应 而 生 成 无 害 物的 过 程 ， 这 种 方 法 也 常 常 作 为 预 处 理 方 法 使 用 ； 而 生 物 处 理 法 是利 用 微 生 物 降 解 代 谢 有 机 物 为 无 机 物 来 处 理 废 水 。 通 过 人 为 的 创 造 适 于微 生 物 生 存 和 繁 殖 的 环 境 ， 使 之 大 量 繁 殖 ， 以 提 高 其 氧 化 分 解 有 机 物 的效 率 。 它 则 作 为 末 端 处 理 装 置 广 泛 应 用 于 各 行 业 的 废 水 处 理 中 。 与 物 理法 、 化 学 法 相 比
3、 ， 微 生 物 处 理 法 具 有 经 济 、 高 效 的 优 点 ， 并 可 实 现 无 害化 、 资 源 化 ， 所 以 长 期 以 来 始 终 占 重 要 位 置 。 根 据 使 用 微 生 物 的 种类 ， 可 分 为 好 氧 法 、 厌 氧 法 和 生 物 酶 法 等 。一 、 好 氧 处 理 法该 办 法 是 根 据 需 好 氧 微 生 物 生 活 的 特 点 ,提 供 充 足 的 氧 气 ， 使 好氧 微 生 物 大 量 繁 殖 ， 通 过 微 生 物 的 新 陈 代 谢 活 动 使 废 水 中 的 有 机 物 最终 氧 化 分 解 成 CO2、 水 、 硝 酸 盐 等 简 单
4、 的 无 机 物 ， 已 达 到 净 化 污 水的 目 的 。 好 氧 处 理 方 法 包 括 : 活 性 污 泥 法 、 生 物 膜 法 。（ 一 ） 活 性 污 泥 法1912 年 英 国 人 Clark and Cage 发 现 对 废 水 进 行 长 时 间 曝 气 会 产生 污 泥 并 使 水 质 明 显 改 善 ， 其 后 Arden and Lackett 进 一 步 研 究 ，发 现 由 于 实 验 容 器 洗 不 干 净 ， 瓶 壁 留 下 残 渣 反 而 使 处 理 效 果 提 高 ， 从 而发 现 活 性 微 生 物 菌 胶 团 ， 定 名 为 活 性 污 泥 。 活 性
5、 污 泥 法 是 利 用 悬 浮在 废 水 中 人 工 培 养 的 微 生 物 群 体 活 性 污 泥 ， 对 废 水 中 的 有 机 物和 某 些 无 机 物 产 生 吸 附 、 氧 化 分 解 而 使 废 水 得 到 净 化 ， 是 目 前 较 为 经 济 、应 用 广 泛 、 处 理 效 果 较 好 的 净 化 废 水 方 法 。1 影 响 活 性 污 泥 性 能 的 环 境 因 素（ 1） 溶 解 氧生 化 处 理 的 基 本 要 素 ： 营 养 物 、 活 性 微 生 物 、 溶 解 氧 ， 所 以 要 使 生化 处 理 正 常 运 行 ， 供 氧 是 重 要 因 素 。 一 般 说
6、 ， 溶 解 氧 浓 度 以 不 低 于2mg/L 为 宜 （ 2-4mg/L） 。（ 2） 水 温维 持 在 15-25 摄 氏 度 ， 低 于 5 摄 氏 度 微 生 物 生 长 缓 慢 。（ 3） 营 养 料细 菌 的 化 学 组 成 实 验 式 为 C5H7O2N， 霉 菌 为 C10H17O6 原 生 动 物 为C7H14O3N， 所 以 在 培 养 微 生 物 时 ， 可 按 菌 体 的 主 要 成 分 比 例 供 给 营 养 。微 生 物 赖 以 生 活 的 主 要 外 界 营 养 为 碳 和 氮 ， 此 外 ， 还 需 要 微 量 的 钾 ， 镁 ，铁 ， 维 生 素 等 。
7、碳 源 -异 氧 菌 利 用 有 机 碳 源 ， 自 氧 菌 利 用 无 机 碳 源 。氮 源 -无 机 氮 （ NH3 及 NH4+） 和 有 机 氮 （ 尿 素 ， 氨 基 酸 ， 蛋 白 质 等 ） 。一 般 比 例 关 系 ： BOD： N： P=100： 5： 1。 好 氧 生 物 处 BOD5=5001000mg/l（ 4） 有 毒 物 质主 要 毒 物 有 重 金 属 离 子 （ 如 锌 ， 铜 ， 镍 ， 铅 ， 铬 等 ） 和 一 些 非 金 属化 合 物 （ 如 酚 ， 醛 ， 氰 化 物 ， 硫 化 物 等 ） 。2 基 本 流 程 典 型 的 活 性 污 泥 法 是 由
8、 曝 气 池 、 沉 淀 池 、 污 泥 回 流 系 统 和 剩 余 污 泥 排除 系 统 组 成 。 1916 年 英 国 建 成 第 一 座 污 水 处 理 厂 ， 下 图 为 活 性 污 泥处 理 工 艺 基 本 流 程 。污 水 和 回 流 的 活 性 污 泥 一 起 进 入 曝 气 池 形 成 混 合 液 。 从 空 气 压 缩 机 站 送来 的 压 缩 空 气 ， 通 过 铺 设 在 曝 气 池 底 部 的 空 气 扩 散 装 置 ， 以 细 小 气 泡的 形 式 进 入 污 水 中 ， 目 的 是 增 加 污 水 中 的 溶 解 氧 含 量 ， 还 使 混 合 液处 于 剧 烈
9、搅 动 的 状 态 ， 形 悬 浮 状 态 。 溶 解 氧 、 活 性 污 泥 与 污 水 互 相 混 合 、充 分 接 触 ， 使 活 性 污 泥 反 应 得 以 正 常 进 行 。 第 一 阶 段 ， 污 水 中 的 有 机 污 染 物 被 活 性 污 泥 颗 粒 吸 附 在 菌 胶 团 的 表 面上 ， 这 是 由 于 其 巨 大 的 比 表 面 积 和 多 糖 类 黏 性 物 质 。 同 时 一 些 大 分 子 有机 物 在 细 菌 胞 外 酶 作 用 下 分 解 为 小 分 子 有 机 物 。 第 二 阶 段 ， 微 生 物 在 氧 气 充 足 的 条 件 下 ， 吸 收 这 些 有
10、 机 物 ， 并 氧 化 分解 ， 形 成 二 氧 化 碳 和 水 ， 一 部 分 供 给 自 身 的 增 殖 繁 衍 。 活 性 污 泥 反 应 进行 的 结 果 ， 污 水 中 有 机 污 染 物 得 到 降 解 而 去 除 ， 活 性 污 泥 本 身 得 以 繁 衍增 长 ， 污 水 则 得 以 净 化 处 理 。 经 过 活 性 污 泥 净 化 作 用 后 的 混 合 液 进 入二 次 沉 淀 池 ， 混 合 液 中 悬 浮 的 活 性 污 泥 和 其 他 固 体 物 质 在 这 里 沉 淀 下 来与 水 分 离 ， 澄 清 后 的 污 水 作 为 处 理 水 排 出 系 统 。 经
11、过 沉 淀 浓 缩 的 污 泥 从沉 淀 池 底 部 排 出 ， 其 中 大 部 分 作 为 接 种 污 泥 回 流 至 曝 气 池 ， 以 保 证 曝 气池 内 的 悬 浮 固 体 浓 度 和 微 生 物 浓 度 ； 增 殖 的 微 生 物 从 系 统 中 排 出 ， 称为 “剩 余 污 泥 ”。 事 实 上 ， 污 染 物 很 大 程 度 上 从 污 水 中 转 移 到 了 这 些 剩余 污 泥 中 。 活 性 污 泥 法 的 原 理 形 象 说 法 ： 微 生 物 “吃 掉 ”了 污 水 中的 有 机 物 ， 这 样 污 水 变 成 了 干 净 的 水 。 它 本 质 上 与 自 然 界
12、 水 体 自 净 过 程相 似 ， 只 是 经 过 人 工 强 化 ， 污 水 净 化 的 效 果 更 好 。3 活 性 污 泥 增 长 特 点 与 净 化 作 用活 性 污 泥 中 复 杂 的 微 生 物 与 废 水 中 的 有 机 营 养 物 形 成 了 复 杂 的 食 物 链 。最 先 担 当 净 化 任 务 的 是 异 氧 菌 和 腐 生 性 真 菌 ， 细 菌 特 别 是 球 状 细 菌 起 者最 关 键 的 作 用 ， 优 良 运 转 的 活 性 污 泥 ， 是 以 丝 状 菌 为 骨 架 由 球 状 菌 组 成的 菌 胶 团 。 沉 降 性 好 ， 随 着 活 性 污 泥 的 正
13、 常 运 行 ， 细 菌 大 量 繁 殖 ， 开 始生 长 原 生 动 物 ， 是 细 菌 一 次 捕 食 者 。 活 性 污 泥 常 见 的 原 生 动 物 有 鞭 毛 虫 、肉 毛 虫 、 纤 毛 虫 和 吸 管 虫 。 活 性 污 泥 成 熟 时 固 着 型 。 的 纤 毛 虫 、 种虫 占 优 势 ； 后 生 动 物 是 细 菌 的 二 次 捕 食 者 ， 如 轮 虫 、 线 虫 等 只 能 在 溶 解氧 充 足 时 才 出 现 ， 所 以 当 出 现 后 生 动 物 时 说 明 处 理 水 质 好 转 标 志 。4 活 性 几 种 污 泥 工 艺 流（ 二 ） 生 物 膜 法生 物
14、膜 法 是 利 用 附 着 生 长 于 某 些 固 体 物 表 面 的 微 生 物 （ 即 生 物 膜 ） 进行 有 机 污 水 处 理 的 方 法 。 生 物 膜 是 由 高 度 密 集 的 好 氧 菌 、 厌 氧 菌 、 兼性 菌 、 真 菌 、 原 生 动 物 以 及 藻 类 等 组 成 的 生 态 系 统 ， 其 附 着 的 固 体 介 质称 为 滤 料 或 载 体 。 生 物 膜 自 滤 料 向 外 可 分 为 厌 气 层 、 好 气 层 、 附 着 水 层 、运 动 水 层 。 生 物 膜 法 的 原 理 是 ， 生 物 膜 首 先 吸 附 附 着 水 层 有 机 物 ，由 好 气
15、 层 的 好 气 菌 将 其 分 解 ， 再 进 入 厌 气 层 进 行 厌 气 分 解 ， 流 动 水 层 则将 老 化 的 生 物 膜 冲 掉 以 生 长 新 的 生 物 膜 ， 如 此 往 复 以 达 到 净 化 污 水 的 目的1 生 物 膜 法 基 本 特 点 ：优 点 ：（ 1） 附 着 于 固 体 介 质 表 面 上 的 微 生 物 对 水 量 ， 水 质 的 变 化 有 较 强 的 适应 性 。（ 2） 固 体 介 质 有 利 于 微 生 物 形 成 稳 定 的 生 态 体 系 ， 栖 息 微 生 物 的 种 类较 多 ， 处 理 效 率 高 。（ 3） 降 解 产 物 污 泥
16、 量 少 。 （ 4） 管 理 方 便 。缺 点 ：（ 1） 滤 料 表 面 积 小 ， BOD 容 积 负 荷 小 。（ 2） 附 着 于 固 体 表 面 的 微 生 物 量 较 难 控 制 ， 操 作 伸 缩 性 差 。（ 3） 靠 自 然 通 风 供 氧 ， 不 如 活 性 污 泥 供 氧 充 足 ， 容 易 产 生 厌 氧 。2 生 物 膜 法 类 型 ：（ 1） 润 湿 型 生 物 滤 池 、 生 物 滤 塔 、 生 物 转 盘（ 2） 浸 没 型 接 触 氧 化 、 滤 料 浸 没 在 滤 池 中（ 3） 流 动 床 型 生 物 活 性 炭 、 砂 粒 介 质 悬 浮 流 动 于
17、池 内3 生 物 膜 法 的 基 本 流 程二 厌 氧 法该 办 法 是 指 在 无 氧 条 件 下 通 过 厌 氧 微 生 物 的 作 用 ， 将 污 水 中 所 含 的各 种 复 杂 有 机 物 经 厌 氧 分 解 转 化 成 甲 烷 和 CO2 等 简 单 物 质 的 过 程 。其 具 有 能 耗 低 、 有 机 负 荷 高 、 占 地 面 积 小 、 污 泥 产 量 少 、 能 产 生 沼 气 等优 点 。 厌 氧 微 生 物 处 理 法 可 分 为 厌 氧 活 性 污 泥 法 和 厌 氧 生 物 膜 法 。 目 前 ，主 要 使 用 的 方 法 包 括 ： 厌 氧 接 触 法 、 U
18、ASB、 ABR、 厌 氧 流 化 床 等 。厌 氧 法 的 操 作 条 件 要 比 好 氧 法 苛 刻 ， 但 具 有 更 好 的 经 济 效 益 ， 因 此 也 具有 重 要 的 地 位 。 通 常 为 了 取 得 更 好 的 处 理 效 果 ， 将 好 氧 法 和 厌 氧 法 联 合使 用 。1 影 响 因 素（ 1） 温 度 条 件 （ 2） pH 值一 般 认 为 ， 实 测 值 应 7.2 7.4 之 间 为 好 。 低 于 7.0 时 ， pH 值 并不 稳 定 ， 有 继 续 下 降 的 趋 势 。 低 于 6.5 时 ， 将 使 正 常 的 处 理 系 统 遭到 破 坏 。
19、如 果 有 机 物 负 荷 太 大 ， 水 解 和 产 酸 过 程 的 生 化 速 率 大 大 超 过 气化 速 率 ， 将 导 致 挥 发 性 脂 肪 酸 的 积 累 和 pH 值 的 下 降 ， 抑 制 甲 烷 细 菌的 生 理 机 能 。 最 终 使 气 化 速 率 锐 减 ， 甚 止 停 止 。 一 般 原 液 的 pH 值为 6 8。 系 统 中 挥 发 性 脂 肪 酸 浓 度 （ 以 乙 酸 记 ） 以 不 超 过3000mg/L 为 佳 。重 碳 酸 盐 及 氨 氮 等 物 质 是 形 成 厌 氧 处 理 系 统 碱 度 的 主 要 物 质 。 一 般 要 求系 统 中 碱 度
20、在 2000mg/L 以 上 ， 氨 氮 浓 度 以 介 于 50 200ng/L 为 佳 。（ 3） 氧 化 还 原 电 位高 温 厌 氧 消 化 系 统 适 宜 的 氧 化 还 原 电 位 为 -500 -600mV； 中 温 厌氧 消 化 系 统 及 浮 动 温 度 厌 氧 消 化 系 统 要 求 的 氧 化 还 原 电 位 应 低 于 -300 -380mV。 产 酸 细 菌 对 氧 化 还 原 电 位 的 要 求 不 甚 严 格 ， 甚 至 可 在+100 -100mV 的 兼 性 条 件 下 生 长 繁 殖 ； 而 甲 烷 细 菌 最 适 宜 的 氧 化 还 原电 位 为 -350
21、mV 或 更 低 。 就 大 多 数 生 活 污 水 的 污 泥 及 性 质 相 近 的 高 浓 度有 机 废 水 而 言 ， 只 要 严 密 隔 断 于 空 气 的 接 触 ， 即 可 保 证 必 要 的 ORP值 。（ 4） 负 荷 率（ 5） 污 泥 浓 度应 器 要 求 的 污 泥 浓 度 不 尽 相 同 ， 一 般 介 于 10 30gVSS/L 之 间 。2 厌 氧 消 化 的 生 化 阶 段第 阶 段 水 解 产 酸 阶 段污 水 中 不 溶 性 大 分 子 有 机 物 ， 如 多 糖 、 淀 粉 、 纤 维 素 、 烃 类 （ 烷 、烯 、 炔 等 ） 水 解 ， 主 要 产
22、物 为 甲 、 乙 、 丙 、 丁 酸 、 乳 酸 ； 紧 接 着 氨 基 酸 、蛋 白 质 、 脂 肪 水 解 生 成 氨 和 胺 ， 多 肽 等 （ 所 以 有 的 书 又 把 水 解 产 酸 分 为二 个 阶 段 ） 。第 阶 段 厌 氧 发 酵 产 气 阶 段第 阶 段 产 物 甲 酸 、 乙 酸 、 甲 胺 、 甲 醇 和 CO2+H2 等 小 分 子 有 机物 在 产 甲 烷 菌 的 作 用 下 ， 通 过 甲 烷 菌 的 发 酵 过 程 将 这 些 小 分 子 有 机 物 转化 为 甲 烷 。 所 以 在 水 解 酸 化 阶 段 COD、 BOD 值 变 化 不 很 大 ， 仅
23、在 产 气阶 段 由 于 构 成 COD 或 BOD 的 有 机 物 多 以 CO2 和 H2 的 形 式 逸 出 ， 才 使废 水 中 COD、 BOD 明 显 下 降 。 在 酸 化 阶 段 ， 发 酵 细 菌 将 有 机 物 水 解 转 化 为 能 被 甲 烷 菌 直 接 利 用 的第 1 类 小 分 子 有 机 物 ， 如 乙 酸 、 甲 酸 、 甲 醇 和 甲 胺 等 ； 第 2 类 为 不能 被 甲 烷 菌 直 接 利 用 的 有 机 物 ， 如 丙 酸 、 丁 酸 、 乳 酸 、 乙 醇 等 ， 不 完 全厌 氧 消 化 或 发 酵 到 此 结 束 。 如 果 继 续 全 厌 氧
24、 过 程 ， 则 产 氢 、 产 乙 酸 菌 将第 2 类 有 机 物 进 一 步 转 化 为 氢 气 和 乙 酸 。第 阶 段 生 化 过 程 是 产 甲 烷 细 菌 把 甲 酸 、 乙 酸 、 甲 胺 、 甲 醇 等 基 质通 过 不 同 途 径 转 化 为 甲 烷 ， 其 中 最 主 要 的 基 质 为 乙 酸 。三 生 物 酶 法 生 物 酶 处 理 有 机 物 的 机 理 是 先 通 过 酶 反 应 形 成 游 离 基 ， 然 后 游 离 基发 生 化 学 聚 合 反 应 生 成 高 分 子 化 合 物 沉 淀 。 与 其 他 微 生 物 处 理 相 比 ， 酶处 理 法 具 有 催
25、 化 效 能 高 、 反 应 条 件 温 和 、 对 废 水 质 量 及 设 备 情 况 要 求 较低 ， 反 应 速 度 快 ， 对 温 度 、 浓 度 和 有 毒 物 质 适 应 范 围 广 ， 可 以 重 复 使 用等 优 点 。 李 海 英 等 进 行 了 固 定 化 微 生 物 处 理 造 纸 漂 白 废 水 的 研 究 ， 结 果表 明 ： 固 定 化 细 胞 的 酶 活 性 及 AOX 去 除 率 均 高 于 自 由 菌 液 ， 对 温 度 和pH 的 适 应 范 围 较 宽 。 在 对 造 纸 漂 白 废 水 为 期 1 个 月 的 连 续 处 理 试 验表 明 ， 在 停 留
26、 时 间 为 2.4 h 时 ， 其 去 除 率 可 稳 定 在 65%81%。 乔 庆霞 等 进 行 了 选 育 优 势 菌 处 理 含 氯 漂 白 废 水 的 研 究 ， 实 验 结 果 表 明 ， 优 势菌 在 漂 白 中 段 水 相 对 浓 度 为 50%、 pH 为 7.0、 菌 液 量 为 2 mL 时 ，对 废 水 中 有 机 氯 化 物 和 COD 的 综 合 处 理 效 果 较 好 。生 物 酶 是 一 种 无 毒 、 对 环 境 友 好 的 生 物 催 化 剂 ， 其 化 学 本 质 为 蛋 白质 。 酶 的 生 产 和 应 用 ， 在 国 内 外 已 具 有 80 多 年
27、 历 史 ， 进 入 20 世 纪80 年 代 ， 生 物 工 程 作 为 一 门 新 兴 高 新 术 在 我 国 得 到 了 迅 速 发 展 ， 酶的 制 造 和 应 用 领 域 逐 渐 扩 大 ， 酶 在 纺 织 工 业 中 的 应 用 也 日 臻 成 熟 ， 由 过去 主 要 用 于 棉 织 物 的 退 浆 和 蚕 丝 的 脱 胶 ， 至 现 在 在 纺 织 染 整 的 各 领 域 的广 泛 应 用 ， 体 现 了 生 物 酶 在 染 整 工 业 中 的 优 越 性 。 现 在 酶 处 理 工 艺 已 被公 认 为 是 一 种 符 合 环 保 要 求 的 绿 色 生 产 工 艺 ， 它
28、不 仅 使 纺 织 品 的 服 用 性能 得 到 改 善 和 提 高 ， 又 因 无 毒 无 害 ， 用 量 少 ， 可 生 物 降 解 废 水 ， 无 污 染而 有 利 于 生 态 环 保 的 保 护 。 1 生 物 酶 的 结 构 和 特 性 生 物 酶 是 具 有 催 化 功 能 的 蛋 白 质 。 象 其 他 蛋 白 质 一 样 ， 酶 分 子 由 氨 基酸 长 链 组 成 。 其 中 一 部 分 链 成 螺 旋 状 ， 一 部 分 成 折 叠 的 薄 片 结 构 ， 而 这两 部 分 由 不 折 叠 的 氨 基 酸 链 连 接 起 来 ， 而 使 整 个 酶 分 子 成 为 特 定
29、的 三 维结 构 。 生 物 酶 是 从 生 物 体 中 产 生 的 ， 它 具 有 特 殊 的 催 化 功 能 ， 其 特 性 如下 ： 高 效 性 ： 用 酶 作 催 化 剂 ， 酶 的 催 化 效 率 是 一 般 无 机 催 专 一 性 ：一 种 酶 只 能 催 化 一 类 物 质 的 化 学 反 应 ， 即 酶 是 仅 能 促 进 特 定 化 合 物 、 特定 化 学 键 、 特 定 化 学 变 化 的 催 化 剂 。低 反 应 条 件 ： 酶 催 化 反 应 不 象 一 般 催 化 剂 需 要 高 温 、 高 压 、 强 酸 、 强碱 等 剧 烈 条 件 ， 而 可 在 较 温 和
30、的 常 温 、 常 压 下 进 行 。 易 变 性 失 活 ： 在 受 到 紫 外 线 、 热 、 射 线 、 表 面 活 性 剂 、 金 属 盐 、 强酸 、 强 碱 及 其 它 化 学 试 剂 如 氧 化 剂 、 还 原 剂 等 因 素 影 响 时 ， 酶 蛋 白 的 二级 、 三 级 结 构 有 所 改 变 。 所 以 在 大 生 产 时 ， 如 有 条 件 酶 还 可 以 回 收 利 用 。可 降 低 生 化 反 应 的 反 应 活 化 能 ： 酶 作 为 一 种 催 化 剂 ， 能 提 高 化 学 反应 的 速 率 ， 主 要 原 因 是 降 低 了 反 应 的 活 化 能 ， 使
31、反 应 更 易 进 行 。 而 且 酶在 反 应 前 后 理 论 上 是 不 被 消 耗 的 ， 所 以 还 可 回 收 利 用 。 2 生 物 酶 的 作 用 机 理 酶 蛋 白 与 其 它 蛋 白 质 的 不 同 之 处 在 于 酶 都 具 有 活 性 中 心 。 酶 可 分 为四 级 结 构 ： 一 级 结 构 是 氨 基 酸 的 排 列 顺 序 ； 二 级 结 构 是 肽 链 的 平 面 空 间构 象 ； 三 级 结 构 是 肽 链 的 立 体 空 间 构 象 ； 四 级 结 构 是 肽 链 以 非 共 价 键 相互 结 合 成 为 完 整 的 蛋 白 质 分 子 。 真 正 起 决
32、定 作 用 的 是 酶 的 一 级 结 构 ， 它的 改 变 将 改 变 酶 的 性 质 (失 活 或 变 性 )。 酶 的 作 用 机 理 比 较 被 认 同 的 是Koshland 的 “诱 导 契 合 ”学 说 ， 其 主 要 内 容 是 ： 当 底 物 结 合 到 酶 的 活 性部 位 时 ， 酶 的 构 象 有 一 个 改 变 。 催 化 基 团 的 正 确 定 向 对 于 催 化 作 用 是 必要 的 。 底 物 诱 导 酶 蛋 白 构 象 的 变 化 ， 导 致 催 化 基 团 的 正 确 定 位 与 底 物 结合 到 酶 的 活 性 部 位 上 去 。生 物 酶 技 术 应 用
33、 于 染 整 加 工 主 要 有 两 个 方 面 ： (1)天 然 纤 维 织 物 的前 处 理 加 工 ， 用 生 物 酶 去 除 纤 维 或 织 物 上 的 杂 质 ， 为 后 续 染 整 加 工 创 造条 件 。 (2)织 物 的 后 整 理 加 工 ， 用 生 物 酶 去 除 纤 维 表 面 的 绒 毛 ， 或 使 纤维 减 量 ， 以 改 善 织 物 的 外 观 、 手 感 和 风 格 。 目 前 应 用 的 生 物 酶 主 要 有 以下 几 种 。1 果 胶 酶 果 胶 酶 主 要 是 由 果 胶 裂 解 酶 、 聚 半 乳 糖 醛 酸 酶 、 果 胶 酸 盐 裂 解 酶 和果 胶
34、 酯 酶 组 成 。 果 胶 物 质 是 高 度 酯 化 的 聚 半 乳 糖 醛 酸 。 果 胶 酶 作 用 于 果胶 物 质 时 ， 果 胶 裂 解 酶 、 聚 半 乳 糖 醛 酸 酶 、 果 胶 酸 盐 裂 解 酶 直 接 作 用 于果 胶 聚 合 物 分 子 链 内 部 的 配 糖 键 上 ， 而 果 胶 酯 酶 则 使 聚 半 糖 醛 酸 酯 水 解 ，为 聚 半 乳 糖 醛 酸 酶 和 果 胶 酸 盐 裂 解 酶 创 造 更 多 的 位 置 。2 脂 肪 酶能 将 脂 肪 水 解 成 甘 油 和 脂 肪 酸 ， 脂 肪 酸 进 一 步 进 行 B 一 氧 化 ，每 次 脱 下 一 个
35、 C2 物 ， 生 成 乙 酰 COA(N环 己 基 辛 基 胺 )， 进 入TCA(三 羧 酸 )环 彻 底 氧 化 或 进 入 乙 醛 酸 环 合 成 糖 类 。脂 肪 酶 （ EC3.2.2.3， 甘 油 酯 水 解 酶 ） 是 分 解 天 然 油 脂 的 酶 ， 其 在 纺织 加 工 中 主 要 用 于 绢 纺 原 料 脱 脂 处 理 ； 同 时 ， 只 没 在 羊 毛 洗 毛 中 是 较 好的 助 洗 剂 ， 能 去 除 羊 毛 附 生 杂 质 、 脂 蜡 ， 使 羊 毛 获 得 可 纺 性 ； 对 棉 织 物进 行 精 炼 处 理 ， 能 有 效 的 去 除 棉 的 脂 蜡 ； 对
36、 涤 纶 进 行 处 理 ， 可 改 善 涤 纶表 面 的 亲 水 性 。 3 蛋 白 酶 由 微 生 物 分 泌 的 蛋 白 酶 因 菌 种 不 同 而 异 ， 例 如 枯 草 杆 菌 分 泌 明 胶 酶和 酪 蛋 白 酶 ， 可 以 水 解 明 胶 和 酪 蛋 白 ； 费 氏 链 酶 菌 分 泌 角 蛋 白 酶 ， 可 以水 解 动 物 的 毛 、 角 、 蹄 的 角 蛋 白 。 蛋 白 酶 将 蛋 白 质 分 解 成 肽 ， 再 经 肽 酶水 解 成 氨 基 酸 。 4 纤 维 素 酶是 一 个 多 组 分 酶 体 系 ， 纺 织 工 业 中 应 用 的 纤 维 素 酶 大 多 数 是
37、由 木 酶 属真 菌 制 造 的 。 纤 维 素 酶 中 的 纤 维 素 二 糖 水 解 酶 又 称 为 外 切 纤 维 素 酶 ， 由CHB I 和 CHB II 两 种 酶 组 成 ， 而 内 切 葡 聚 糖 酶 ， 又 称 为 内 切 纤 维 素 酶 ，至 少 由 5 种 纤 维 素 酶 (EG I、 EG II、 EG HI、 EG IV、 EG V)组 成 。此 外 ， 还 有 13 一 葡 萄 糖 醛 酶 。 这 些 纤 维 素 酶 在 纤 维 素 的 水 解 中 具 有 协同 作 用 。5 过 氧 化 氢 酶过 氧 化 氢 酶 是 一 种 氧 化 还 原 酶 ， 催 化 分 解
38、过 氧 化 氢 成 为 水 和 氧 气 ，它 主 要 用 于 漂 白 工 艺 后 去 除 残 余 的 双 氧 水 ， 提 高 后 继 染 色 性 能 和 质 量 ，并 且 没 有 过 量 危 险 。 过 氧 化 氢 酶 也 可 用 于 纱 线 染 色 机 、 溢 流 喷 射 染 色 机 、绞 盘 染 色 机 和 卷 染 机 等 的 氧 漂 生 物 净 化 处 理 。 6 淀 粉 酶淀 粉 酶 是 水 解 淀 粉 和 糖 原 的 酶 类 总 称 ， 通 常 通 过 淀 粉 酶 催 化 水 解 织物 上 的 淀 粉 浆 料 ， 由 于 淀 粉 酶 的 高 效 性 及 专 一 性 ， 酶 退 浆 的
39、 退 浆 率 高 ，退 浆 快 ， 污 染 少 ， 产 品 比 酸 法 、 减 法 更 柔 软 ， 且 不 损 伤 纤 维 。 淀 粉 酶 的种 类 很 多 ， 根 据 织 物 不 同 ， 设 备 组 合 不 同 ， 工 艺 流 程 也 不 同 ， 目 前 所 用的 退 浆 方 法 有 浸 渍 法 、 堆 置 法 、 卷 染 法 、 连 续 洗 等 ， 由 于 淀 粉 酶 退 浆 机械 作 用 小 ， 水 的 用 量 少 ， 可 以 在 低 温 条 件 下 达 到 退 浆 效 果 ， 具 有 鲜 明 的环 保 特 色 。新 型 酶 在 纺 织 加 工 中 的 应 用 ： 化 学 合 成 纤 维
40、 和 浆 料 在 纺 织 中 的 地 位是 明 显 的 ， 这 些 高 分 子 聚 合 物 不 能 进 行 生 物 分 解 和 降 解 ， 造 成 环 境 的 污染 ， 目 前 研 究 人 员 正 在 研 究 新 的 酶 种 ， 通 过 筛 选 具 有 某 种 功 能 的 菌 种 ，进 行 基 因 改 性 成 为 高 性 能 酶 剂 或 通 过 克 隆 、 转 基 因 或 的 基 因 工 程 菌 ， 制出 新 酶 种 ， 或 根 据 化 学 生 物 结 构 和 酶 学 原 理 定 向 合 成 新 型 酶 剂 等 。 这 些新 型 酶 剂 成 为 仿 酶 ， 目 前 较 成 功 的 酶 包 括
41、PVA 分 解 酶 、 涤 纶 分 解 酶 、分 解 锦 纶 寡 聚 物 的 基 因 工 程 菌 、 合 成 酶 等 。四 微 生 物 应 用 于 污 水 的 深 度 处 理 方 法1 微 生 物 法 除 磷早 在 二 十 世 纪 60 年 代 ， Shapiro 和 Levin 等 人 就 观 察 到 了 污 水 中微 生 物 的 除 磷 作 用 。 经 过 进 一 步 研 究 ， 认 为 污 水 生 物 除 磷 是 通 过 微 生 物对 磷 的 过 量 摄 取 作 用 完 成 的 ， 这 是 一 种 完 全 的 生 物 摄 取 过 程 。 其 反 应 原理 是 ， 除 磷 菌 在 厌 氧
42、条 件 下 能 分 解 细 胞 内 的 聚 磷 酸 盐 同 时 产 生ATP， 并 利 用 ATP 将 废 水 中 的 脂 肪 酸 等 有 机 物 摄 入 细 胞 ， 以PHB（ 聚 - - 羟 基 丁 酸 盐 ） 及 糖 原 等 有 机 颗 粒 的 形 式 贮 存 于 细 胞 内 ，同 时 还 将 分 解 聚 磷 酸 盐 所 产 生 的 磷 酸 排 除 胞 外 ； 这 时 细 胞 内 还 会 诱 导 产生 相 当 量 的 聚 磷 酸 盐 激 酶 。 聚 磷 酸 盐 分 解 后 的 无 机 磷 盐 释 放 至 积 磷 菌 体外 ， 此 即 观 察 到 的 积 磷 细 菌 厌 氧 放 磷 现 象
43、 。 一 旦 进 入 好 氧 环 境 ， 这 类 除磷 菌 又 可 利 用 聚 - - 羟 基 丁 酸 盐 氧 化 分 解 所 释 放 的 能 量 来 摄 取 污 水 中的 磷 ， 并 把 所 摄 取 的 磷 合 成 聚 磷 酸 盐 而 贮 存 于 细 胞 内 。 一 般 来 说 ， 微 生物 增 殖 过 程 中 ， 在 耗 氧 环 境 下 所 摄 取 的 磷 比 在 厌 氧 环 境 中 所 释 放 的 磷 多 ，污 水 生 物 除 磷 正 是 利 用 了 微 生 物 的 这 一 过 程 。 应 用 于 污 水 处 理 厂 的 除 磷细 菌 主 要 有 ： 不 动 杆 菌 属 、 气 单 胞
44、菌 属 、 假 单 胞 菌 属 和 肠 杆 菌 属 、 枯 草芽 。2 微 生 物 法 除 氮由 于 氮 化 合 物 是 营 养 物 质 ， 因 而 它 的 存 在 会 引 起 藻 类 的 过 度 增 殖 ， 造成 水 体 的 富 营 养 化 现 象 ； 大 量 藻 类 死 亡 时 会 耗 去 水 中 的 氧 ， 造 成 鱼 类 的死 亡 ， 而 一 些 藻 类 的 蛋 白 类 毒 素 可 能 富 集 在 水 产 生 物 体 内 ， 并 通 过 食 物链 使 人 中 毒 ， 因 此 ， 除 去 水 中 的 氮 在 污 水 处 理 过 程 中 尤 为 重 要 。 生 物 脱氮 是 污 水 中 的
45、 含 氮 有 机 物 （ 如 蛋 白 质 、 氨 基 酸 、 尿 素 、 脂 类 、 硝 基 化 合物 等 ， 在 生 物 处 理 过 程 中 被 异 养 型 微 生 物 氧 化 分 解 ， 转 化 为 氨 氮 ； 然 后由 自 养 型 硝 化 细 菌 将 其 转 化 为 NO3- ； 最 后 再 由 反 硝 化 细 菌 将NO3- 还 原 转 化 为 N2， 从 而 达 到 脱 氮 的 目 的 。3 微 生 物 法 除 臭微 生 物 除 臭 技 术 是 二 十 世 纪 50 年 代 发 展 起 来 的 新 兴 除 臭 技 术 ， 是利 用 微 生 物 的 生 理 代 谢 活 动 降 解 恶
46、臭 物 质 ， 将 其 氧 化 成 无 臭 、 无 害 的 最终 产 物 ， 达 到 除 臭 的 目 的 。 目 前 ， 已 知 的 恶 臭 气 体 种 类 有 上 万 种 ， 研 究人 员 按 气 体 的 化 学 组 分 不 同 ， 将 其 分 成 5 类 ： （ 1） 含 S 的 化 合 物 ，如 H2S、 SO2、 硫 醇 类 、 硫 醚 类 ； （ 2） 含 N 的 化 合 物 ， 如 胺 类 、酰 胺 、 吲 哚 类 ； （ 3） 卤 素 及 衍 生 物 ， 如 氯 气 、 卤 代 烃 ； （ 4） 烃 类 ，如 烷 烃 、 烯 烃 、 炔 烃 、 芳 香 烃 ； （ 5） 含 氧
47、的 有 机 物 ， 如 醇 、 酚 、 醛 、酮 、 有 机 酸 等 。微 生 物 除 臭 可 分 为 5 个 阶 段 ： 第 一 阶 段 为 初 步 调 整 阶 段 ， 由 于 污 染物 中 吸 收 与 夹 带 了 空 气 ， 在 短 时 间 内 污 染 物 处 于 好 氧 分 解 阶 段 ， 随 着 分解 过 程 的 推 进 ， 含 氧 量 逐 步 下 降 ； 第 二 阶 段 为 分 解 过 程 转 移 阶 段 ， 当 内部 空 气 耗 尽 ， 分 解 过 程 从 好 氧 转 入 厌 氧 ， 此 过 程 产 生H2S、 NH3、 N2 等 ； 第 三 阶 段 为 酸 性 阶 段 ， 产 生
48、 有 机 挥 发 酸 、CO2、 H2 等 ； 第 四 阶 段 为 产 甲 烷 阶 段 ， 产 生 CH4、 CO； 第 五 阶 段为 稳 定 阶 段 。微 生 物 除 臭 的 主 要 方 法 有 ： 生 物 过 滤 法 和 生 物 吸 收 法 。 生 物 过 滤 法的 原 理 是 臭 气 从 反 应 器 的 底 部 进 入 ， 通 过 附 着 在 填 料 上 的 微 生 物 ， 将 O3 中 的 污 染 物 氧 化 分 解 为 CO2、 H2O、 NO-3 和 SO2-4， 达 到 O3 净化 的 目 的 。 生 物 吸 收 法 （ 也 可 称 为 生 物 洗 涤 法 ） 多 采 用 活 性
49、 污 泥 的 方 法 ，先 将 恶 臭 成 分 转 移 到 水 中 ， 然 后 ， 再 将 受 污 染 的 水 进 行 微 生 物 处 理 。 按气 液 接 触 方 式 分 为 两 种 形 式 ： 曝 气 式 和 洗 涤 式 。 生 物 除 臭 技 术 可 以 应 用于 很 多 方 面 ： 污 水 处 理 、 畜 禽 粪 便 的 处 理 、 城 市 生 活 垃 圾 的 处 理 等 方 面 。4 微 生 物 法 去 除 重 金 属对 于 重 金 属 的 去 除 ， 物 理 、 化 学 和 微 生 物 学 原 理 的 新 型 废 水 处 理 工 艺不 断 涌 现 ， 其 中 微 生 物 处 理 技 术 的 应 用 尤 为 广 泛 。 近 年 来 ， 随 着 研 究 不断 深 人 ， 由 海 藻 、 真 菌 和 细 菌 等 微 生 物 组 成 的 生 物 吸 附 剂 由 于 具 有 原 料来 源 丰 富 、 品 种 多 、 成 本 低 ， 在 低 浓 度 下 处 理 效 果 好 、 吸 附 容 量 大 、 速度 快 、 选 择 性 强 ， 吸 附 设 备 简 单 、 易 操 作 等 优 点 成 为 去 除 工 业 废 水 中 重金 属 元 素 有 效 的 净 化 方 法 。 无 论 是 海 藻 、 真 菌 或 是 细
