"萬能溶劑"DMF廢水生物處理研究進展
DMF是(shi)N,N-二(er)甲(jia)基(ji)甲(jia)酰胺(an)的(de)簡稱(cheng),是(shi)一種透明、幾乎無(wu)色的(de)液(ye)體(ti),具有很(hen)強的(de)極性(xing),可(ke)以(yi)(yi)與水(shui)(shui)、醚、醇、酯、酮、不飽和(he)烴和(he)芳(fang)烴等互溶性(xing),因此被稱(cheng)為“萬能溶劑”。DMF在(zai)醫藥(yao)、農(nong)藥(yao)和(he)工業領域中(zhong)有著廣泛的(de)應用(yong)(yong)(yong)。在(zai)醫藥(yao)領域,它用(yong)(yong)(yong)于合成強力霉素、磺胺(an)嘧(mi)啶(ding)等藥(yao)物;在(zai)農(nong)藥(yao)領域,用(yong)(yong)(yong)于合成殺(sha)蟲脒(mi);而(er)在(zai)石油(you)化工中(zhong),它被用(yong)(yong)(yong)作(zuo)氣(qi)體(ti)吸(xi)收劑,用(yong)(yong)(yong)于氣(qi)體(ti)的(de)分(fen)離(li)和(he)精制(zhi)。然而(er),在(zai)DMF的(de)生產和(he)使用(yong)(yong)(yong)過程中(zhong)也會產生DMF廢(fei)水(shui)(shui),這(zhe)種廢(fei)水(shui)(shui)毒(du)性(xing)很(hen)高,難(nan)以(yi)(yi)降解(jie),對環(huan)(huan)境(jing)造成了極大的(de)危害。因此,如何減(jian)少DMF廢(fei)水(shui)(shui)對環(huan)(huan)境(jing)的(de)影響(xiang)是(shi)非常重要的(de)。
目前,處理DMF廢水的方法主要有物理法、化學法和生物法。與物理法(如萃取和吸附)以及化學法(如Fenton氧化和光催化氧化)相比,生物處理法具有環境友好、條件溫和、節約資源、分解產物無毒無害、物質可以循環再利用等優點。因此,筆者對國內外DMF廢水的生物處理研究進展進行了總結,包括國內外高效降解DMF的菌種、降解代謝研究進展以及DMF生物處理工藝的研究進展,并對其未來發展前景進行了展望。
高效降(jiang)解菌在生物處理DMF中扮演著重要角色,因(yin)此(ci),國內外(wai)進行了一(yi)系列關(guan)于(yu)DMF降(jiang)解菌的研究。
具(ju)(ju)有(you)降解(jie)(jie)DMF能力(li)的(de)(de)細(xi)菌(jun)(jun)(jun)(jun)主要分(fen)為(wei)副球菌(jun)(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)、產(chan)堿桿(gan)菌(jun)(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)、假單胞菌(jun)(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)、芽孢桿(gan)菌(jun)(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)和(he)(he)(he)蒼白桿(gan)菌(jun)(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)幾個大類。其中,副球菌(jun)(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)為(wei)短桿(gan)狀革(ge)(ge)蘭(lan)(lan)氏陰性(xing)(xing)菌(jun)(jun)(jun)(jun),進行有(you)氧(yang)(yang)呼(hu)吸代(dai)謝(xie),對(dui)DMF和(he)(he)(he)嘧啶類物質有(you)良好的(de)(de)處理效果。產(chan)堿桿(gan)菌(jun)(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)為(wei)多革(ge)(ge)蘭(lan)(lan)氏陰性(xing)(xing)菌(jun)(jun)(jun)(jun),專性(xing)(xing)好氧(yang)(yang)或嚴格(ge)好氧(yang)(yang)代(dai)謝(xie)呼(hu)吸,當氧(yang)(yang)氣存(cun)在時,以氧(yang)(yang)為(wei)電子最終受(shou)體;缺乏氧(yang)(yang)氣時,使用硝酸鹽或亞(ya)硝酸鹽作為(wei)電子受(shou)體。芽孢桿(gan)菌(jun)(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)為(wei)革(ge)(ge)蘭(lan)(lan)氏陽性(xing)(xing)菌(jun)(jun)(jun)(jun),具(ju)(ju)有(you)莢膜,需要嚴格(ge)需氧(yang)(yang)或兼性(xing)(xing)厭氧(yang)(yang),具(ju)(ju)有(you)特殊的(de)(de)抵抗能力(li)。蒼白桿(gan)菌(jun)(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)為(wei)革(ge)(ge)蘭(lan)(lan)氏陰性(xing)(xing)菌(jun)(jun)(jun)(jun),專性(xing)(xing)好氧(yang)(yang),對(dui)不利(li)條件具(ju)(ju)有(you)特殊抵抗力(li),可(ke)降解(jie)(jie)100 mg/L的(de)(de)間苯(ben)氧(yang)(yang)基苯(ben)甲醛。通過(guo)比較細(xi)胞脂(zhi)肪酸成分(fen)、水解(jie)(jie)脂(zhi)肪酸成分(fen)和(he)(he)(he)DNA序列(lie),可(ke)區分(fen)不同的(de)(de)DMF降解(jie)(jie)細(xi)菌(jun)(jun)(jun)(jun)。表(biao)1按時間順序總結了不同DMF降解(jie)(jie)細(xi)菌(jun)(jun)(jun)(jun)的(de)(de)最適pH、溫度、對(dui)DMF的(de)(de)耐受(shou)性(xing)(xing)和(he)(he)(he)去(qu)除(chu)效果。
盡管有很多能夠降解二甲基甲酰胺(DMF)的細菌屬,但是副球菌屬被認為是其中降解效果最好的。S. Swaroop等研究發現Paracoccus sp. strain DMF在利用DMF進行生長時會短暫積累二甲基胺和甲基胺,最終把它們轉化成氨氣和二氧化碳從而降解DMF。S. Sanjeevkumar等研究則發現,通過生物強化可以改變土著微生物對DMF的處理效果。用SD1菌與土著菌按體積比3∶1混合后,DMF的降解率可以提高20%,這可降低實際工程應用的經濟成本,并提高DMF降解菌的利用效率。大多數DMF降解菌適宜在溫度30℃、pH=7.0的條件下生長。
目前來看,DMF分解菌對于<1000 mg/L DMF的處理表現相對較理想。考慮到DMF的高毒性,當DMF濃度達到分解菌的最大可承受濃度時,分解效果將急劇降低。因此,在未來的實際應用中,應該嚴格控制DMF廢水的外部條件,提升分解菌的活性,最大限度地發揮其分解潛能。
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