活性黑5的生物脫色、復色現象及機理

俞承志，謝學輝，鄭秀林，徐樂銥，李然，柳建設

（1東華大學環境科學與工程學院，上海 201620；2國家環境保護紡織污染防治工程技術中心，上海 201620）

活性黑5的生物脫色、復色現象及機理

俞承志1,2，謝學輝1,2，鄭秀林1,2，徐樂銥1,2，李然1,2，柳建設1,2

（1東華大學環境科學與工程學院，上海 201620；2國家環境保護紡織污染防治工程技術中心，上海 201620）

印染廢水問題形勢依然嚴峻，目前常用生物法來治理，篩選高效降解染料的微生物是生物法處理印染廢水的關鍵。本文利用梯度濃度壓力馴化法，從印染廢水水解酸化反應器中篩選出對染料活性黑 5具有良好脫色性能的混合菌群DDMY1。利用該菌群在兼氧條件下對活性黑5進行脫色研究，首先采用拍照方式記錄其反復脫色、復色的直觀效果，其次運用紫外-可見光分光光度計檢測其不同時間、不同狀態下脫色液吸光值情況，最后運用氣相色譜質譜聯用儀和傅里葉變換紅外光譜儀等檢測方法分析脫色、復色過程中產物情況。結果表明，混合菌群DDMY1對活性黑5的脫色性能顯著，24h脫色率能達到97.4%。同時，發現活性黑5的兼氧生物脫色反應可有效反復脫色、復色達17次之多，根據分析測試的結果，初步推測該現象可能是由活性黑5降解產物中的苯胺類物質或萘醌類物質造成的。

混合菌群；染料脫色；活性黑5；氧化還原反應

染料廣泛應用于紡織、皮革、塑料、化妝品和食品等行業［1］。全世界每年有7×105t合成染料生產，并且有5%～10%隨印染廢水排放［2］。而偶氮染料是在紡織工業中應用最多的，約占70%［3］。每年有超過3000種偶氮染料用于各行業［4］。偶氮染料中有一個或多個偶氮鍵（—N==N—）［5］以及磺酸基團，使得染料分子具有毒性，耐高溫，在酸性和堿性條件下非常穩定，很難天然降解［6-8］，從而被認為是持久性有 機污染物［9］。染料進入天然水體中，不僅破壞美觀，而且減少陽光透入，從而抑制水生植物光合作用［10］，而其降解產物通常含有芳香胺，芳香胺對生物體具有致癌、致畸、致突變的作用［11-12］，可通過食物鏈進入人類體內［13］。

目前，常用的處理偶氮染料的方法有絮凝法、吸附法、臭氧氧化法、光催化氧化法、膜過濾法和電化學氧化法等［14］。然而，它們各自均有局限性，比如高昂的成本、產生具有風險的副產品和大量的能耗需要［15］。而微生物處理技術以其低成本、環保、產生微量污泥等特點，成為越來越重要的印染廢水處理技術［16］。偶氮染料微生物處理過程，通常先厭氧還原染料分子為芳香胺，接著用好氧工藝徹底礦化芳香胺［17］。厭氧代謝能夠打開偶氮鍵，使染料分子還原為無色的芳香胺，降低色度，而芳香胺在厭氧狀態下無法進一步降解［18］，但在好氧條件這些胺可以通過非特異性的酶羥化和打開芳環［18］。厭氧還原偶氮染料的細菌已有很多報道，如沼澤紅假單胞菌［19］和Enterobacter sp.EC3［20］。此外，水解酸化工藝是一種兼氧處理工藝，在偶氮染料的處理方面有越來越多的應用。水解酸化工藝是通過微生物分泌出的胞外酶來實現的，這些微生物多為兼性厭氧菌，包括水解菌、發酵細菌及產酸菌。在染料降解過程中起主要作用的酶主要有偶氮還原酶、漆酶、過氧化物酶、NADH-DCIP還原酶和其他氧化還原酶等［21-23］。

本文利用梯度濃度壓力馴化法，從運行良好的印染廢水水解酸化反應器中馴化篩選出對活性黑 5具有良好脫色性能的混合菌群DDMY1，并對其菌群結構采用高通量測序方法進行了分析。在本實驗中，采用2mL無色離心管作為培養容器，在兼氧狀態下發現，混合菌群DDMY1對活性黑5具有良好的脫色效率。同時還發現，兼氧條件下，活性黑 5經菌群DDMY1脫色后，脫色液呈淺黃色，而當打開離心管蓋，脫色液接觸到空氣后，會立即變為深藍色。針對此現象，進一步采用紫外可見分光光度法、氣相色譜質譜聯用法、傅里葉轉換紅外光譜法等方法對脫色與復色機理進行了探究。初步推測，偶氮染料在菌群的作用下被還原為某種淺色物質，而這種物質極易與氧氣發生反應，變成深色的物質。該物質具有氧化、還原兩種狀態，能夠在兼氧狀態下被菌群DDMY1還原為淺色還原態，在氧氣存在時變為深色氧化態。這種染料脫色后又復色的現象可能在實際應用過程中影響人們對生物脫色處理效果的判斷。

1　材料和方法

1.1 材料和儀器設備

（1）主要實驗材料 本文選用染料為活性黑 5（reactive black 5，RB5）SIGMA-ALORICH公司生產雙偶氮類酸性染料，染料分子式為C26H25N5O19S6·4Na，相對分子質量為991.82，熔點為300℃。特征波長λmax=597nm，分子結構式如圖1所示。

（2）培養基 無水硫酸鈉 0.5g/L，氯化銨0.2g/L，磷酸二氫鉀2.66g/L，酵母提取物3g/L，染料0.05～0.40g/L。培養基均在1×105Pa滅菌20min后冷卻備用。

圖1　活性黑5的化學結構

（3）主要儀器設備 微量紫外可見分光光度計，IMPLEN，德國 Implen GmbH；氣相色譜質譜聯用儀，7890A/5975C，美國Agilent Technologies；傅里葉紅外光譜儀，Nicolet 6700，美國Thermo Fisher。

1.2 研究方法

（1）脫色菌群的分離篩選過程 從本實驗室運行良好的印染廢水水解酸化反應器取新鮮活性污泥10mL至含90mL富集培養基的250mL錐形瓶中，于35℃下恒溫培養24h。以未加菌液的富集培養基為空白對照，用分光光度法測定培養液的OD600值。當用血球計數板計數大于108個/mL，且OD600在1.5左右時，對其用馴化培養基在恒溫培養箱內進行梯度濃度壓力的馴化培養，培養溫度為35℃，待脫色率達到80%以上，則重新轉至富集培養基中，24h后轉入下一瓶馴化培養基中，并逐步增加馴化培養基中染料的質量濃度，其質量濃度梯度依次為50mg/L、100mg/L、150mg/L、200mg/L、250mg/L、300mg/L、400mg/L，直至其對400mg/L活性黑5脫色率能保持80%以上，則富集馴化培養結束。通過此過程獲得了對活性黑5具有良好脫色性能的混合菌群DDMY1。

（2）兼氧脫色活性黑5過程 用2mL無色離心管作為培養容器，接種10%菌液，然后加入10g/L的活性黑5母液80μL，最后加入培養基1720μL，培養液總體為2mL，蓋上離心管蓋密封（2mL離心管實際體積略大于2mL，培養體系中有一小部分空氣，并沒有完全厭氧，而是兼氧環境），于 35℃恒溫培養箱中培養。同時設置對照組，染料+培養基、染料+超純水、染料+10%菌液+超純水，每組染料濃度均為 400mg/L，每組設置 10個平行樣。每隔24h，觀察顏色并檢測特征峰吸光度值，計算脫色率。

（3）復色、再脫色過程 每隔24h后，離心管內活性黑5被脫色為淺黃色，此時將離心管從培養箱中取出，在超凈臺內，打開離心管蓋子，讓脫色后的染料溶液暴露在空氣中約3s，目的是讓新鮮空氣替換離心管內原有的微量氣體。然后立刻蓋上離心管蓋子，用力搖勻離心管，搖晃的時間長短不同表示新鮮空氣與溶液的混合均勻程度的不同，搖晃時間越長，混合越均勻，猛烈搖晃約3s，即可明顯觀察到淺黃色溶液迅速變色成深藍色，蓋上離心管蓋后，重新放回培養箱中，24h后即可再次完成脫色。

（4）紫外-可見全波長掃描并計算脫色率 把裝有脫色液的2mL離心管以10000r/min的轉速離心 10min后，對上清液進行 200～800nm范圍的紫外-可見全波長掃描，獲得脫色后的特征峰值，A597。其余對照組稀釋20倍后掃描全波長，并得到特征峰值；脫色液復色后，用超純水稀釋20倍后掃描全波長，得到特征峰值。其脫色率根據式（1）計算，并以此來表示菌群的脫色能力。

式中，Ad為脫色率；A0為染料溶液脫色前在597nm的吸光度值；At為染料溶液脫色后在597nm的吸光度值。

（5）GC-MS法檢測復色后產物 取100mL復色液以1000r/min轉速離心10min，之后用二氯甲烷以40mL、30mL、30mL液液萃取3次，將萃取液經旋轉蒸發后，用 5mL二氯甲烷溶解后，通過0.22μm濾膜，轉移入氣相色譜樣品瓶待測。GC-MS分析：以氦氣（He）為載氣，流速為1.0mL/min，樣品進樣量為 1μL，進樣口溫度為280℃。產物鑒定通過與 GC-MS機器軟件內部的標準譜圖庫（NIST08）進行比對分析。GC-MS分析測定的升溫程序如下：初始溫度80℃，保持10min；接著以10℃/min的速率升溫至280℃，保持7min。

（6）FTIR法檢測復色后產物 萃取方法同實驗方法中步驟（5），萃取后得到的溶液經氮氣吹干成粉末，放在NICOLET 6700型（Thermo，美國）FTIR光譜儀上進行分析，掃描范圍為 4000～600cm-1。測定特征譜帶的吸光度變化。

（7）高通量測序 從培養 24h的富集培養基中取10mL菌液，交由上海美吉生物醫藥科技有限公司進行高通量測序。

2　結果與討論

2.1 脫色菌群的篩選及脫色性能

經過100代傳代馴化后，篩選得到了對活性黑5具有良好脫色性能的混合菌群 DDMY1?；旌暇簩?00mg/L濃度的染料于35℃恒溫培養24h后，脫色效果見圖2。

從圖2可以明顯看到，混合菌群DDMY1對活性黑5的兼氧脫色效果十分顯著，活性黑5本色為深黑色，色度極大，而經過混合菌群DDMY1的兼氧脫色之后，脫色液呈現淺黃色（如圖 2中 RJP1所示），色度大幅度降低，從表觀達到去除色度的作用。通過紫外-可見光全波長分光光度法測定特征波長處吸光值，運用公式（1）計算求得脫色率為97.4%，明顯高于已報道的對活性黑 5具有脫色能力的菌株，如范鳳霞等［24］的混合菌群FF對200mg/L活性黑5的24h脫色率為94%，陳剛等［25］的菌株GY-1對50mg/L活性黑5的30h脫色率僅為85.9%。然而，打開離心管蓋接觸空氣后，脫色液迅速變色為深藍色，色度又明顯增加，但并沒有加深至原來活性黑5的色度，而且呈現的深藍色也與活性黑5的顏色不同，此時的脫色率仍有73.7%（如圖2中RJP2所示）。實驗結果呈現了一種染料活性黑5脫色后又能復色的現象。此現象鮮有報道，目前僅有MOHANTY等［26］在對活性黑5的細菌脫色實驗中提到過這個現象，但他們并沒有作進一步深入的探究。

圖2　混合菌群DDMY1兼氧脫色活性黑5效果圖

通過高通量測序方法對該菌群群落結構進行解析，結果如圖3所示。

結果檢測到混合菌群DDMY1主要包括變形菌門（Proteobacteria）和厚壁菌門（Firmicutes）類細菌，共7個菌屬的細菌。從圖3可以明顯看出，混合菌群中變形菌門細菌，尤其是變形菌門中的假單胞菌目占據絕對優勢地位，而假單胞菌對印染廢水具有高效降解能力已被廣泛報道［27-28］，其中檢測到的銅綠假單胞菌（Pseudomonas）已經被報道有特異性的偶氮還原酶［29］，能夠高效斷裂偶氮鍵。另外，菌群中占比較少的克雷伯氏菌（Klebsiella）［30］和嗜麥芽窄食單胞菌（Stenotrophomonas）［31］等也經常在廢水處理過程中被檢測到。推測本實驗中對活性黑5的脫色應當是以假單胞菌為主導的，各種其他菌屬細菌協作的復雜過程。

圖3　混合菌群在門、屬分類水平的結構圖

2.2 反復脫色、復色現象

2.2.1 反復脫色、復色現象的記錄和描述

混合菌群DDMY1在兼氧條件下，能對活性黑5具有高效的脫色效率，24h脫色率均能穩定達到97%以上，但是，當脫色液接觸到空氣數秒后，即刻發生復色現象。在本實驗中，當染料初次被脫色至淺黃色需要約 24h，打開離心管蓋暴露于空氣中3s后，蓋上離心管蓋搖勻，約 3s可觀察到復色現象，復色之后的離心管重新放回恒溫培養箱中，經過觀察，約8h后，可以再次脫色至淺黃色。實驗中每隔 24h，開蓋使其復色。定義每次復色、脫色為一個周期，根據觀察，從0時刻至最終失去脫色能力，一共經歷 18個周期，即可反復脫色、復色共18次，最終失去脫色能力后離心管內溶液保持復色后的狀態。在整個過程里，每24h測定復色后培養液的紫外-可見光全波長光譜，并進行產物分析。在本文中以0天，5天，10天以及最終狀態時的培養液的脫色、復色效果圖為代表，見圖 4，其余時刻現象與此類似，未一一列出。

整個過程長達18個周期，即從初始時刻至最終無法脫色歷時18天，期間17次脫色與復色，從顏色上觀察基本一致。推測脫色后的某組分具有較強還原性，每次打開蓋子后，可能是空氣中的氧氣將其氧化而變成深藍色。復色后的溶液重新密封培養8h后，再次脫色，推測可能是由于菌群在兼氧的環境下能將其重新還原。因此，淺黃色和深藍色應該是該組分的還原態與氧化態，并且能夠相互轉化。而能夠反復出現17次，至第18天時脫色復色現象消失，恒定保持在復色狀態。為了確定是菌群的作用而引起該脫色、復色現象，本實驗曾將初次復色后的溶液高速離心，去除菌群，然后把呈復色狀態的上清液重新密封，于原來的培養條件下放置 10天，10天內任何時刻均無重新脫色，故認為是菌群DDMY1的生化作用導致復色液的重新脫色。在本實驗上述的18個周期內，不對反應體系補充任何營養物質，根據細菌生長曲線［32］規律，隨著時間的延長，營養物質將逐漸消耗殆盡，并且受代謝產物及空間大小等因素限制，細菌將逐漸進入衰亡期，菌體數量將逐漸減少。陳剛［33］曾獲得一株對活性黑5具有高效降解能力的腸桿菌，研究表明，該菌株在培養20h以后即進入衰亡期，菌體數量開始大幅減少，30h后培養液中菌體數量極低，并會按照生長曲線規律繼續降低。因此推測，本實驗18天時，離心管中細菌基本衰亡殆盡，不能提供足夠的生化作用對復色液進行脫色，導致循環終止。

2.2.2 漸變的復色過程

復色的速度極其迅速，打開離心管蓋后，氣液兩相界面自動開始發生復色現象，蓋上蓋子后，將進入離心管上部的少量空氣與溶液搖勻，即發生均勻的復色，且復色后顏色的深淺與搖勻的程度有關，搖勻約 3s后，溶液復色至最終的深藍色，如圖 5所示。從圖5（a）可以看出，搖晃時間從1～3s，復色呈現的色度隨之加深，說明復色現象與脫色液、空氣混勻程度有關系，即再次證明，空氣中的某種氣體與復色有關，該氣體與脫色液混合越均勻，復色液的顏色就越深。從圖5（b）可知，即使初始搖晃時間長短不一，但當放置 3min及更長時間后，離心管內空氣會自動與溶液徹底混勻，此時與初始搖晃時間長短無關，最終復色后的 C、D、E、F，這 4只離心管內溶液色度基本一致，而每只離心管內存在的空氣量是基本一致的。因此，推測復色后最終色度與溶液的量與空氣的量有關。另外，從圖5（c）可以看到，在溶液與離心管頂部空氣兩相交界面上，溶液顏色逐步加深，由亨利定律［34］可知，這是空氣中某氣體組分向液相內分配導致，而經過24h兼氧培養，離心管內的溶解氧被細菌消耗而大量減少。因此，推測應該是空氣中的氧氣向液相分配，并與脫色液中某成分發生了氧化還原反應造成此復色現象。

2.3 多種方法對脫色液、復色液進行產物分析

2.3.1 紫外-可見分光光度法

用紫外-可見全波長分光光度計分別測定純染料溶液、培養0h的溶液、培養24h后的脫色液以及培養24h后復色液的全波長光譜，測定結果如圖6所示。

圖4　反復脫色、復色過程

圖5　混勻程度不同時的復色漸變過程

由于各組溶液直接測定全波長時，300nm以下測定，但脫色液稀釋過程也會復色，因此，只能直接測定全波長并將300nm以下部分截去。由圖6可知，脫色前活性黑5在597nm處有明顯的特征峰值，24h后，脫色液中該特征峰消失，復色液中該特征峰強度極弱，此外復色液在紫外區262nm處吸收峰明顯增大。上述現象表明，在活性黑5的脫色過程中，顯色基團—偶氮鍵發生斷裂，生成新的物質，比如芳香胺。而峰值在262nm附近正是芳環的紫外吸收特性，與SAGARIKA等的實驗結果相似［35］。

圖6　活性黑5的0h及24h培養液的紫外-可見全波長光譜

在整個實驗過程中，共有18個周期，17次發生脫色-復色現象。本文測定了每個周期的復色液的紫外可見光全波長光譜，見圖7。對圖7的分析可知，24h后，在活性黑5特征波長597nm光譜基本一致，說明復色液的色度、降解產物組成在17天內是幾乎一致的，即降解產物中顯色的物質已經無法被混合菌群DDMY1進一步降解，因此脫色、復色可看作是一種穩定的循環過程，而該現象還未見有關文獻的報道。

2.3.2 FTIR分析

由于一旦接觸空氣，脫色液即發生復色現象，因此未能對脫色液進行FTIR分析，本文僅對48h時刻的復色液進行了 FTIR 檢測。測試結果見圖8。

圖7　不同時刻復色液紫外-可見光全波長光譜

圖8　復色液FTIR圖譜

圖8中，1578cm-1和1515cm-1處的峰代表的是苯環上的 C==C伸縮振動，說明有苯環存在，3380cm-1處的峰是芳香仲胺的伸縮振動，說明有偶氮鍵發生斷裂，1000～1300cm-1是C—O的伸縮振動，吸收位置變化很大，但能引起很強的紅外吸收，因此這個范圍內有2個強烈的吸收峰，說明—C—O—的存在。1635cm-1和1150cm-1處出現的峰代表的是羧酸中C==O和C—O的伸縮振動，說明降解過程中出現酸化。1243cm-1處的峰是芳香醚結構的伸縮振動，2857cm-1處的峰CH2對稱伸縮振動，2924cm-1處的峰是—CH2不對稱伸縮振動，719cm-1處的峰是—（CH2）n—（n＞4）的平面搖擺振動。1150cm-1處吸收峰大幅下降，說明脫色效果顯著，脫色率經計算為在 17天內，每次復色后的全波長掃描處的峰是—SO伸縮振動，629cm-1表明了含硫基團的存在。675～900cm-1低頻率處中等的吸收峰表明有多環芳烴在，推測應當是萘環結構，1595cm-1處的峰指出—NH3+的存在［36］。1486cm-1處的峰是—NO鍵的伸縮振動，1297cm-1是芳香胺上—CN伸縮振動［37］。從FTIR光譜分析結果可以看出，至少有部分偶氮鍵被打開，形成了芳香胺類無色物質，這被認為是兼氧還原的主要過程，此外還有一些酰胺類物質，并且在兼氧過程中產生羧酸以及醚類和具有萘環的物質，說明兼氧過程并不能徹底將染料分子礦化［38］。

2.3.3 GC-MS分析

本文對48h時刻的復色液進行了GC-MS檢測。測試結果見表1。

表1　復色液中成分GC-MS分析

本文通過GC-MS檢測到多種物質，檢測到的組分與FTIR測定結果基本吻合，包括了菌群生長代謝產生的產物，其中含有芳環或酰胺結構的物質可能就是活性黑 5的代謝產物，如 3-methylindole、N-（3-chlorophenyl）butanamide、4-methylphenol等。偶氮染料厭氧降解通常會有苯胺類物質產生，如在KSHAMA等［39］的厭氧-好氧序批式處理紡織工業廢水的實驗中，檢測到芳香胺類物質，雖然本文中并未直接檢測到苯胺類物質的存在，但有苯酰胺類存在，推測應當是偶氮鍵斷裂后形成苯胺類物質，之后在細菌胞內某種代謝途徑下與小分子有機酸發生?；?。如本文中檢測到的 N-（3-chlorophenyl）butanamide，其可能的代謝途徑如圖9。

2.4 混合菌群DDMY1對活性黑5脫色、復色機理推測

偶氮染料厭氧還原的研究已經有很多報道。通常認為，偶氮染料分子在厭氧或微氧狀態下易被細菌還原［40］，而還原的機理通常認為是依賴黃素酶的非特異性還原［41-42］，由于偶氮分子的極性和空間位阻較大，因此無法進入細胞膜內［43］，而是通過氧化還原介體完成的還原反應［44］，因此，本實驗中對活性黑5的兼氧還原過程也應該與此相似，通過氧化還原介體在胞外完成偶氮鍵的斷鍵，實現脫色。而實驗中出現的復色現象，應當是活性黑5的兼氧降解的某種產物與空氣的反應。本文推測，復色現象本質上很可能是空氣中的氧氣參與的氧化還原反應，被氧化的物質是活性黑5的兼氧降解的某種產物。推測可能原因有兩種：第一種可能，是部分染料分子的偶氮鍵不完全氧化斷裂偶氮雙鍵中的一根，造成假脫色現象，而其氧化還原電位可能較低，因此一遇到氧氣就會復原成偶氮雙鍵，使培養液重新呈現深藍色［26］；第二種可能，芳香胺類物質自氧化，形成醌型結構［45-46］，尤其是有鄰羥基的萘胺，普遍對氧敏感，具有自氧化特性［47］，而醌型結構就是一種發色基團，如果環上還有取代基助色，物質就會顯深色。KUDLICH等［48］對幾種磺化偶氮染料厭氧降解的產物進行HPLC-MS監測氧化過程的實驗中，對活性黑5的實驗表明，活性黑5厭氧降解產生了 1,2,7-三氨基-8-羥基萘-3,6-二磺酸鈉，即TAHNDS，它是淺黃色的，而其對氧氣特別敏感，非常容易自發地脫去2個氫離子，形成一個中間過渡態物質 AP1TAHNDS，隨后又進一步氧化成AP2TAHNDS，其氧化過程如圖10所示。

而且他們發現，AP2TAHNDS在氧氣能穩定存在，不再被進一步氧化，并且觀察到它是深藍色的，與本文觀察到的現象也比較符合。無論發生復色脫色的是以上哪種物質，它都具有氧化型（深藍色）和還原型（淺黃色）兩種形態。復色只需要幾秒，而脫色需要8h，說明脫色是菌群活動產生的結果。因此，推測在兼氧狀態下，該物質可通過菌群再次獲得氫質子和電子重新還原成淺色物質，這個過程與偶氮鍵還原機制［49］可能相同，如圖11所示。

細菌胞內代謝推動NADH的循環再生機制，通過某種氧化還原介體將NADH、H+的電子和氫質子傳遞給氧化態物質，使其還原。當引入新鮮空氣后，氧氣與還原態物質發生氧化還原反應，奪去2個氫，將其變成氧化型。之后，反復進行氧化還原的循環，直至最終培養基內營養物質耗盡，細胞凋亡，無法提供還原力而保持氧化態。

3　結　論

圖9　酰胺來源推測反應式

圖10　TAHNDS暴露于空氣時的氧化過程［48］

圖11　脫色、復色循環機制推測

本研究篩選到一個混合菌群 DDMY1，對 400 mg/L濃度的偶氮染料活性黑5進行脫色，24h脫色率能達到97.4%。同時，研究發現脫色液具有一個反復脫色、復色的新現象。經過實驗驗證，復色現象是由于脫色液被空氣中的氧氣氧化導致的，而重新脫色是通過菌群的生化作用而被重新還原。通過UV-Vis、GC-MS和FTIR對脫色液進行了成分分析，檢測到的含有芳環和酰胺結構的物質可能是活性黑5的生物降解產物。結合染料分子結構和相關文獻推測，實驗中可反復發生脫色、復色現象的物質可能是芳香胺類物質自氧化形成的醌型結構物質如AP2TAHNDS，并進一步推導了兼氧狀態下混合菌群DDMY1對活性黑5反復脫色、復色的機理，認為這個過程與偶氮染料偶氮鍵還原機制可能相同，最終當菌群凋亡后，這個循環終止，脫色液保持復色狀態。對于脫色、復色過程中的具體物質有待進一步檢測確定。

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Decolorization and repigmentation of reactive black 5 biodegradation and their mechanisms

YU Chengzhi1,2，XIE Xuehui1,2，ZHENG Xiulin1,2，XU Leyi1,2，LI Ran1,2，LIU Jianshe1,2
（1College of Environmental Science and Engineering，Donghua University，Shanghai 201620，China；2State Environmental Protection Engineering Center for Pollution Treatment and Control in Textile Industry，Shanghai 201620，China）

Wastewater from printing and dyeing industrials is still a severe problem，and biological treatment is the most widely used method currently，for which screening high efficient dye biodegradation microorganisms is the key.In this paper，by using the concentration gradient pressure screening method，we selected a mixed bacterial flora DDMY1，which has good decolorization performance to reactive black 5（RB5），from the well-running hydrolytic acidification reactor for subsequent printing and dyeing wastewater treatment.The bacterial flora was used to study the RB5 decolorization under the facultative-aerobic condition.Firstly，photos were taken in the process of decolorization and repigmentation to record the repeated results visually.Secondly，ultraviolet-visible spectrophotometry was used to scan the decoloring liquid at different times and different states.At last，GC-MS（Gas Chromatography-Mass Spectrometer）and FTIR（Fourier Transform Infrared Spectroscopy）were employed to analyze the degradation products.Results indicated that，the mixed flora DDMY1 performed satisfatorily in decoloring of RB5，and with 400mg/L RB5 for 24h cultivation，thedecolorization rate could reach 97.4%.At the same time，the study found that the biological oxygen decolorization reaction could effectively repeat the decolorization-repigmentation for 17 times.According to the analysis results of the tests，it could be speculated that RB5 degradation products such as aniline，naphthoquinones might be responsible.

bacterial consortium；biological decoloring；reactive black 5；redox

X 172

A

1000-6613（2016）09-2987-10

10.16085/j.issn.1000-6613.2016.09.048

2016-03-28；修改稿日期：2016-04-28。

國家自然科學基金（21377023，51508083）、中央高?；究蒲袠I務費專項資金（2232015D3-22）及上海市重點學科建設項目（B604）。

俞承志（1994—），男，本科生，從事水處理及環境微生物研究。聯系人：謝學輝，講師，從事環境微生物研究。E-mail xiexuehui@dhu.edu.cn。柳建設，教授，從事環境生物技術研究。E-mail liujianshe@dhu.edu.cn。