文献综述
偶氮染料（azo dyes，偶氮基两端连接芳基的一类有机化合物）目前正广泛应用于染色，印花及油漆、橡胶、塑料着色上，据了解，在市场上流通着的2000多种染料中，有近2/3的都是偶氮染料。偶氮染料是一类合成性染料，它的分子结构中存在一个或多个与苯环或者萘环相连的偶氮键（－N=N－），并由于苯环或萘环上取代基及取代位置的不同而呈现出广泛的色谱范围。根据含有偶氮基的数目可分为：单偶氮染料、双偶氮染料和多偶氮染料；根据溶解度不同可以区分为可溶性偶氮染料和不可溶性偶氮染料。偶氮染料的使用与人类生活密不可分。
然而，据调查，在染料的生产及其应用当中，约有10%-15%的染料未经适当处理而被排放到环境中。由于偶氮染料具有“三致”作用，并且具备成分复杂多样、COD 浓度较高、有机污染物含量较大、难降解物质多的特点，更重要的是其分子中含有芳香族结构，十分难降解。因此，如何有效地处理含偶氮染料废水，对于保护环境以及维护人类健康都具有重大意义。
现有针对偶氮染料废水的处理方式，主要包括物理法（吸附法、气浮法、膜分离法，磁分离法、超声法、光催化法）、化学法（化学氧化法、电化学法）和传统生物法等。物理法中的吸附、萃取法只是将污染物由一相转入另一相中，并不能从根本上处理偶氮类染料。化学法中的电化学氧化法存在产物分离问题，Fenton氧化法需要再Fenton试剂存在下才能起到降解有机物的作用，超临界水氧化法的反应条件过于苛刻。目前比较突出的国内外研究包括用高级还原技术处理偶氮废水，用光电法处理偶氮废水，用上流式厌氧生物滤池处理偶氮废水，用厌氧-好氧联合上流式无膜微生物燃料电池生物降解偶氮废水等也都或多或少存在这样的确定。生物法中通常采用厌氧-好氧结合的工艺来处理偶氮染料废水，使其在厌氧条件发生酸化和水解作用从而提高废水的可生化性，进而在好氧的条件下微生物能将染料尽可能的矿化。相对于物理、化学方法成本高、效率低、易产生二次污染等问题，生物法因其处理成本低、无二次污染，且具有较好的环境和经济效应等优点，成为了广泛研究的对象。但传统的生物法处理效果往往不够理想。因此，急需研究开发高效低耗的偶氮染料废水处理新技术。
偶氮染料的微生物分解可分为好氧和厌氧处理两种机制。对于好氧条件下的偶氮还原，基本上可认为是特异性酶研究完成的，这些酶是非黄素依赖的偶氮还原酶。目前，在有氧阶段下的偶氮还原酶已经有6种被纯化。[6]而厌氧条件下的偶氮降解是一种非特异性的还原过程，其中包括直接酶催化和依赖中间体的偶氮还原过程。直接酶催化是指微生物体内存在非特异性的偶氮还原酶，可以直接催化偶氮分子接受电子从而被还原，但对于这种酶的存在目前还没有确凿证据，因此依赖氧化还原中间体和辅助因子是厌氧分解偶氮的主要机制。目前主要的中间体包括醌，2-萘醌硫磺酸酯，2-羟基-1,4-萘醌，FAD,NAD（P）等，可以接受电子被还原，然后将电子转移给偶氮染料将其偶氮键（－N=N－）断裂，产生芳香胺类物质，使得偶氮废水被脱色降解。
根据以往的实验研究可知，偶氮染料在好氧条件下的生物降解比较困难，而在厌氧条件下的酶解方法可以有效地降解偶氮染料。但是其中的偶氮键（－N=N－）断裂后的产生的副产物芳香胺在厌氧条件下难以进一步代谢，而在好氧条件下却可以完全矿化。[16]因此，近年来人们逐渐研究了连续厌氧 -好氧联合处理偶氮染料。而利用膜曝气生物膜的特点来构建具有曝气区和非曝气区的一体化膜曝气生物膜反应器系统来实现对偶氮废水的高效处理，将会是一个不错的研究方向。
一体化膜曝气生物膜反应器其运行能耗低，能截留大量的生物量 ，提高处理效率 ，此外还具有结构紧凑、体积小、活性污泥易于清洗等优点。像已开发的一体化曝气生物滤池，由于其在一级强化处理的基础上将生物氧化与过滤结合在一起 ，可不设沉淀工序这些突 出特点而应用广泛。例如刘旭东、张健等人研究并开发的 A／O一体式曝气生物滤池，不但具备上面所论述的特点，还将缺氧／好氧的工艺有机结合起来 ，采用聚乙烯悬浮等有机填料 ，通过在填料柱中曝气区和缺氧区的合理设计，不仅仅具很高的悬浮固体、 COD、BOD 去除率 ，还具有相当不错的硝化、反硝化效果。[14]
膜曝气生物膜反应器 (MABR)是一种利用透气膜进行曝气的污水生物处理组合新工艺 ，采用无泡曝气提高了氧向生物膜内的传质。其氧气利用率可接近 100％ ，是传统曝气装置的5—7倍。MABR微生物膜是一种附着于活组织或无活力组织的表面、由其自身产生的细胞外多聚基质包裹的有结构的菌细胞群体．它是微生物在生长过程中为了适应生存环境而形成的一种与浮游细胞相对应的存在形式。[11]在 MABR 中，膜具有两方面的作用 ：一方面是作为细菌的载体，使细菌固定的附着在生物膜上，另一方面作为供氧的材料。采用透气性致密膜通过膜腔体供氧生物膜固定在膜的外表面，废水中的有机物由液相主体向生物膜传递，与氧气形成反向传递。[12]与常规生物膜的好氧区在外层、缺氧区在中间、厌氧区在最里面的模式不同，MABR倒置了这一种模式，其紧靠膜载体表面的生物膜处溶解氧浓度最大，有机物经过一步步生物膜降解后其浓度降低，这就为硝化菌创造并提供了良好的生存环境，有利于硝化反应的进行。生物膜外侧富含高浓度的有机物和较少的氧气浓度有利于反硝化细菌的生长 ，促进反硝化反应的进行。因此MABR系统可实现同步硝化和反硝化进行有机物的去除。
图1 MABR微生物膜功能结构示意图
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