向心怡

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院〈集團(tuán)〉有限公司， 上海 200092)

印染、食品、化妝品及印刷行業(yè)均會(huì)排放含染料廢水[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，各行業(yè)每年排放的染料總量已超過100萬t[2]。染料廢水的直接排放不僅會(huì)影響水體的美觀程度，還會(huì)阻礙陽光透過使植物的光合作用減弱，降低水體的溶解氧濃度[3]。所有排放的染料中有50%為偶氮染料[4]，偶氮染料是含一個(gè)或一個(gè)以上偶氮鍵(R1-N=N-R2)的芳香族化合物。部分偶氮染料及其分解產(chǎn)物對(duì)生物有毒性、致突變性和致癌性[5-6]，直接排放對(duì)動(dòng)植物和人類均威脅甚大。

目前，偶氮染料的物理化學(xué)處理往往受單一性(對(duì)單一偶氮染料有效的方法并不一定對(duì)其他偶氮染料有效)、經(jīng)濟(jì)性(混凝/絮凝會(huì)產(chǎn)生大量需要處理的污泥[7]，膜過濾和高級(jí)氧化的能耗較大)及技術(shù)性(廢水其他成分對(duì)物化方法處理偶氮染料的干擾很大)的制約[8]，故生物處理法在偶氮染料處理領(lǐng)域中仍為首選手段。然而，由于氧分子與偶氮染料相比是更為有效的電子受體，在好氧生物處理偶氮染料時(shí)，有機(jī)物降解的電子會(huì)優(yōu)先傳遞給氧而非偶氮染料[9-10]，故好氧生物處理?xiàng)l件下偶氮染料的降解效果很不理想。不過對(duì)于偶氮染料的分解產(chǎn)物芳香胺，好氧生物處理能經(jīng)羥化酶和加氧酶將其直接降解為CO2、H2O、NH3等物質(zhì)[11]，故好氧生物處理往往被用于芳香胺的處理。

在厭氧條件下，微生物能直接使偶氮染料中偶氮鍵斷裂，形成芳香胺類物質(zhì)(圖1)；底物被生物菌體氧化，釋放出電子，電子通過NADH、NAD(P)H、FMNH2及FADH2等中間電子受體傳遞至偶氮染料[12]，打開偶氮鍵，進(jìn)而將偶氮染料還原成芳香胺。據(jù)報(bào)道[13]，厭氧顆粒污泥能降解幾乎所有其用于試驗(yàn)的染料，降解過程符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)，最高一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)達(dá)16.6 d-1；Willetts等[14]的研究發(fā)現(xiàn)，厭氧降解活性紅235、活性藍(lán)235及活性黃168的一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)分別為4.42、23.5、23.4 d-1。雖然上述偶氮染料在厭氧條件下具有較快的生物降解速度，但其他多數(shù)偶氮染料的一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)卻在1 d-1以下，如活性紅2、活性橙14、直接黑53等[13]，這意味著若欲達(dá)到同樣的效果，需將工程上厭氧反應(yīng)器的體積及占地面積增大數(shù)倍。

圖1 偶氮染料廢水的厭氧-好氧處理以及厭氧生物處理的局限性Fig.1 Limitations of Anaerobic-Aerobic and Anaerobic Biotreatment for Azo Dyes Wastewater

本文對(duì)能催化厭氧生物降解偶氮染料的氧化還原介體(redox mediator, RM)進(jìn)行綜述。將非溶解性RM分為天然非溶解性RM和固定化非溶解性RM進(jìn)行闡述，并將兩者細(xì)分，對(duì)各種非溶解性RM的性能、優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用情況進(jìn)行了對(duì)比分析，以期為新型非溶解性RM開發(fā)和實(shí)際應(yīng)用提供參考。

1 溶解性氧化還原介體

圖2 偶氮染料還原的直接(無氧化還原介體)(a)與間接(有氧化還原介體)(b)反應(yīng)示意圖Fig.2 Schematic Diagram of Direct (Reaction without Redox Mediator)(a) or Indirect (Reaction Mediated by Redox Mediator) (b) Azo Dye Reduction

諸多研究表明，醌類化合物如1,2-萘醌-4-磺酸鈉(NQS)、2-磺酸鈉蒽醌(AQS)、蒽醌-2,6-二磺酸二鈉(AQDS)、指甲花醌等能作為RM[22-25]，包括含醌類化合物，如腐植酸等[26]。這些RM對(duì)厭氧生物降解偶氮染料的催化效果及影響因素已有專門的綜述進(jìn)行總結(jié)[27]，在本文不再詳述。不過，雖然這些醌類化合物在投加劑量很小的情況下(在μmol/L水平)即可有效加速厭氧微生物降解偶氮染料，但在厭氧生物的連續(xù)處理中，長時(shí)間連續(xù)投加醌類化合物會(huì)造成較重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，且大部分醌類化合物非常穩(wěn)定難生物降解，連續(xù)投加該類物質(zhì)即會(huì)引起二次污染。可見，開發(fā)非溶解性RM并耦合于厭氧反應(yīng)器中是RM強(qiáng)化厭氧生物降解偶氮染料的必由之路。

2 非溶解性氧化還原介體

2.1 活性炭

活性炭是具有諸多微小孔隙、比表面積大的炭類，常常由木材、椰殼及煤等原料經(jīng)炭化活化制得[28]，且近年來由于剩余污泥的排放以及出于資源化利用的考慮，污泥也成為活性炭制備的一個(gè)來源[29-30]。活性炭表面存在一定量的醌(羰基)結(jié)構(gòu)官能團(tuán)[31]，且醌基濃度最高為mmol/g濃度級(jí)[32](一般醌基濃度在μmol/L濃度級(jí)即可發(fā)揮較好的RM作用[33])，因此,活性炭具備作非溶解性RM的潛力。基于這一思路，Zee等[34]研究發(fā)現(xiàn),活性炭的投加能顯著提高UASB反應(yīng)器處理水解活性紅2的處理效率(121倍)，且于搖瓶試驗(yàn)中在產(chǎn)甲烷菌抑制劑存在的條件下，細(xì)菌能降解底物乙酸并還原活性炭的官能團(tuán)，首次證明了活性炭能作為RM強(qiáng)化厭氧生物降解偶氮染料。

2.2 其他炭基材料

常見的商業(yè)AC可直接作為RM催化厭氧降解偶氮染料，AC的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)在于可人為地通過改變其物理或/和化學(xué)特性以優(yōu)化其對(duì)特定用途的性能[35]。故Mezohegyi 等[36]及Pereira等[37]開展了AC改性及其催化厭氧生物降解偶氮染料的研究。Toro等[38]認(rèn)為,纖維狀活性炭(ACF)除了具備常見商業(yè)AC的多孔道、豐富表面基團(tuán)等特點(diǎn)外，還擁有機(jī)械性能好、易于改變形狀與生物反應(yīng)器耦合的優(yōu)勢(shì)，因而試驗(yàn)了ACF及改性ACF催化厭氧生物降解偶氮染料的性能。Pereira等[39]認(rèn)為，AC是多微孔結(jié)構(gòu)，大孔和中孔數(shù)量較少不利于催化或吸附過程中的傳質(zhì)，故他們引入了多中孔結(jié)構(gòu)的炭氣凝膠(CX)和碳納米管(CNT)并以熱改性AC為對(duì)比，開展了催化厭氧生物降解偶氮染料的研究。

碳基/改性碳基材料均能有效催化厭氧生物偶氮染料，改性后的碳基材料性能絕大部分優(yōu)于未改性的碳基材料。從文獻(xiàn)中改性方法上來看，雖然改性的原材料不同，但采用的改性手段卻大同小異，主要采用的改性方法包括高溫CO2氛圍再活化、中溫O2氛圍氧化、HNO3沸騰氧化、中高溫N2或H2氛圍熱處理。這些對(duì)碳基材料改性方法的目的主要集中在兩塊：一是控制材料內(nèi)部中孔的數(shù)量；二是改變材料表面醌基的數(shù)量。值得注意的是，BET比表面積在改性過程中也發(fā)生了改變，這對(duì)于材料吸附染料速率有一定影響，但與中孔和表面醌基相比，BET比表面積一般不是RM催化厭氧生物降解染料的關(guān)鍵指標(biāo)[36]。

表面醌基數(shù)量的增加也能顯著提高反應(yīng)速率。Mezohegyi等[36]認(rèn)為，之所以AC在中孔數(shù)量不變、醌基數(shù)量急劇減少的情況下催化效果反而更佳，是因?yàn)楦邷叵翧C7帶負(fù)電官能團(tuán)減少使得π電子增加，體系的導(dǎo)電性也隨之增加[40]，有更多π電子參與了催化反應(yīng)。同時(shí)，碳基材料表面中孔數(shù)量的增加能顯著提高偶氮染料的厭氧生物降解速率，因?yàn)橹锌讛?shù)量的增加使得微生物和染料分子能更好地進(jìn)入材料內(nèi)部孔道與活性位點(diǎn)(醌基)接觸傳質(zhì)。

2.3 海娜植物

海娜(Lawsoniainermis)的葉、花、莖、種子等部位是天然染料的重要來源之一[41]。然而，在天然染料提取的過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的生物質(zhì)廢物，會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。不過，海娜廢棄物內(nèi)不僅含有可作為碳源的纖維素等[42]，還含有豐富的指甲花醌，高達(dá)1%，可作為RM強(qiáng)化偶氮染料的降解[17]。因此，海娜具有作天然非溶解性RM強(qiáng)化偶氮染料生物降解的潛能。

Tang等[43]研究了海娜不同部位(花、莖、種子)對(duì)厭氧生物降解酸性橙7的影響，發(fā)現(xiàn)海娜花起到了RM的作用，提升了近4.5倍的厭氧生物降解酸性橙7的速率；海娜莖主要起到了吸附作用，吸附量占總體酸性橙7去除量的63.7%；海娜種子既發(fā)揮了一定的RM作用，也起到了一定的吸附作用，厭氧生物降解酸性橙7的速率提升了2.5倍，吸附量占總體酸性橙7去除量的17.8%。Huang等[44]在搖瓶試驗(yàn)中研究了海娜葉粉末對(duì)厭氧生物降解酸性橙7的影響，發(fā)現(xiàn)最高可以提升厭氧生物降解酸性橙7近6倍的速率，且海娜葉粉末不僅起到了RM的作用，還發(fā)揮了作碳源的作用，因而在后期，系統(tǒng)的處理效能逐漸降低；傅里葉紅外光譜(FTIR)表征發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)效能降低不是由于RM的流失而是因?yàn)楹Ｄ热~粉末中碳源部分逐漸被消耗，導(dǎo)致反應(yīng)碳源不足。

3 固定化非溶解性氧化還原介體

雖然上述非溶解性RM被報(bào)道可作為RM催化部分偶氮染料的厭氧生物降解，但是其表面醌基官能團(tuán)對(duì)某些偶氮染料厭氧生物降解的催化效果卻不盡人意(如RR120[45])。因此，根據(jù)處理偶氮染料的種類，將合適的溶解性RM(如AQS、AQDS、蒽醌、核黃素、腐植酸等)有針對(duì)性地固定在合適的材料上，制備得到合適的非溶解性RM對(duì)有效提升厭氧生物降解偶氮染料速率至關(guān)重要。

3.1 天然載體

Guo等[46]將蒽醌包埋于海藻酸鈣(CA)內(nèi)，用于催化耐鹽細(xì)菌降解多種偶氮染料，脫色速率能提高1.5～2倍，4次重復(fù)試驗(yàn)中蒽醌-CA催化的脫色速率較為穩(wěn)定，為第1次試驗(yàn)的90%。然而，在循環(huán)試驗(yàn)中，蒽醌-CA的機(jī)械強(qiáng)度逐漸下降，意味著蒽醌-CA的機(jī)械強(qiáng)度難以滿足長期使用的需要。此外，在實(shí)際應(yīng)用中，耐鹽細(xì)菌的連續(xù)投加不僅會(huì)增加經(jīng)濟(jì)成本，還會(huì)產(chǎn)生一定量的生物污泥，因此，出于克服這一問題的考慮，并同時(shí)為更好地持留微生物，Su等[47]將蒽醌和厭氧污泥共同固定于CA中，并在多種偶氮染料的處理中表現(xiàn)出良好的催化和降解性能。在10次重復(fù)試驗(yàn)后，共固定CA球的脫色速率為第1次試驗(yàn)的92.8%，然而，在重復(fù)試驗(yàn)中共固定CA球的機(jī)械強(qiáng)度同樣逐漸減弱，且由于微生物和蒽醌大部分被固定于CA內(nèi)部，會(huì)直接影響處理底物的傳質(zhì)效果。

3.2 高分子聚合物載體

研究表明[48]，聚吡咯(PPy)摻雜AQDS改性玻碳電極的電化學(xué)催化活性及穩(wěn)定性均顯著優(yōu)于AQDS單層吸附的玻碳電極，因而Li等[45]認(rèn)為PPy可被用作固定AQDS的基體。另外，由于活性炭氈(ACF)具有三維結(jié)構(gòu)[49]、良好的電化學(xué)和機(jī)械性能[50-51]及適合微生物膜生長[52]的特性，Li等[45]研發(fā)了一種ACF/PPy/AQDS材料，作非溶解性RM催化偶氮染料的厭氧生物降解。ACF/PPy/AQDS存在的情況下，厭氧生物降解RR120的速率能提高3.2倍[45]，厭氧生物降解RR15的速率能提高1.8倍[53]，均高于用于對(duì)比的Pt/PPy/AQDS。在10次重復(fù)試驗(yàn)后，材料的催化性能無顯著變化，用于對(duì)比的Pt/PPy/AQDS則在第3次重復(fù)試驗(yàn)時(shí)PPy發(fā)生脫落，可見ACF/PPy/AQDS無論是催化效能還是機(jī)械強(qiáng)度均優(yōu)于Pt/PPy/AQDS，且與蒽醌-CA[46]相比，其傳質(zhì)效果和機(jī)械強(qiáng)度均較優(yōu)異。然而，ACF/PPy/AQDS制備的成本較高，其大規(guī)模應(yīng)用具有一定難度。

3.3 金屬氧化物納米顆粒

隨著近年來納米技術(shù)的發(fā)展，人們開發(fā)了諸多新型材料用于環(huán)境保護(hù)和污染控制[54]，金屬氧化物納米顆粒(MONP)因其強(qiáng)吸附能力映入人們的眼簾[55]。Alvarez等[56]分別以Al(OH)3、ZnO及α-Al2O3納米顆粒作載體吸附AQDS，發(fā)現(xiàn)Al(OH)3納米顆粒吸附AQDS的能力最強(qiáng)，且3者在1次解吸后有一定量的AQDS脫附，之后解吸過程中固定的AQDS量都保持穩(wěn)定，其中Al(OH)3納米顆粒AQDS濃度最高，為0.105 mmol/g。隨后該研究組將AQDS-Al(OH)3納米顆粒用于催化RR2的厭氧生物降解[56]，提升了近7.5倍的降解速率，高于AQDS-AER(提升了2倍)[57]。

4 非溶解性氧化還原介體耦合反應(yīng)器

4.1 非溶解性氧化還原介體耦合高效厭氧反應(yīng)器

研究者們開展了一系列非溶解性RM耦合連續(xù)流高效厭氧反應(yīng)器的探索。Van等[34]同時(shí)運(yùn)行了3個(gè)UASB反應(yīng)器處理含水解活性紅2的模擬廢水(以VFA為共基質(zhì))，1號(hào)直接投加2.5 g活性炭，2號(hào)在運(yùn)行中期投加0.1 g活性炭，3號(hào)不加活性炭。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1號(hào)一直保持90 %以上的色度去除率；2號(hào)在投加了活性炭后色度去除率由32%提升至76%，在3周后吸附飽和降至50%；3號(hào)色度去除率穩(wěn)定在35%左右；可見，活性炭在連續(xù)流反應(yīng)器中能將RM的作用發(fā)揮良好。然而，在投加了活性炭后，即使活性炭吸附飽和，1號(hào)和2號(hào)反應(yīng)器色度去除率均在緩慢下降，這是由于顆?；钚蕴康南闯鯷34]。

考慮到活性炭持留的問題，Mezohegyi等[58]將活性炭作為填充床固定在反應(yīng)器內(nèi)，發(fā)明了一種連續(xù)流的升流式填充床反應(yīng)器(UPBR)，用以處理酸性橙7(乙酸鈉為基質(zhì))，穩(wěn)定運(yùn)行后2 min，內(nèi)酸性橙7的轉(zhuǎn)化率即可達(dá)99%。通過與以石墨、氧化鋁為填充床的反應(yīng)器運(yùn)行對(duì)比，Mezohegyi等[58]發(fā)現(xiàn)，活性炭的RM作用和高比表面積是UPBR高效處理酸性橙7的關(guān)鍵。然而，在UPBR系統(tǒng)中，微生物易于過量生長，一會(huì)導(dǎo)致活性炭結(jié)塊堵塞并出現(xiàn)短流或水頭損失增大的問題[59]，二會(huì)導(dǎo)致活性炭表面生物膜過厚影響微生物-醌基-底物之間的傳質(zhì)。鑒于此，Mezohegyi等[60-61]在UPBR中加入了攪拌裝置，發(fā)明了以活性炭為填充物的升流式攪拌填充床反應(yīng)器，研究發(fā)現(xiàn)，攪拌的設(shè)置能有效控制反應(yīng)器內(nèi)微生物的總量，在0.5 min內(nèi)厭氧生物處理酸性橙7的轉(zhuǎn)化率就能達(dá)到96%。

Zhou等[62]開展了有關(guān)AQS-PUF催化厭氧生物降解偶氮染料的連續(xù)流試驗(yàn)研究，他們將AQS-PUF固定在一個(gè)升流式反應(yīng)器中(R1)，在進(jìn)水pH值為7、水力停留時(shí)間(HRT)為10 h，進(jìn)水RR15濃度為50 mg/L的工況下，色度去除率為93.8%，高于只加了PUF的對(duì)比反應(yīng)器(R2，64%)。此外，在RR15濃度由50 mg/L提升到400 mg/L的過程中，R1的脫色效率一直穩(wěn)定在85%以上。AQS-PUF的催化效能在連續(xù)流運(yùn)行的情況下僅比搖瓶試驗(yàn)低9%。

Cervantes等[63]將腐植酸固定在γ-Al2O3納米顆粒上，投入U(xiǎn)ASBR運(yùn)行處理含RR2的廢水，在HRT為12 h、進(jìn)水RR2濃度為400 mg/L、以葡萄糖為基質(zhì)的工況下，脫色效率可達(dá)97.8%。在含腐植酸-γ-Al2O3納米顆粒的UASBR中的顆粒污泥粒徑主要在1～1.7 mm，而投加γ-Al2O3納米顆粒的UASBR中的顆粒污泥粒徑主要在0.25～0.5 m，這是由于腐植酸-γ-Al2O3納米顆粒能更好地接觸和吸附腐植酸還原菌[64]，從而能快速形成微生物團(tuán)聚體。這表明，腐植酸-γ-Al2O3納米顆粒的投加不僅能催化厭氧生物降解偶氮染料，還能促進(jìn)顆粒污泥的形成，有效持留微生物和腐植酸RM。

4.2 非溶解性氧化還原介體耦合膜生物反應(yīng)器

膜生物反應(yīng)器(MBR)是一種生物處理與膜過濾復(fù)合的混合工藝，且由于MBR出水質(zhì)量高，可直接回用、污泥濃度高、剩余污泥產(chǎn)量少等特點(diǎn)近年來備受關(guān)注[65]。隨著膜生物反應(yīng)器在含偶氮染料廢水中應(yīng)用的逐漸推廣[66]，近年也有諸多活性炭作RM與MBR耦合強(qiáng)化偶氮染料的研究報(bào)道，以保障MBR出水水質(zhì)。

為處理含偶氮染料的印染廢水，Hai等[67-68]設(shè)計(jì)了一種以白腐真菌為主的內(nèi)置式好氧MBR，并為了提升其降解偶氮染料效果加入了粉末活性炭(PAC)，但此時(shí)活性炭僅發(fā)揮吸附染料和提供微生物生長環(huán)境的作用，降解效率提升有限。基于此，Hai等[69]將顆?；钚蕴?GAC)固定于MBR下端形成GAC-厭氧區(qū)，MBR上端為白腐真菌為主的好氧區(qū)，并采用下端以偶氮染料為主、上端以碳源為主的進(jìn)料方式，開發(fā)了一種GAC厭氧-好氧MBR。GAC在厭氧區(qū)起到了RM的作用，有效提升了反應(yīng)器的整體效能，在染料負(fù)荷分別為0.1和1 g/(L·d)時(shí)，GAC-厭氧區(qū)的出水染料濃度分別為3 mg/L和105 mg/L，膜出水染料濃度分別為0和0.5 mg/L，TOC濃度分別為3 mg/L和54 mg/L。此外，該系統(tǒng)在高染料負(fù)荷的情況下連續(xù)運(yùn)行了7個(gè)月以上，TOC和染料去除率均穩(wěn)定且高效。

上述研究者為了優(yōu)化現(xiàn)有好氧MBR的處理效果增加了GAC作RM的厭氧區(qū)，Baêta等[70]開發(fā)PAC-SAMBR則出于不同的考慮。Baêta等[71]認(rèn)為厭氧生物降解偶氮染料的產(chǎn)物芳香胺對(duì)微生物有毒性抑制作用，使系統(tǒng)VFA積累，進(jìn)而使得顆粒污泥解體并發(fā)生生物量的流失，因此，需設(shè)置膜過濾系統(tǒng)既保證出水質(zhì)量又持留生物量。這個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于PAC的投加可在一定程度上吸附有毒芳香胺的量、作晶核有利于顆粒污泥的生成并控制膜污染(沖刷作用，對(duì)蛋白質(zhì)、生物高聚物及溶解性微生物產(chǎn)物的吸附)[72-74]。在以葡萄糖為共基質(zhì)的情況下，處理含偶氮染料Remazol Yellow Gold RNL的廢水，PAC-SAMBR系統(tǒng)的COD去除率為73%～94%，色度去除率為90%～94%，均優(yōu)于對(duì)比運(yùn)行的無PAC的SAMBR及UASB反應(yīng)器[71]。FTIR表征表明，活性炭表面醌基的RM作用是PAC-SAMBR效能優(yōu)越的關(guān)鍵[71]。此外，Baêta等[70]還研究了PAC-SAMBR處理某實(shí)際印染廢水的處理效能，COD和色度去除率分別達(dá)到90和94%，優(yōu)于對(duì)比運(yùn)行的無PAC投加的SAMBR(79%和86%)。然而，雖然該系統(tǒng)的PAC能在初期吸附偶氮染料降解產(chǎn)物芳香胺，但在吸附平衡之后，PAC將不能吸附更多的芳香胺，這會(huì)直接導(dǎo)致出水的芳香胺含量超標(biāo)，因此后續(xù)仍需處理。筆者認(rèn)為，膜出水若不能直接回用或排放，則表明該膜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)或操作還存在一定問題，仍需要進(jìn)一步優(yōu)化。

5 結(jié)論與展望

活性炭和海娜這兩種天然非溶解性RM成本低、來源廣且無需改性或固定化處理，在催化偶氮染料厭氧生物降解時(shí)也有一定效果；改性碳基材料及固定化RM等人工非溶解性RM雖然需要一定的制備步驟，但其表面醌基基團(tuán)的數(shù)量一般大于天然非溶解性RM，即其催化活性也優(yōu)于天然非溶解性RM。此外，隨著有關(guān)固定化RM研究的開展和新型固定化RM的不斷開發(fā)，最初固定化RM的機(jī)械強(qiáng)度差、傳質(zhì)性能不佳、表面醌基數(shù)量不足及部分固定化RM成本較高等一系列問題逐一得到解決，固定化RM也展現(xiàn)出其應(yīng)用潛力?？傊侨芙庑訰M在無需額外連續(xù)投加RM的情況下，能有效提升偶氮染料的厭氧生物降解速率，為克服偶氮染料厭氧-好氧生物降解工藝的一個(gè)瓶頸因子提供了解決方案。

印染廢水具有pH復(fù)雜多變、高溫、共基質(zhì)與染料種類復(fù)雜、高鹽度等特點(diǎn)，這些極端的特點(diǎn)對(duì)非溶解性RM效能的發(fā)揮是嚴(yán)峻的考驗(yàn)。目前，針對(duì)極端環(huán)境下的非溶解性RM性能的研究僅僅涉及到鹽度、pH及高陰離子濃度[46, 57, 75-76]，有關(guān)高溫、共基質(zhì)與染料種類等條件對(duì)非溶解性RM的材料性能及催化厭氧生物降解偶氮染料效果的影響仍不明確。此外，現(xiàn)有研究中，往往對(duì)非溶解性RM的使用壽命、流失率討論甚少，在實(shí)際復(fù)雜環(huán)境下非溶解性RM的鈍化情況也很難判斷。因此，研究者們不僅要探究不同極端環(huán)境對(duì)非溶解性RM材料性能和催化特性的影響，還要有針對(duì)性地開發(fā)新型、穩(wěn)定的非溶解性RM，以真正適應(yīng)復(fù)雜而又極端的實(shí)際廢水。

在實(shí)際的生產(chǎn)性偶氮染料廢水處理中，往往是以生化法為主體的工藝對(duì)其進(jìn)行處理?？梢姡侨芙庑訰M實(shí)際應(yīng)用的前提之一便是與生物反應(yīng)器進(jìn)行耦合。非溶解性RM與AB的耦合可以通過直接投加、作固定床層、耦合內(nèi)構(gòu)件等手段來開展：直接投加非溶解性RM有望實(shí)現(xiàn)其在反應(yīng)器中的流化，可取得較好的傳質(zhì)接觸效果，但可能會(huì)面臨流失問題；作固定床層能有效解決非溶解性RM流失問題，但會(huì)增加床層阻力，同時(shí)易引起堵塞問題；耦合非溶解性RM至內(nèi)構(gòu)件上不失為一種有效手段，但具體還因考慮內(nèi)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)?？傊?，無論何種耦合方式，都必須結(jié)合非溶解性RM自身材料的特性來選擇最適宜的耦合方式。

AB對(duì)底物的降解往往是諸多菌群協(xié)調(diào)工作的結(jié)果(如水解菌、酸化菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌及產(chǎn)甲烷菌群等)，操作條件、底物種類等改變均會(huì)直接影響反應(yīng)器內(nèi)的菌群結(jié)構(gòu)[77]。非溶解性RM的加入對(duì)菌群結(jié)構(gòu)的改變是多方面的，例如，非溶解性RM會(huì)增強(qiáng)電子向偶氮染料還原方向傳遞，此時(shí)產(chǎn)沼菌群的還原力將受抑制。不過，這種改變對(duì)沼氣成分、AB的穩(wěn)定性、最優(yōu)操作條件等的具體影響，仍需進(jìn)一步探究。