固定化漆酶结合曝气生物滤池深度处理制浆造纸废水的研究

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漆酶是一种含铜的多酚氧化酶,单独存在时可氧化酚型木质素结构,当有介体存在时,在曝气的条件下可以氧化非酚型木质素结构。制浆造纸二级生化出水含有大量木质素结构,而这些物质属于一种难降解的物质,用普通的生物方法难以降解,往往使得出水CODCr和色度不能达到《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB3544-2008)。漆酶在木质素的降解上表现出独特的优势,使得漆酶在制浆造纸领域的研究正逐步展开。漆酶单独做为制浆造纸废水的深度处理技术,具有较高的色度去除率和较低的CODCr去除率,但经漆酶处理的废水可生化性得到很大提高,因此本实验在漆酶处理单元之后增设曝气生物滤池进一步进行深度处理,取得了较高的CODCr、色度和氨氮去除率,出水可以达标排放。考虑到游离漆酶具有较高的处理成本,所以本实验首先进行漆酶的固定化,研究了固定化漆酶的最佳固定化条件和单独处理制浆造纸二级生化出水的工艺条件,继而研究固定化漆酶结合曝气生物滤池深度处理制浆造纸废水的可行性,最后设计了固定化漆酶结合曝气生物滤池两级反应器并取得良好处理效果,反应器运行良好。具体研究方法及成果如下:1.环氧化PVA载体最佳制备工艺:称取100g质量分数为10%的PVA溶液,加入35mL,25%的戊二醛溶液,混合均匀后用HCl调节溶液pH为12,在室温下搅拌至溶胶态,可得到具有最大通透性的PVA。取10gPVA颗粒,加入10mL环氧氯丙烷和10mL二甲基亚砜,用NaOH调节溶液pH为1012,然后放入60℃恒温水浴振荡器中反应6h,通过滴定法测定环氧化PVA的环氧固载量,可得到具有最大环氧固载量的环氧化PVA载体,极大的提升了漆酶的固载空间;2.漆酶固定化最佳工艺:控制环氧化PVA颗粒的质量和漆酶体积的比值为1:1,加两倍于漆酶体积的HAc-NaAc缓冲溶液,放到35℃的恒温水浴振荡器中,以150r/min的转速反应5h,反应结束后将固定化漆酶放到4℃的冰箱中静置6h得到固定化漆酶。采用分光光度法测定固定化漆酶的活性,所选底物为愈创木酚,可得该条件下制得的固定化漆酶具有最大的相对酶活;3.固定化漆酶深度处理制浆造纸废水最佳条件:控制固定化漆酶的投加量为0.2g/L,废水pH3.5,CuSO4投加量为10mg/L,HBT为0.008g/L,在25℃曝气反应8h后色度去除率可达85%左右。若把HBT改为磷钼酸,控制磷钼酸投加量为500mg/L,反应8h后色度去除率达50%左右,取得了良好的处理效果;4.固定化漆酶结合曝气生物滤池深处处理制浆造纸废水最佳条件:将固定化漆酶最优条件下处理过的废水通入BAF,控制BAF单元气水比为2:1,HRT为5h,BAF单元的CODCr去除率达50%左右,NH4+-N去除率达80%左右;5.两级反应器的设计及运行:反应器的设计结构为三环柱状型,内环为固定化漆酶单元,中环为酸碱调节单元,外环为BAF单元,整个反应器高为500mm,内径分别为160mm、320mm和380mm。反应器运行后固定化漆酶单元的CODCr去除率为10%左右,但经固定化漆酶处理的废水B/C升高了50%,极大的提高了可生化性。BAF单元CODCr去除率在45%65%,反应器运行效果稳定。
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