（环境科学专业论文）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.pdf

量为0 2 9 l ，废水p h 3 5 ，c u s 0 4 投加量为1 0 m g l ，h b t 为0 0 0 8 9 l ，在 2 5 曝气反应8 h 后色度去除率可达8 5 左右。若把h b t 改为磷钼酸，控制 磷钼酸投加量为5 0 0 m g l ，反应8 h 后色度去除率达5 0 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b a f ，控制b a f 单元气水比为2 ：1 ， h r t 为5 h ，b a f 单元的c o d c ，去除率达5 0 左右，n h 4 + - n 去除率达8 0 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b a f 单元，整个反应器高 为5 0 0 m m ，内径分别为1 6 0 m m 、3 2 0 m m 和3 8 0 m m 。反应器运行后固定化 漆酶单元的c o d c ，去除率为1 0 左右，但经固定化漆酶处理的废水b c 升 高了5 0 ，极大的提高了可生化性。b a f 单元c o d c ，去除率在4 5 6 5 ， 反应器运行效果稳定。 关键词：固定化漆酶，曝气生物滤池，制浆造纸废水，深度处理，可生化性 i i s t u d yo ni m m o b i l i z e dl a c c a s ei nc o m b i n a t i o n w i t h b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e rf o ra d v a n c e dt r e a t m e n to f p u l p i n ga n dp a p e r m a k i n g w a s t e w a t e r a b s t r a c t l a c c a s ei sac o p p e r - c o n t a i n i n gp o l y p h e n o lo x i d a s e ，w h i l ee x i s t i n ga l o n e c a no x i d a t ep h e n o l i cl i g n i ns t r u c t u r e ，w h e nam e d i a t o re x i s t s ，i tc a nb eo x i d i z e d n o np h e n o l i cl i g n i ns t r u c t u r e s e c o n d a r yb i o c h e m i c a lp u l pa n dp a p e re f f l u e n t c o n t a i n sl a r g ea m o u n t so fl i g n i ns t r u c t u r e ，t h e s es u b s t a n c e sb e l o n gt oar e f r a c t o r y m a t e r i a l ，d i f f i c u l tt od e g r a d eb yo r d i n a r yb i o l o g i c a lm e t h o d s ，a n de f f l u e n tc o d c r a n dc o l o rc a nn o tb ea c h i e v e d p u l pa n dp a p e ri n d u s t r i a lw a t e rp o l l u t a n t d i s c h a r g es t a n d a r d ( g b 35 4 4 - 2 0 0 8 ) l a c c a s ei nl i g n i nd e g r a d a t i o nd e m o n s t r a t e d t h eu n i q u ea d v a n t a g e s ，m a k e st h el a c c a s ei nt h ef i e l do fp u l pa n dp a p e rr e s e a r c h b e g a ni ne a r n e s t l a c c a s ef o rp u l p i n ga n dp a p e r m a k i n gw a s t e w a t e ra d v a n c e dt r e a t m e n t t e c h n o l o g y , h a sah i g hc o l o r i t yr e m o v a lr a t ea n dl o w e rr e m o v a lr a t eo fc o d c r ， b u ta f t e rl a c c a s et r e a t e dw a s t e w a t e r , b i o d e g r a d a b i l i t yo fw a s t e w a t e ri sg r e a t l y i m p r o v e d ，s ot h i se x p e r i m e n ta d d s ab i o l o g i c a la e r a t e df i l t e ra f t e rl a c c a s e t r e a t m e n tu n i t ，i no r d e rt of u r t h e ra d v a n c et r e a t m e n tt h ew a s t e w a t e r , t h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa c h i e v e d ah i g h e rc o d c r ，c h r o m a t i c i t ya n dt h er e m o v a lr a t e o fa m m o n i an i t r o g e n ，w a t e rc o u l dm e e tt h en a t i o n a ld i s c h a r g es t a n d a r d c o n s i d e r i n gt h ef r e el a c c a s eh a sh i g hp r o c e s s i n gc o s t ，s ot h i sp a p e rf i r s t l y i m m o b i l i z e dt h el a c c a s e ，s t u d yo fi m m o b i l i z e dl a c c a s eo p t i m u mi m m o b i l i z a t i o n c o n d i t i o n sa n ds e p a r a t et r e a t m e n to fp u l p i n ga n dp a p e r m a k i n ge f f l u e n to fl e v e l t w op r o c e s sc o n d i t i o n s t h e ns t u d i e dt h ef a s i b i l i t y o fi m m o b i l i z e dl a c c a s e c o m b i n a t i o nw i t hb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e rf o ra d v a n c e dt r e a t m e n to fp u l p i n ga n d p a p e r m a k i n gw a s t e w a t e r i s f e a s i b l e ，f i n a l l yd e s i g n e dt w os t a g e r e a c t o ro f i m m o b i l i z e dl a c c a s ei nc o m b i n a t i o nw i t hb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r , t h er e a c t o rh a s g o o dt r e a t m e n te f f e c t ，a n dt h er e a c t o rr u n n i n gw e l l s p e c i f i cr e s e a r c hm e t h o d s a n dr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 o p t i m a lp r e p a r a t i o no ft h ee p o x i d a t i o np v a c a r r i e r ：10 0 9m a s sf r a c t i o n o f1o p v as o l u t i o nw a sa d d e di n t o3 5 m l2 5 g l u t a r a l d e h y d es o l u t i o n t h ep h v a l u eo ft h em i x t u r ew a sr e g u l a t e dt o1 - - 2u s i n gh c i t h em i x t u r ew a ss t i r r e dt o d i s s o l v es t a t ea tr o o mt e m p e r a t u r e ，a tt h i st i m et h ep v aw h i c hh a dt h em a x i m u m i i i p e r m e a b i l i t yh a db e e ng o t 1o gp v ap a r t i c l e sw a sw e i g h e da c c u r a t e l y , a d d e d 1 0 m le p i c h l o r o h y d r i na n d1 0 m ld m s o ，r e g u l a t e dt h es o l u t i o np ht o1 0 1 2 w i t hn a o h ，a n dt h e np l a c e di ti n6 0 w a t e rb a t ho s c i l l a t o rr e s p o n s e6 h ，b y t i t r a t i o nm e t h o df o rt h ed e t e r m i n a t i o no fe p o x i d i z e dp v ae p o x ys o l i dl o a d i n g ， w h i c hh a dt h el a r g e s te p o x yi m m o b i l i z a t i o na m o u n to fe p o x i d i z e dp v ac a r d e r ， g r e a t l ye n h a n c e dt h ei m m o b i l i z e dl a c c a s es p a c e ； 2 t h eo p t i m u mc o n d i t i o n so fi m m o b i l i z a t i o no fl a c c a s e ：t oc o n t r o lt h e q u a l i t yo ft h ee p o x i d a t i o no fp v ap a r t i c l e sa n d l a c c a s ev o l u m er a t i oo f1 ：1 ，p l u s t w i c et h ev o l u m eo fl a c c a s eh a c n a a cb u f f e rs o l u t i o n p u tt h ec o n s t a n ti n t o3 5 w a t e rb a t ho s c i l l a t o r , w i t h15 0 r r a i ns p e e dr e s p o n s et o5 h p u ti m m o b i l i z e d 1 a c c a s ei n t o4 r e f r i g e r a t o r f o r6 ha f t e rt h er e a c t i o ne n d s b yu s i n g s p e c t r o p h o t o m e t r i cm e t h o df o r t h ed e t e r m i n a t i o no fi m m o b i l i z e dl a c c a s ea c t i v i t y , t h es e l e c t e ds u b s t r a t ef o r g u a i a c o l ，c o u l dg e tt h ec o n d i t i o no fi m m o b i l i z e d l a c c a s eh a dt h el a r g e s tr e l a t i v ee n z y m ea c t i v i t y ； 3 t h eo p t i m a lc o n d i t i o n so fi m m o b i l i z e dl a c c a s ed e e pt r e a t m e n to f p a p e r m a k i n gw a s t e w a t e r ：c o n t r o lo fi m m o b i l i z e dl a c c a s ed o s a g ew a s0 2 9 l ， w a s t e w a t e rp h3 5 ，c u s 0 4d o s a g ew a s10 m g l ，耶tf o ro 0 0 8 9 l ，a t2 5 a e r a t i o nr e a c t i o n8 h ，c o l o rr e m o v a lu pt o8 5 t h e 耶tr e p l a c e db y p h o s p h o m o l y b d i ca c i d ，c o n t r o lo fp h o s p h o m o l y b d i ca c i dd o s a g ew a s50 0 m g l ， c h r o m ar e m o v a lr a t ew a sa b o u t50 a f t e rr e a c t e df o r8 h a c h i e v e dg o o d t r e a t m e n te f f e c t ； 4 i m m o b i l i z e dl a c c a s ei nc o m b i n a t i o nw i t hb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e ri n t r e a t m e n to fp u l p i n ga n dp a p e r m a k i n gw a s t e w a t e ro p t i m a lc o n d i t i o n s ：t h e w a s t e w a t e rw h i c hw a st r e a t e db yi m m o b i l i z e dl a c c a s ew a sp a s s e di n t ot h eb a f c o n t r o lb a fu n i tg a sw a t e rr a t i o2 ：1 ，h r tw a s5 h ，b a fu n i to fc o d c rr e m o v a l r a t eo fa b o u t5 0 t h er e m o v a lr a t eo fn h 4 + nw a s8 0 l e 盘a n dr i g h t ； 5 t w os t a g er e a c t o rd e s i g na n do p e r a t i o nr e s u l t s ：r e a c t o rs t r u c t u r et h e t r i c y c l i cc o l u m n a rt y p ew a sd e s i g n e d ，t h ei n n e rr i n gw a si m m o b i l i z e dl a c c a s e u n i t s ，c e n t r a lu n i tf o rp ha d j u s t m e n t ，t h eo u t e rr i n gf o rb a fu n i t ，t h ee n t i r e r e a c t o rh e i g h tw a s5 0 0 m m ，i n n e rd i a m e t e r16 0 m m ，3 2 0 m ma n d3 8 0 m m r e s p e c t i v e l y c o d c rr e m o v a le f f i c i e n c yo fi m m o b i l i z e dl a c c a s eu n i tw a sa b o u t 10 a f t e rt h er e a c t o ro p e r a t i o n b u tb yt h ei m m o b i l i z e dl a c c a s eb co f w a s t e w a t e rw a si n c r e a s e dt o5 0 ，a n dt h eb i o d e g r a d a b i l i t yw a si m p r o v e dg r e a t l y 1 v t h er e m o v a lr a t eo fb a fu n i tc o d c rw a s4 5 - - 6 5 ，r e a c t o ro p e r m i o ns t a b i l i t y k e yw o r d s ：i m m o b i l i z e dl a c c a s e ，b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r , p u l p i n g w a s t e w a t e r , d e e pp r o c e s s i n g ，b i o d e g r a d a b i l i t y v 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 1 绪论 1 1 选题背景 制浆造纸中段废水是指化学法制浆生产过程中所产生的除黑液以外的全部废水，是 提取黑液后的蒸煮浆料在洗浆、筛选、漂白等过程中所排放的废水，该部分废水一方面 水量大，占整个造纸企业污染排放总量的8 p 9 左右，另一方面排放的污染物种类多， 包括木质素、悬浮物质、有机酸【1 】和漂白过程中所产生的氯酚类物质等，使得该部分废 水的处理具有一定难度。目前，中段废水的处理方法为一级沉淀处理和二级生化处理， 然而，这种传统的处理方法只能部分去除部分碳水化合物，而对氯酚等芳香族化合物去 除能力极为有限，致使目前排放的废水几乎不能达到新制定的制浆造纸工业水污染物 排放标准( g b 3 5 4 4 2 0 0 8 ) ，其原因为经二级生化处理后的废水仍含有难以被普通生 物降解的木质素类物质及毒性较高的氯酚类物质，并且这部分废水一般呈酸性，一经排 入江河湖海，会对水生生物产生很大的毒害作用，并且易于在生物体内累积，最终通过 食物链影响人类的生存和发展，严重违背了可持续发展理念。面对如此窘境，研究出有 针对性的深度处理方法在造纸领域已然迫在眉睫。 对于中段废水的深度处理，单一的处理方法存在各自的缺点和应用局限性：物化法 成本高、再生困难；生物法难以进一步降低c o d c ，生态法受土地和气候等条件的制约； 其他的处理方法如膜法，在国外被广泛用于木浆造纸废水的治理，然而我国的制浆以草 浆为主，与木浆造纸又有一定差异，因此该法在我国也难以得到推广应用。因此，我们 只能依据我国的实际情况，通过不同方法的联合，优势互补，才能做到经济性和实用性 的统一。 曝气生物滤池( b a f ) 是2 0 世纪8 0 年代末在欧美发展起来的一种新型污水处理技术， 具有占地面积小、出水水质好、产污泥量少等优点，将b a f 应用于造纸废水及其深度处 理国内外已有相关报道。一般来说，高浓度有机物经二级处理后，废水中仍含有部分难 以生物降解的有机物，导致该部分废水具有较高的c o d c ，和非常低的可生化性，即较低 的b c 值。然而我们知道，b a f 属于生物处理方法，而生物处理方法的前提为具有较高 的可生化性，因此有必要对该部分废水进行前处理，处理后的废水再进入b a f 进行进一 步处理，从而发挥两个阶段的联合效应。目前，例如臭氧、f e n t o n 等氧化技术可以矿化 难降解有机物，使其中一部分物质被直接氧化成h 2 0 、c 0 2 等小分子无机物，另一部分被 分解为能再次被微生物氧化分解的中间产物。但臭氧、f e n t o n 等物理、化学方法成本高 且再生困难，并且在使用过程中亦有可能造成二次污染，所以使该类方法的广泛使用受 到一定限制。 近年来研究表明，漆酶及能产生漆酶的真菌在处理造纸废水处理方面显示出特有的 陕西科技大学硕士学位论文 作用。在漆酶存在下进行曝气处理可有效去除制浆造纸工业废水中的溶解性木素及氯酚 类化合物，也就是废水中的有色物质和有毒物质可被有效去除，并且经过漆酶处理的废 水可生化性得到很大提高。但是，漆酶在使用过程中也面临一定的难题： 1 ) 漆酶成本问题 由于漆酶的来源比较困难，要通过白腐真菌分离、纯化才能得到，过程比较复杂， 造成了漆酶获取的高成本投入，并且获得的漆酶易受各种因素( 如盐的浓度、p h 及有机 溶剂等) 的干扰变性失活。如若直接将漆酶用于污水处理，不仅不能最大效益的发挥漆 酶的优势，甚至会导致漆酶的完全流失，导致处理成本的升高，因此不少研究人员开始 了漆酶固定化技术的研究和发明，以期将漆酶固定到某种载体上，从而提高漆酶的使用 稳定性和重复利用率，降低使用成本； 2 ) 漆酶活性问题 漆酶一旦从细胞中分离出来，不经过适当保存，酶的活性会迅速下降，甚至在短时 间内失活，即使是固定后的漆酶，如若不妥善保存，酶活也会逐渐降低直至完全失活， 因此在固定化漆酶的使用过程中需要考虑如何长时间的保持酶的活性； 3 ) 介体 考虑到漆酶自身只能氧化降解木素中的酚型结构单元，而不能氧化占木素9 0 的非 酚结构。而只有在一些氧化还原势比较低的化合物作为介体的前提下才能够氧化非酚型 木素结构单元，例如在介体( h b t 等) 存在下，漆酶可催化降解与木质素相关的二苯基甲 烷及二噫英等，这就需要广大科研者不断发现合成新型介体，提高漆酶的处理效率。 因此，本研究采用固定化漆酶介体体系( l a c c a s e m e d i a t o rs y s t e m ，简称l m s ) 对 二沉池出水做预处理，通过固定化漆酶的氧化和聚合作用去除难以生物降解的大分子有 机物，降低水中有毒、有色物质的含量，继而通过b a f 的吸附、生物降解作用使c o d c ，、 b o d 5 、s s 、n i - 1 4 + - n 、色度等各指标达到制浆造纸工业水污染物排放标准 ( g b 3 5 4 4 2 0 0 8 ) 。 1 2 二级生化出水治理面i f 6 i 的问题 1 2 1 二级生化出水水质特征 二级生化出水含有多种有机物质，主要包括木质素、木质素衍生物、纤维素、漂白 药剂及施胶过程中的添加剂等。不同污染物各具特点，构成了二级生化出水水质的多样 性。 1 ) 木质素及其衍生物 木质素是造成废水具有较高c o d c r 和色度的重要物质之一，在废水中的浓度与加入 的蒸煮剂的量成正比。木质素属于无毒或低毒的大分子物质，几乎不能被生物所降解， 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 但在蒸煮工序中，高温、高压和高碱( 高酸) 会破坏木质素的大分子结构，产生许多单 体木质素衍生物及木质素分子碎片，这些物质一部分可以被微生物直接降解，另一部分 则需要经过特殊驯化的微生物才可以得到有效降解； 2 ) 戊聚糖、纤维素、半纤维素及其水解产物 这类物质属于水溶性物质，在蒸煮过程中直接溶解到水相中，其浓度与纸浆工艺和 操作水平有关。这些物质由于具有较小的分子量可以被微生物作为碳源而利用，因此该 类废水是构成废水b o d 5 的主要物质，可以通过延长生化处理时间而去除； 3 ) 氯代酚及氯代甲烷 氯代酚及氯代甲烷产生于漂白工序阶段，属于一种有毒物质，氯代酚的毒性随苯环 上的氯原子个数的增加而加大。其中，以五氯代酚的毒性为最大，当废水中该浓度不到l m g l 就会影响微生物的生长，而氯代甲烷的浓度约几百个l ag l 时就会对微生物的生长 产生不利影响，但这些物质在好氧条件下几乎不能被微生物降解，因此只有经过驯化的 微生物才可以适应该环境并降解该类物质。 1 2 2 二级生化出水治理存在的问题 二级生化出水具有排放量大、成分复杂、处理难度大等特点，在治理过程中需要妥 善处理好以下几点问题，才会更好的发挥深度处理的效应f 2 。l 。 1 ) 漂白阶段产生的废水含有氯化木素、氯酚等多种有毒有机物，这类物质的存在对 好氧微生物具有较强的抑制作用，严重限制着生物技术的有效使用，但是这些物 质又难以被一般的物化法或生物法所去除，因此有必要对该类物质进行特殊处 理，从而消除对微生物的抑制作用； 2 ) 草浆制浆具有低的碱回收率，使得一部分黑液掺入到中水里，而黑液中含有大量 有害物质，同样会抑制微生物的生长，因此我们要不断的提高碱回收效率，同时 大力推广及普及木材制浆，将隐患消灭于源头，减轻对废水处理环节带来的负担； 3 ) 造纸企业属于用水大户，随着我国水资源的日益紧缺及工业用水费和排污费用的 增加，势必对制浆造纸企业造成很大的压力，因此，研究废水的再生回用技术具 有明显的现实意义和长远意义，一旦废水回用技术得到普及，我国水资源的节约 利用将跨入一个新的台阶。 针对以上问题，相关人员进行了很多有益的探索，希望能解决废水处理过程中所面 临的难点问题，将废水回用于生产，减少水资源的浪费，同时降低环境污染，消除有毒 物质对微生物的毒害作用。但目前所采用的深度处理方法几乎都不能面面俱到，真正实 现废水的净化再利用。 1 3 常用深度处理方法研究进展 中段废水的深度处理方法包括物化法、生物法、生态法、联合方法。其中物化法包 陕西科技大学硕士学位论文 括常规处理法( 如吸附法、混凝法等) 、电化学法、化学氧化法、膜分离法等。生物法中 广泛使用的是好氧生物技术，包括接触氧化法和曝气生物滤池等。联合法一般采用物化 法与生物法的联合工艺，例如臭氧+ 固定床生物膜反应器、化学絮凝+ 气浮串联生物接触 氧化工艺、还原铁床+ 固定化曝气生物滤池联合工艺等 4 1 。 1 3 1 微电解处理法 微电解法又称内电解法，通常是以铁屑为阳极，颗粒炭、煤矿渣或其它惰性导电物 质为阴极，以充入的废水为电解质溶液，发生氧化还原反应以实现废水的处理。在反应 中，铁和炭构成了完整的回路，电流在铁碳表面流动，f e 2 + 与废水中污染物发生氧化还 原作用，一方面破坏染料的发色基团或助色基团，降低废水的色度；另一方面使大分子 物质分解为小分子中间体，难降解物质转变为易生化处理的物质，提高了废水的可生化 性，为进一步生化处理创造有利条件【5 】。 乔瑞平等 6 1 采用铁炭微电解法深度处理制浆造纸二级生化出水，考察了废水p h 、反 应时间、铁屑、活性炭及h 2 0 2 投加量对微电解处理效果的影响。结果得出当溶液初始 p h 为3 0 、活性炭投加量8 0 9 l 、铸铁屑投加量4 0 0 9 l 、h 2 0 2 7 1 7 m m o l l 以及反应时 间为6 0m i n 时候可达到良好的c o d c r 和色度去除率。当微电解反应后，采用8 0 9 l 的 c a ( o h ) 2 继续做混凝处理，总c o d c ，和色度去除率分别可达到7 5 和9 5 ；肖仙英等【7 1 将微电解技术应用于漂白e 段废水脱色处理，色度去除率可达9 0 ；吴香波等【8 1 采用铁 炭法+ 曝气生物滤池深度处理中段废水，c o d c ，和色度去除率分别达到8 5 和9 0 。 微电解法具有工艺简单、操作方便、运行费用低、处理效果好等优点，尤其在染料 废水脱色处理方面具有明显优势，因此微电解技术在中段废水深度处理方面有广阔应用 前景 9 - 1 1 】，但关于微电解法的反应途径目前还停留在设想阶段，需要进一步研究及验证。 1 3 2 混凝处理法 。 混凝处理法的原理是通过向废水中投加混凝剂，使混凝剂与水中的胶体物质、悬浮 物质发生凝聚和絮凝反应，积聚成大颗粒状絮体，继而通过气浮或沉淀的方式从废水中 分离出来，达到净化废水的目的。混凝包括凝聚和絮凝两部分，凝聚是通过投加电解质， 降低或消除胶体颗粒的电动电势，使胶粒物质脱稳，脱稳后的胶粒又相互聚合形成小絮 体；而絮凝作用则是通过高分子物质的吸附搭桥作用，使小絮体进一步聚合为大絮体的 过程。影响混凝效果的因素有：p h 值、浊度、搅拌程度及混凝剂的投加量等。 王卫权等【1 2 1 就混凝臭氧氧化组合工艺对造纸中段废水生物处理出水的净化效果进 行了研究，实验结果表明，c a ( o h ) 2 对废水色度、t o c 、c o d c ，和2 5 4 n m 的紫外吸收值 ( u v 2 5 4 ) 的去除效果均优于聚合氯化铝聚丙烯酰胺( p a c p a m ) 。c a ( o h ) 2 一0 3 组合工艺的 效果也优于p a c p a m 0 3 工艺。当c a ( o h ) 2 投加量为l g l 、臭氧投加量为5 0 m g l 时， 废水色度降低至1 0 倍以下，c o d c r 小于1 5 0 m g l 。张安龙掣1 3 】采用混凝砂滤深度处理 4 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 造纸二级生化出水，在p a c 和阳离子聚丙烯酰胺投加量为5 m g l 和0 6 m g l 的条件下， 明显降低了废水的c o d c ，和色度等指标，处理后的废水达到回用标准。 混凝法是目前造纸企业普遍应用的一种深度处理方法，c o d c ，去除率一般可达到 5 9 9 - 7 3 1 左右，b o d 5 去除率可达到6 0 - - 7 0 左右1 1 4 1 。 1 3 3 高级氧化处理法 高级氧化技术产生于2 0 世纪8 0 年代，是一种处理难降解有机物的新技术，其机理 是利用羟基自由基( h o ) 氧化降解废水中的难降解物质，使这些物质转化为无毒或低毒的 小分子物质，抑或直接将有机物矿化为c 0 2 和h 2 0 及其他的小分子羧酸，达到无害化目 的 1 5 - 1 6 1 。目前用到的高级氧化技术包括f e n t o n 氧化技术、光催化氧化技术和臭氧法等， 其中关于f e n t o n 氧化技术的研究最为活跃。 崔玉民等i 1 7 】以t i 0 2 做催化剂，用光催化氧化法处理草浆废水。实验结果表明，当 p h 6 0 8 ，t i 0 2 用量为0 0 3 9 ，光照3 h ，h 2 0 2 为0 6 0 的条件下，废水的c o d c ，去除率可 达9 6 以上。刘剑玉等1 1 8 1 采用0 3 b a f 工艺深度处理某钞票纸厂废水，结果表明，当臭 氧与废水接触时间为5 m i n ，b a f 水力停留时间为2 0 h 时，废水可生化性得到很大提高， 出水c o d c r 降至4 0 m e d l 左右，色度几乎完全去除，达到中水回用标准。 由于高级氧化技术具有氧化能力强、反应时间短、对有机物的选择性小、不产生二 次污染等诸多优点【1 9 1 ，近年来得到越来越多的关注。但f e n t o n 氧化技术出水会含有大量 的铁离子，需要通过铁离子固定化技术或其他工艺的联用去除铁离子，而臭氧法和光催 化氧化法需要研发高浓度臭氧发生器和新型光催化材料。 1 3 4 膜分离处理法 膜分离法是利用具有选择透过性的薄膜，在常温下以膜两侧压力差或电位差为动力 将液体或气体进行分离、分级的过程。膜分离法根据所采用膜的不同，分为微滤、超滤 和纳滤技术。 l p r a m a l l 等1 2 0 1 采用纳滤膜处理木浆漂白废液，去除了部分氯代木素和9 0 以上的 色度。张克峰等1 2 1 1 采用膜化学反应器( m c r ) 深度处理造纸废水二级生化出水，c o d c r 、 色度的去除率达8 7 1 和9 5 ，出水c o d c r 1 0 0 m g l 。 膜分离法具有占地面积小、分离效果好、操作方便等优点，是一种新型的高效、精 密分离技术【2 2 j ，但使用时会产生膜污染及浓差极化问题。 1 3 5 组合技术处理方法 联用技术是利用物化和生化或生化和生化联合的方法实现优势互补，提高处理效率， 降低处理成本。目前用到的深度处理组合技术有“磁化+ 模拟酶催化聚合 组合工艺、“铁 炭法+ 曝气生物滤池”、“臭氧催化氧化+ 曝气生物滤池”、“电化学法+ 曝气生物滤池 组 合工艺、“混凝s b r - 吸附法 组合工艺等。 陕西科技大学硕士学位论文 李松礼等【2 3 1 采用“电化学法+ 曝气生物滤池”组合工艺深度处理制浆造纸废水，c o d e ， 去除率达8 5 以上，色度的去除率达9 0 以上；姚梅掣2 4 】等采用厌氧酸化水解( a f ) 结 合b a f 工艺深度处理印刷电路板( p c b ) 废水，通过控制废水在反应器中的停留时间， 使得废水在a f 中被水解酸化，提高了废水的可生化性，继而通过b a f 的作用去除剩余 的有机物。实验结果表明，用该组合工艺深度处理p c b 废水，当进水c o d e ，在7 0 3 0 0 m g l 时，出水c o d c r 能达到1 0 5 0 m g l ；吴香波【2 5 】等采用铁炭法联合曝气生物滤池深度处理 制浆造纸废水，当进水c o d c ，和色度在2 8 3 - - 3 3 0 m g l 和2 3 5 - 2 8 0 倍时，出水c o d e ，能 达到3 2 3 9 m g l ，色度为8 1 0 倍。 组合工艺使各种方法有效的结合在一起，最大额度的发挥每个环节的作用，体现了 优势互补、节约能源的思想，又展现了处理效果好、运行稳定等优点，因此各种组合工 艺势必能引领今后水处理领域发展的方向。 1 3 6 生物酶法 漆酶是一种含铜的多酚氧化酶，是近年来发现的一种新型生物酶，在有氧气存在的 前提下，可以通过铜离子在氧化反应中协同传递电子的作用，氧化酚类和芳香类化合物， 从而实现废水中木质素及酚类化合物的降解。但漆酶的氧化还原电势比较低1 2 6 i ，只能氧 化降解木质素中的酚型结构，当有介体存在的情况下才可以催化降解占木质素9 0 以上 的非酚型结构单元，其原理为介体在酶的作用下形成具有一定稳定性的中间体，这些活 性中间体起到电子传递作用，从而氧化降解木素。 谢益民等用漆酶深度处理造纸废水，在进水c o d e r 为2 6 8 m g l ，木素含量为 1 0 0 m g l ，色度为1 8 6 倍的条件下，处理后的出水c o d e r 、木素和色度的降解率分别达 8 2 1 ，8 4 和9 4 6 t 2 7 1 。 漆酶是目前研究领域中发现的唯一一种可以独立降解木质素的生物酶，具有所有酶 所具有的高效性，但却有其他酶所不能比拟的专一性及独特性，因此漆酶近年来得到造 纸领域的诸多关注，关于漆酶作用的机理及条件也逐步明晰化。 1 4 漆酶的研究概况 1 4 1 漆酶的特性 漆酶最早是在18 8 3 年由日本学者吉田( y o s h i d a ) 从日本紫胶漆树的分泌液中发现【2 s l ， 1 8 9 4 年，b e r t m n d 2 9 】将这种物质命名为漆酶( l a c c a s e ) 。漆酶是一种含有4 个铜离子的多 酚类单电子氧化酶，作用底物非常广泛，可以降解如氯代酚、多氯联酚、二氯苯胺等多 种酚类及芳香族化合物【3 0 】，而且具有特征性吸收光谱，因此被广泛应用于食品加工、造 纸和环保等领域。 6 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 1 4 2 漆酶结构及反应机理 漆酶是由四个铜离子构成的多酚氧化酶，其催化作用是在4 个铜离子的协同作用下 完成的，人们将这四个铜离子划分为三类，i 型一个( c u l ) ，i i 型一个( c u 2 ) ，i i i 型两个( c u 3 ) 1 3 1 1 。其结构图如图1 1 所示。 图l l漆酶活性中心结构示意图 3 2 - 3 3 1 f i g 1 1 t h es t r u c t u r eo fl a c c a s ea c t i v i t yc e n t e r 其中c u l 位点是底物反应场，位于漆酶表面，并形成一个比较大的凹槽，能够宽松 容纳多种底物【3 3 1 。当漆酶与底物接触时，首先是i 型铜离子从反应底物中吸收电子，将 得到的电子在铜离子之间传递，并最终传递给分子氧，得到电子的氧被还原成水，而失 去电子的底物则被氧化成自由基，铜离子在反应前后并未发生任何变化，只是起到协同 传递电子的作用。其反应机理如式1 1 所示： d ，+ 4 9 一+ 4 日+ _ - 2 h ，o( 1 1 ) 。4cu 。 但是，漆酶不可以直接氧化具有高氧化还原电势的底物，因此就需要一些相应的化 合物( 称为介体m e d i a t o r ) 来充当漆酶中介底物，从而间接实现非芳香族化合物的氧化 反应，这个系统就被称为l m s 。 1 ) 漆酶催化氧化酚型木素的原理 漆酶催化木素酚类物质的氧化反应途径如图1 2 所示。漆酶利用分子氧将木素酚型 结构单元氧化为酚氧游离基，酚氧游离基进一步发生聚合或解聚反应，聚合反应的结果 为生成更高分子量的木素结构，解聚反应可以使芳香烷基键断裂，生成醌类等小分子化 合物，为进一步木素解聚打下基础，解聚由漆酶的催化作用完成。 陕西科技大学硕士学位论文 图1 - 2 漆酶催化酚型结构木素的氧化反应 f i g 1 2 t h eo x i d a t i o nr e a c t i o no fp h e n o l - t y p es t r u c t u r eo fl i g n i nc a t a l y z e db y1 a c c a s e 2 ) 聚合反应去除废水中的有毒氯酚类化合物 漂白废水的颜色和毒性主要来源于氯化木素及其氧化产物，据d e cj 等研究发现， 漆酶可以通过酚的聚合反应实现废水中毒性的去除，主要机理就是催化氯酚生成低聚物， 生成的低聚物为不溶性沉淀，可以通过沉降、过滤去除，这样可以去除浓度高达1 6 0 0 m g l 的取代酚。 3 ) 漆酶，介体催化氧化非酚型木素的原理 1 9 9 0 年，p a i c e 和b u r b o n n a i s 发现漆酶在有介体和氧气存在的条件下，可以氧化降解 木素的非酚型结构【3 4 】，介体的存在克服了漆酶催化氧化还原低电势非酚型木素所面临的 较大空间位阻。常用到的介体有2 ，2 联氨二( 3 乙基苯并噻唑6 磺酸( a b t s ) 、n 羟基 - n 乙酰基苯胺( n h a ) 和1 一羟基苯并三唑( h b t ) 等f 3 5 】。以a b t s 为例介绍l m s 催化 氧化非酚型木素的原理。首先，漆酶被氧气氧化，氧化后的漆酶将a b t s 氧化为a b t s + 和a b t s ”，紧接着a b t s + 和a b t s 2 + 将底物氧化，氧化后底物再继续发生非酶反应，生 成醛或酮等。其反应途径如式1 2 所示【3 6 1 。 n 个c 璺竺星望堡a b t s + 墨些亘鎏蔓a b t s z 十 a r t s + -l3 一 a b t s + ( a b t s 2 + ) + 底物一a b t s + 底物 ( 1 2 ) 1 4 3 酶活单位定义 酶活力也称之为酶活性，在日常关于酶的研究中，常涉及到酶活力这个概念，因此 酶活力单位( u ) 的定义显得尤为重要，然而关于酶活力的定义目前还不够严密。生物 化学教材中将酶活力单位定义为：“一定条件下，一定时间内将一定量底物转化为产物 所需的酶量；此外，也有报道将酶活定义为：单位时间内，转化单位量底物或生成单位 量的产物所需酶量为1 u 3 7 1 。 1 4 4 漆酶酶活的测定方法 漆酶活性的测定方法包括分光光度法【3 8 】、测0 2 法、极谱法1 3 9 j 、微量热法 4 0 1 等，其中 分光光度法因其操作简单、测定快速等优点得到广泛应用。分光光度法测定漆酶酶活的 基本原理为当底物和漆酶反应时，首先生成底物自由型4 1 1 ，该底物自由基在某一特定波 8 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 长下有最大吸光系数，并且随着底物自由基浓度的增加，吸光度值也随之增大，从而根 据吸光度值随时间的变化关系计算出酶活。 在分光光度法测定中，根据所选底物的不同，可将测定方法划分为a b t s 法、愈创 木酚法、邻联甲苯胺法、丁香醛连氮法、2 , 6 二甲氧基酚( 2 ，6 一d m p ) 法、