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麦草浆造纸废水处理方法
作者:佚名 文章来源:南京蓝污环保 点击数: 更新时间:2015-4-30
 

目前,国内制浆造纸企业的综合废水处理大多采用一级沉降、二级生化处理的方法进行处理。实践证明这种方法在一定程度上可大幅度降低制浆造纸废水的污染负荷,是处理制浆造纸废水较为成熟的技术[1]。但是随着人们的环保意识的不断增强,以及国家相关法律法规的不断健全,排放废水的污染指标也变得不断严格。因此进行制浆造纸废水深度处理方面的研究,对于解决制浆造纸企业的污染,保护生态环境,具有重要的现实意义[2]。

本文用固定化漆酶将经二级生化处理的草浆造纸废水进行深度处理,进一步降低造纸废水的COD和色度,使造纸废水处理实现全程生物化处理,减少污染。

1 试验材料与方法

1.1 试剂

漆酶(武汉远成共创科技有限公司);海藻酸钠(化学纯,天津市东丽区天大化学试剂厂);明胶(生化试剂,天津市东丽区天大化学试剂厂);氯化钙(分析纯,西安三浦生物化学品厂);戊二醛(分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司);邻联甲苯胺(分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司)。

1.2 仪器

DR2010 分光光度计(美国哈希公司);722 紫外—可见分光光度计(上海精密科学仪器有限公司);pH 计(上海雷磁仪器厂)。

1.3 固定化漆酶的制备方法

将漆酶溶液20mL 与5%的海藻酸钠溶液200mL混合搅拌,然后加入5%的明胶溶液200mL 均匀混合约20min,调节pH 为4,慢速搅拌100min 后,将混合液降温至5~10℃。通过六号注射器的针头将冷却后的混合液以5~10cm 的高度注进3%的氯化钙溶液中,立刻形成光滑微球,然后保持温度为4℃,球在氯化钙溶液中被硬化8h 后,将球取出置入30℃ 5%戊二醛溶液中进一步硬化1h。再用生理盐水洗涤后,固定化漆酶被贮存在温度约为4℃的冰箱中准备在实验中使用[3-5]。

1.4 漆酶酶活的测定

将漆酶酶液,pH3.6 的醋酸-醋酸钠缓冲溶液和3.36mmol/L 的邻联甲苯胺溶液按体积比0.5∶3.5∶0.5混合均匀,立即放入紫外分光光度计中,用蒸馏水代替酶液做参比溶液,在600nm 处测吸光度值的变化,将每分钟使1μmoL 底物吸光度升高0.001 所需的酶量定义为1 个酶活力单位(U),游离酶比活力(U/mg)用每毫克漆酶酶液的活力表示[6]。

固定化漆酶活力的测定:称取0.5g固定化酶(湿重),加入5mL pH=4.0 的醋酸-醋酸钠缓冲液,1mL3.36 mmol/L 邻联甲苯胺溶液,反应5min,以5000r/min 离心,取上清液在600nm 处测上清液的吸光度值。固定化漆酶酶活保持率=(固定化后漆酶的活力/固定化时加入的漆酶的活力)×100%。固定化漆酶比活力(U/mg) = 固定化漆酶活力/固定化漆酶酶干重[7]。

1.5 废水的测定分析方法

废水COD 的测定采用快速消解分光光度法(HJ/T399-2007);废水色度的检测方法按CPPA 标准法测定[8]。

废水脱色率的测定[9]采用紫外分光光度法,将处理过的造纸废水进行过滤,用蒸馏水作对照,测定造纸废水在波长465nm 下的吸光度值。在低浓度时,废水的色度与其最大吸收波长的吸光度值成正比,可用废水该处的吸光度变化来反映废水色度的变化。造纸废水脱色率(F)的计算公式:

F(%)=(A0 -A)/A0×100%

式中:A0、A 分别表示初始时刻和t 时刻废水在特征波长处的吸光度值。

1.6 正交试验优化固定化漆酶处理造纸废水条件

根据单因素试验结果,pH 值、温度、反应时间和摇床转速等都会对处理效果有影响。所以选取这四个影响因素,每个因素选取三个水平值,设计一个L9(34)正交试验[10],测定在各条件下固定化漆酶对造纸废水的脱色率。根据正交试验结果和方差分析结果得出各因素最佳水平,从而确定出最佳反应条件。

2 结果与讨论

2.1 单因素试验研究对处理效果的影响

2.1.1 pH 的影响

分别用氢氧化钠和盐酸溶液将废水初始pH 调节到所需要的数值,其他条件相同,实验结果见表1。

由表1 可知,废水的pH 对处理效果有较大的影响,pH 在4~5 的范围内,处理效果最好。

表1 pH 对固定化漆酶处理废水效果的影响

 

2.1.2温度的影响

在其他条件均相同的情况下,将固定化酶处理废水的温度分别设定为25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃,反应一段时间后,测定废水色度,结果如表2 所示。由图1 可看出,随温度升高,废水处理效果逐渐变好。当温度超过45℃时,处理效果变差,这是因为温度越高酶反应速率越大,但高温会导致酶蛋白变性失活。该固定化漆酶处理造纸废水的适宜温度范围在35℃~45℃之间。

表2 温度对固定化漆酶处理废水效果的影响



2.1.3处理时间的影响

称取1g固定化漆酶,分别加入装有100mL 废水的锥形瓶中,启动反应,隔一段时间取样一次,测定去除效果,结果见表3。

由表3 可见,在相同反应条件下,反应时间越长,处理效果越好。但是达到一定反应时间后处理效果变化缓慢。因此,在实际的工程应用中,需要综合考虑去除效果和经济性。

表3 时间对固定化漆酶处理效果的影响

 

2.1.4摇床转速的影响

由于漆酶是一种多酚氧化酶,氧气的供应情况对废水的处理效果也可能有一定影响,基于这种考虑,对废水处理时摇床转速对处理效果的影响进行了研究。将固定化漆酶投入废水中后,分别在静止、50r/min、80r/min、100r/min、120r/min、160r/min 转速条件下进行实验,结果见表4。

表4 摇床转速对固定化漆酶处理效果的影响

 

2.1.4摇床转速的影响

由于漆酶是一种多酚氧化酶,氧气的供应情况对废水的处理效果也可能有一定影响,基于这种考虑,对废水处理时摇床转速对处理效果的影响进行了研究。将固定化漆酶投入废水中后,分别在静止、50r/min、80r/min、100r/min、120r/min、160r/min 转速条件下进行实验,结果见表4。

由表4 可知,增加转速,即增加溶液中的氧气的供应量,对最终的处理效果是有利的,可以更好地降低废水的COD 和色度。但在实际应用中,要综合考虑氧气供应所需的动力消耗和处理效果之间的关系,在两者之间寻求一个平衡。

2.2 正交试验优化固定化漆酶处理废水反应条件

影响固定化漆酶处理废水效果的主要因素有pH、反应时间、反应温度及摇床转速等。本实验主要用固定化漆酶处理草浆造纸废水经生化后的二沉池出水进行深度处理,以造纸废水的脱色率为评价指标,依据表5 所列的正交实验进行废水处理实验研究。

表5 正交实验因素与水平

 

由表6 和图1 的实验结果可以看出,pH 对漆酶处理废水影响最大,其次是温度,摇床转速和反应时间,较佳的反应条件是A2B3C3D2,即pH 为4,反应时间为24h,摇床转速为160r/min,反应温度为40℃,此时废水脱色率可达70%。

表6 正交试验设计及实验结果结果

 

3 结论

(1)利用固定化漆酶深度处理造纸废水,使废水的处理实现了全程生物化处理,减少了污染。采用单因素试验方法确定了影响该实验的主要因素有:pH、温度、反应时间和摇床转速。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

(2)通过正交试验设计方法优化了固定化漆酶处理造纸废水的反应条件。最佳反应条件是:pH 为4,反应时间为24h,摇床转速为160r/min,反应温度为40℃,此时废水脱色率可达70%。

(3)固定化漆酶可以有效地降低造纸废水的COD 含量和废水的色度,工艺条件如处理时间和温度、pH 等对最终处理效果将产生一定的影响,因此,在应用时需要在处理成本和处理效果之间进行综合考虑。

 

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