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

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 二级生化出水治理面临的问题
• 1.2.1 二级生化出水水质特征
• 1.2.2 二级生化出水治理存在的问题
• 1.3 常用深度处理方法研究进展
• 1.3.1 微电解处理法
• 1.3.2 混凝处理法
• 1.3.3 高级氧化处理法
• 1.3.4 膜分离处理法
• 1.3.5 组合技术处理方法
• 1.3.6 生物酶法
• 1.4 漆酶的研究概况
• 1.4.1 漆酶的特性
• 1.4.2 漆酶结构及反应机理
• 1.4.3 酶活单位定义
• 1.4.4 漆酶酶活的测定方法
• 1.4.5 漆酶的固定化技术研究进展
• 1.4.6 固定化酶的评价指标
• 1.4.7 漆酶在水处理中的应用及国内外研究现状
• 1.5 曝气生物滤池（BAF）的研究概况
• 1.5.1 曝气生物滤池原理
• 1.5.2 曝气生物滤池填料的研究进展
• 1.5.3 曝气生物滤池的工艺形式
• 1.5.4 曝气生物滤池的挂膜启动方法
• 1.5.5 曝气生物滤池的应用及国内外研究进展
• 1.6 课题研究内容及方法
• 1.6.1 课题研究内容
• 1.6.2 课题研究方法及原因
• 2 漆酶固定化最佳工艺条件研究
• 2.1 主要试剂与设备
• 2.2 漆酶固定化试验
• 2.2.1 环氧化 PVA 载体的制备
• 2.2.2 漆酶固定化最佳工艺条件研究
• 2.3 漆酶和固定化漆酶酶学性质的研究
• 2.3.1 游离漆酶最适反应条件的确定
• 2.3.2 固定化漆酶最适反应条件的确定
• 2.3.3 漆酶和固定化漆酶的热稳定性
• 2.4 实验分析项目与方法
• 2.4.1 环氧固载量的计算
• 2.4.2 游离漆酶活性的测定
• 2.4.3 固定化漆酶活性的测定
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 PVA 环氧化最佳条件优化
• 2.5.2 漆酶固定化最佳条件优化
• 2.5.3 漆酶和固定化漆酶的酶学性质
• 3 固定化漆酶深度处理制浆造纸废水
• 3.1 主要仪器和试剂
• 3.1.1 材料与试剂
• 3.1.2 仪器与设备
• 3.2 固定化漆酶深度处理制浆造纸二沉出水的最佳工艺条件研究
• 3.2.1 反应时间对固定化漆酶处理制浆造纸废水的影响实验
• 3.2.2 固定化漆酶投加量对处理效果的影响实验
• 3.2.3 硫酸铜投加量对处理效果的影响实验
• 3.2.4 HBT 投加量对固定化漆酶处理制浆造纸废水的影响实验
• 3.2.5 磷钼酸投加量对固定化漆酶处理制浆造纸废水的影响实验
• 3.2.6 废水 pH 对固定化漆酶处理制浆造纸废水的影响实验
• 3.2.7 反应温度对固定化漆酶处理制浆造纸废水的影响实验
• 3.3 试验分析项目与方法
• 3.3.1 常规指标的测定方法
• 3.3.2 脱色率的测定
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 最适反应时间的确定
• 3.4.2 最适固定化漆酶投加量的确定
• 3.4.3 最适硫酸铜投加量的确定
• 3.4.4 最适 HBT 投加量的确定
• 3.4.5 最适磷钼酸投加量的确定
• 3.4.6 最适 pH 的确定
• 3.4.7 最适温度的确定
• 4 固定化漆酶联合 BAF 深度处理制浆造纸废水
• 4.1 实验材料及仪器
• 4.2 实验流程
• 4.3 反应器的启动及运行
• 4.3.1 BAF 单元的挂膜实验
• 4.3.2 反应器的运行
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 挂膜期间各指标变化情况
• 4.4.2 反应器最佳运行条件确定
• 5 固定化漆酶结合曝气生物滤池两级反应器的设计
• 5.1 反应器的设计构想
• 5.2 两级反应器设计
• 6 两级反应器的运行
• 7 结论
• 7.1 漆酶固定化最佳工艺条件研究结论
• 7.2 固定化漆酶深度处理制浆造纸废水结论
• 7.3 固定化漆酶联合 BAF 深度处理制浆造纸废水实验条件优化结论
• 7.4 两级反应器的设计及运行结果
• 8 创新点及以后研究方向
• 8.1 创新点
• 8.2 以后研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文目录