造紙工業(yè)廢水是一種水量大、色度高、懸浮物含量大、有機(jī)物濃度高、組分復(fù)雜的難處理有機(jī)廢水。目前我國(guó)造紙工業(yè)廢水排放量及COD 排放量均居我國(guó)各類(lèi)工業(yè)排放量的首位，造紙工業(yè)對(duì)水環(huán)境的污染不但是我國(guó)造紙工業(yè)污染防治的首要問(wèn)題，也是我國(guó)工業(yè)廢水進(jìn)行達(dá)標(biāo)處理的首要。近幾年經(jīng)多方不懈努力，造紙工業(yè)水污染防治已經(jīng)取得了一定的成績(jī)，初步實(shí)現(xiàn)了“增產(chǎn)減污”的目標(biāo)。但目前造紙行業(yè)還有約占排放總量50%的廢水尚未進(jìn)行達(dá)標(biāo)處理，廢液排入江河中不僅嚴(yán)重污染水源，也會(huì)造成大量的資源浪費(fèi)，廢水污染防治任務(wù)還相當(dāng)繁重。

目前，造紙廢水的處理方法主要有物理法、化學(xué)法、生物法和物理化學(xué)法。近年來(lái)研究表明，漆酶及能產(chǎn)生漆酶的真菌在處理造紙廢水處理方面顯示出特有的作用。在漆酶存在下進(jìn)行曝氣處理可有效去除制漿造紙工業(yè)廢水中的溶解性木素及氯酚類(lèi)化合物，也就是廢水中的有色物質(zhì)和有毒物質(zhì)可被有效去除，并且經(jīng)過(guò)漆酶處理的廢水可生化性得到很大提高。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料、試劑及設(shè)備

水樣取自陜西某造紙廠(chǎng)二沉池出水，BOD5為28～33.6 mg/L；COD 為234～340 mg/L；NH4+-N 質(zhì)量濃度為5 mg/L；色度為666 倍；SS 質(zhì)量濃度為40～80 mg/L；pH 為6.9～7.8。

試劑：1- 羥基苯并三唑，分析純；硫酸銅，分析純；磷鉬酸，分析純。

設(shè)備：pH 測(cè)定儀，PB-10 型；蠕動(dòng)泵；氣體流量計(jì)，LZB 型玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)（0.016～0.16 m3/h）；液體流量計(jì)，LZB 型玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)（1～10 m3/h）；空氣泵；紫外- 可見(jiàn)分光光度計(jì)，UV759 型；離心機(jī)，TDL-40B 型；BOD5測(cè)試儀，BODTrakTM；BOD5培養(yǎng)箱，一恒LRH-70 型光照生化培養(yǎng)箱。

1.2 試驗(yàn)流程

取500 mL 的水樣，調(diào)節(jié)廢水pH 至弱酸性，加入一定量的固定化漆酶、CuSO4溶液和HBT 介體，在一定溫度條件下曝氣反應(yīng)一段時(shí)間后分別測(cè)定COD 和BOD5。

1.3 分析指標(biāo)及方法

COD 的測(cè)定采用快速消解分光光度法（HJ/T399－2007）；BOD5的測(cè)定參照稀釋和接種法（HJ505－2009），采用BOD5測(cè)試儀直接讀數(shù)。

脫色率的測(cè)定采用紫外分光光度法，調(diào)節(jié)廢水pH 為7.6，用蒸餾水或者去離子水作對(duì)照，測(cè)定其在波長(zhǎng)465 nm 下的吸光度。在濃度較低時(shí)廢水的色度與其最大吸收波長(zhǎng)的吸光度值成正比，可以用廢水在該處的吸光度變化來(lái)反映廢水色度的變化。造紙廢水脫色率F 的計(jì)算見(jiàn)式（1）：

F=(A0-A)/A0×100%。（1）

式中，A0為初始時(shí)刻廢水在465 nm 處的吸光度；A 為t 時(shí)刻廢水在465 nm 處的吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 最適反應(yīng)時(shí)間

取5 份500 mL 的水樣，調(diào)節(jié)廢水pH 為6.5，固定化漆酶投加量為0.2 g/L，CuSO4投加量為10mg/L，HBT 介體的投加量為4 mg/L，在25 ℃下曝氣反應(yīng)0、2、4、6、8、12 h 后分別測(cè)定COD 和BOD5，從而確定最佳反應(yīng)時(shí)間。COD 去除率和B/C 隨時(shí)間變化如圖1 所示。

從圖1 中可以看出，在反應(yīng)的前3 h 內(nèi)，廢水的COD 有所增大，分析原因可能為HBT 濃度過(guò)高，開(kāi)始的時(shí)候被氧化形成HBT 自由基，該自由基可氧化漆酶蛋白質(zhì)的活性基團(tuán)，使漆酶部分失活，失去降解COD 的能力，3 h 后HBT 濃度降到正好滿(mǎn)足氧化有機(jī)物的濃度，因此，殘存下來(lái)的未失活的固定化漆酶才得以發(fā)揮作用；在10 h 的時(shí)候有較高的B/C 值，但較8 h 無(wú)明顯提高，考慮到停留時(shí)間在實(shí)際工程中要盡可能的短，因此本試驗(yàn)選擇8 h 的處理時(shí)間，廢水經(jīng)8 h 處理后BOD5提高了50%，可生化性得到很大提高。

2.2 最適固定化漆酶投加量

取5 份一定量的水樣，調(diào)節(jié)廢水pH 為6.5，控制固定化漆酶的投加量為0.2、1、5、10、15 g/L，控制CuSO4和HBT 介體的投加量分別為10 mg/L 和4mg/L，在室溫下曝氣反應(yīng)8 h 后測(cè)定水樣COD 的去除率，從而確定最佳固定化漆酶投加量。不同投加量的固定化漆酶在相同條件下與廢水反應(yīng)8 h 后得COD 的去除率見(jiàn)表1。

由表1 可知，漆酶作為一種多酚氧化酶，它可催化氧化酚類(lèi)或芳胺類(lèi)等多種底物。氧化酚或芳胺時(shí)先失去一個(gè)電子生成自由基，后者發(fā)生一系列非酶反應(yīng)，氧化成醌，在有O2存在時(shí)，還原態(tài)漆酶被氧化，O2還原成水。底物自由基不穩(wěn)定，可進(jìn)一步發(fā)生鍵的斷裂或生成，導(dǎo)致裂解或聚合反應(yīng)。因此，底物分子可進(jìn)一步聚合生成復(fù)雜的產(chǎn)物，也可催化芳香環(huán)支鏈Cα－ Cβ鍵斷裂。木素中主要的易受漆酶攻擊的特征功能基是苯環(huán)上的酚羥基和甲氧基，尤其是酚羥基，特別容易受漆酶的攻擊。當(dāng)固定化漆酶投加量為0.2 g/L 時(shí)，COD 去除率最高。

2.3 最適硫酸銅投加量

取8 份一定量的水樣，調(diào)節(jié)廢水pH 為5.5，控制固定化漆酶投加量為0.2 g/L，控制CuSO4投加量分別為0、2、4、6、8、10、12 mg/L，控制HBT 介體投加量為4 mg/L，在25 ℃條件下曝氣反應(yīng)一段時(shí)間后測(cè)定不同CuSO4投加量對(duì)廢水COD 的影響，從而確定最佳CuSO4投加量。CuSO4投加量對(duì)COD去除率的影響如圖2 所示。

由圖2 可知，當(dāng)CuSO4投加量為10 mg/L 時(shí)具有較高的COD 去除率，繼續(xù)增大投加量，COD 去除率反而下降。分析原因可能為高濃度的Cu2+ 可能與漆酶活性部位的酸性氨基酸殘基中的游離ω- 羧基陰離子結(jié)合，影響了漆酶分子的電荷分布及電子傳遞作用，從而減弱了活性中心與底物的結(jié)合反應(yīng)速度，導(dǎo)致COD 去除率下降。本試驗(yàn)在水樣pH 為5.5 的條件下控制CuSO4投加量為10 mg/L 可取得更高的COD 去除率。

2.4 最適HBT 投加量

取6 份一定量的水樣，調(diào)節(jié)廢水pH 為6.5，控制固定化漆酶投加量為0.2 g/L，CuSO4投加量為10mg/L，再分別控制每份水樣中HBT 介體的投加量為0、2、4、6、8、10 mg/L，在35 ℃下曝氣反應(yīng)一定時(shí)間后測(cè)定不同介體投加量對(duì)色度去除率的影響，從而確定最佳介體投加量。色度去除率隨HBT 投加量的變化見(jiàn)表2。

應(yīng)的速控步。當(dāng)HBT/ 底物值較小的時(shí)候，氧化態(tài)HBT 作為單電子氧化劑能被可逆的還原為HBT，當(dāng)比值較大的時(shí)候，氧化態(tài)HBT 作為三電子氧化劑不可逆地還原為苯并三唑（BT），不能還原為HBT，同時(shí)，高濃度的自由基卻會(huì)氧化漆酶蛋白質(zhì)的活性基團(tuán)，影響固定化漆酶的活性，導(dǎo)致脫色率下降。

2.5 最適磷鉬酸投加量

將磷鉬酸代替HBT 作為介體，取9 份一定量水樣，調(diào)節(jié)廢水pH 為4 左右，控制固定化漆酶投加量為0.2 g/L，CuSO4投加量為10 mg/L，再分別控制每份水樣中磷鉬酸的投加量為0、100、200、300、400、500、600、800 mg/L，25 ℃下曝氣反應(yīng)一定時(shí)間后測(cè)定不同介體濃度對(duì)色度去除率的影響，從而確定最佳磷鉬酸介體投加量。磷鉬酸投加量與色度去除率變化見(jiàn)表3。

由表3 可知，當(dāng)磷鉬酸的投加量為500 mg/L時(shí)可達(dá)到最大的脫色率，繼續(xù)增大磷鉬酸投加量，去除率反而下降。分析原因可能為兩方面，一方面因?yàn)榇罅康慕轶w自由基氧化漆酶活性基團(tuán)，導(dǎo)致酶活下降，去除率降低。另一方面，對(duì)于一些HPC，特別是Mo 系HPC，作為一種強(qiáng)氧化劑在一定條件下容易轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮榉�(wěn)定的還原態(tài)，而還原態(tài)自由基呈深藍(lán)色，導(dǎo)致廢水色度又升高。

2.6 磷鉬酸介體最適pH

取5 份一定量的水樣，分別調(diào)節(jié)廢水pH 為3.5、4.5、5.5、6.5、7.5，控制固定化漆酶投加量為0.2g/L，CuSO4投加量為10 mg/L，磷鉬酸投加量為500mg/L，在25 ℃下曝氣反應(yīng)8 h 后測(cè)定色度的去除率，從而確定最佳反應(yīng)pH。色度去除率隨pH 變化見(jiàn)表4。

由表4 可知，隨著pH 的升高，色度去除率呈下降趨勢(shì)，在pH 為3.5 時(shí)具有最高的色度去除率，分析原因可能為酶的活性部分一般含有酸性或堿性基團(tuán)，這些基團(tuán)因外界pH 的變化處于不同的離解狀態(tài)，即酶和底物結(jié)合的程度不同，所以導(dǎo)致酶所發(fā)揮的效應(yīng)也不同。在與草漿二沉出水反應(yīng)時(shí)最佳反應(yīng)pH 為3.5，前面固定化漆酶酶學(xué)性質(zhì)研究中最佳反應(yīng)pH 有所不同，分析原因可能為與漆酶作用的底物不同，其最佳反應(yīng)pH 也不同。

2.7 最適溫度

取3 份一定量的水樣，調(diào)節(jié)廢水pH 為6.5 左右，控制固定化漆酶投加量為0.2 g/L，CuSO4投加量為10 mg/L，磷鉬酸投加量為500 mg/L，分別在25、35、45 ℃下曝氣反應(yīng)一定時(shí)間后測(cè)定色度的去除率，從而確定最佳反應(yīng)溫度。色度去除率與溫度的關(guān)系見(jiàn)表5。

由表5 可知，當(dāng)反應(yīng)溫度為25 ℃具有較高的色度去除率，分析原因有二：一是因?yàn)楣潭ɑ�漆酶�?5 ℃具有良好的穩(wěn)定性，不會(huì)因溫度的因素而導(dǎo)致自身失活；二是因?yàn)?5℃的條件下酶的催化反應(yīng)速度也較快。所以綜合以上兩點(diǎn)原因使得固定化漆酶在25℃的條件下取得良好的色度脫除率。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)及使用批次的增多，35 ℃和45 ℃下反應(yīng)的固定化漆酶較25 ℃下的固定化漆酶會(huì)更快的失活，其色度去除率會(huì)逐漸下降。

3 結(jié)論

優(yōu)化了固定化漆酶深度處理制漿造紙廢水的最佳工藝條件，得出如下結(jié)論：在溫度為25 ℃，水樣pH 為6.5 的條件下，固定化漆酶投加量為0.2 g/L，CuSO4投加量為10 mg/L，HBT 投加量為4 mg/L，反應(yīng)8 h 色度去除率可達(dá)到85%左右，COD 去除率為12.51%。

在其它條件不變的情況下，若把HBT 改為磷鉬酸，控制磷鉬酸投加量為500 mg/L，反應(yīng)8 h 后色度去除率達(dá)50%左右。