目前，國內(nèi)制漿造紙企業(yè)的綜合廢水處理大多采用一級(jí)沉降、二級(jí)生化處理的方法進(jìn)行處理。實(shí)踐證明這種方法在一定程度上可大幅度降低制漿造紙廢水的污染負(fù)荷，是處理制漿造紙廢水較為成熟的技術(shù)[1]。但是隨著人們的環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，以及國家相關(guān)法律法規(guī)的不斷健全，排放廢水的污染指標(biāo)也變得不斷嚴(yán)格。因此進(jìn)行制漿造紙廢水深度處理方面的研究，對(duì)于解決制漿造紙企業(yè)的污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[2]。

本文用固定化漆酶將經(jīng)二級(jí)生化處理的草漿造紙廢水進(jìn)行深度處理，進(jìn)一步降低造紙廢水的COD和色度，使造紙廢水處理實(shí)現(xiàn)全程生物化處理，減少污染。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試劑

漆酶（武漢遠(yuǎn)成共創(chuàng)科技有限公司）；海藻酸鈉（化學(xué)純，天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑廠）；明膠（生化試劑，天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑廠）；氯化鈣（分析純，西安三浦生物化學(xué)品廠）；戊二醛（分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司）；鄰聯(lián)甲苯胺（分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司）。

1.2 儀器

DR2010 分光光度計(jì)（美國哈希公司）；722 紫外—可見分光光度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；pH 計(jì)(上海雷磁儀器廠)。

1.3 固定化漆酶的制備方法

將漆酶溶液20mL 與5%的海藻酸鈉溶液200mL混合攪拌，然后加入5%的明膠溶液200mL 均勻混合約20min，調(diào)節(jié)pH 為4，慢速攪拌100min 后，將混合液降溫至5～10℃。通過六號(hào)注射器的針頭將冷卻后的混合液以5～10cm 的高度注進(jìn)3%的氯化鈣溶液中，立刻形成光滑微球，然后保持溫度為4℃，球在氯化鈣溶液中被硬化8h 后，將球取出置入30℃ 5%戊二醛溶液中進(jìn)一步硬化1h。再用生理鹽水洗滌后，固定化漆酶被貯存在溫度約為4℃的冰箱中準(zhǔn)備在實(shí)驗(yàn)中使用[3-5]。

1.4 漆酶酶活的測(cè)定

將漆酶酶液，pH3.6 的醋酸-醋酸鈉緩沖溶液和3.36mmol/L 的鄰聯(lián)甲苯胺溶液按體積比0.5∶3.5∶0.5混合均勻，立即放入紫外分光光度計(jì)中，用蒸餾水代替酶液做參比溶液，在600nm 處測(cè)吸光度值的變化，將每分鐘使1μmoL 底物吸光度升高0.001 所需的酶量定義為1 個(gè)酶活力單位(U)，游離酶比活力(U/mg)用每毫克漆酶酶液的活力表示[6]。

固定化漆酶活力的測(cè)定：稱取0.5g固定化酶(濕重)，加入5mL pH=4.0 的醋酸-醋酸鈉緩沖液，1mL3.36 mmol/L 鄰聯(lián)甲苯胺溶液，反應(yīng)5min，以5000r/min 離心，取上清液在600nm 處測(cè)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/固定化時(shí)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 廢水的測(cè)定分析方法

廢水COD 的測(cè)定采用快速消解分光光度法（HJ/T399-2007）；廢水色度的檢測(cè)方法按CPPA 標(biāo)準(zhǔn)法測(cè)定[8]。

廢水脫色率的測(cè)定[9]采用紫外分光光度法，將處理過的造紙廢水進(jìn)行過濾，用蒸餾水作對(duì)照，測(cè)定造紙廢水在波長465nm 下的吸光度值。在低濃度時(shí)，廢水的色度與其最大吸收波長的吸光度值成正比，可用廢水該處的吸光度變化來反映廢水色度的變化。造紙廢水脫色率(F)的計(jì)算公式：

F(％)=(A0 -A)/A0×100％

式中：A0、A 分別表示初始時(shí)刻和t 時(shí)刻廢水在特征波長處的吸光度值。

1.6 正交試驗(yàn)優(yōu)化固定化漆酶處理造紙廢水條件

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，pH 值、溫度、反應(yīng)時(shí)間和搖床轉(zhuǎn)速等都會(huì)對(duì)處理效果有影響。所以選取這四個(gè)影響因素，每個(gè)因素選取三個(gè)水平值，設(shè)計(jì)一個(gè)L9(34)正交試驗(yàn)[10]，測(cè)定在各條件下固定化漆酶對(duì)造紙廢水的脫色率。根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果和方差分析結(jié)果得出各因素最佳水平，從而確定出最佳反應(yīng)條件。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)研究對(duì)處理效果的影響

2.1.1 pH 的影響

分別用氫氧化鈉和鹽酸溶液將廢水初始pH 調(diào)節(jié)到所需要的數(shù)值，其他條件相同，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

由表1 可知，廢水的pH 對(duì)處理效果有較大的影響，pH 在4～5 的范圍內(nèi)，處理效果最好。

表1 pH 對(duì)固定化漆酶處理廢水效果的影響

2.1.2溫度的影響

在其他條件均相同的情況下，將固定化酶處理廢水的溫度分別設(shè)定為25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃，反應(yīng)一段時(shí)間后，測(cè)定廢水色度，結(jié)果如表2 所示。由圖1 可看出，隨溫度升高，廢水處理效果逐漸變好。當(dāng)溫度超過45℃時(shí)，處理效果變差，這是因?yàn)闇囟仍礁呙阜磻?yīng)速率越大，但高溫會(huì)導(dǎo)致酶蛋白變性失活。該固定化漆酶處理造紙廢水的適宜溫度范圍在35℃～45℃之間。

表2 溫度對(duì)固定化漆酶處理廢水效果的影響

2.1.3處理時(shí)間的影響

稱取1g固定化漆酶，分別加入裝有100mL 廢水的錐形瓶中，啟動(dòng)反應(yīng)，隔一段時(shí)間取樣一次，測(cè)定去除效果，結(jié)果見表3。

由表3 可見，在相同反應(yīng)條件下，反應(yīng)時(shí)間越長，處理效果越好。但是達(dá)到一定反應(yīng)時(shí)間后處理效果變化緩慢。因此，在實(shí)際的工程應(yīng)用中，需要綜合考慮去除效果和經(jīng)濟(jì)性。

表3 時(shí)間對(duì)固定化漆酶處理效果的影響

2.1.4搖床轉(zhuǎn)速的影響

由于漆酶是一種多酚氧化酶，氧氣的供應(yīng)情況對(duì)廢水的處理效果也可能有一定影響，基于這種考慮，對(duì)廢水處理時(shí)搖床轉(zhuǎn)速對(duì)處理效果的影響進(jìn)行了研究。將固定化漆酶投入廢水中后，分別在靜止、50r/min、80r/min、100r/min、120r/min、160r/min 轉(zhuǎn)速條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表4。

表4 搖床轉(zhuǎn)速對(duì)固定化漆酶處理效果的影響

2.1.4搖床轉(zhuǎn)速的影響

由于漆酶是一種多酚氧化酶，氧氣的供應(yīng)情況對(duì)廢水的處理效果也可能有一定影響，基于這種考慮，對(duì)廢水處理時(shí)搖床轉(zhuǎn)速對(duì)處理效果的影響進(jìn)行了研究。將固定化漆酶投入廢水中后，分別在靜止、50r/min、80r/min、100r/min、120r/min、160r/min 轉(zhuǎn)速條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表4。

由表4 可知，增加轉(zhuǎn)速，即增加溶液中的氧氣的供應(yīng)量，對(duì)最終的處理效果是有利的，可以更好地降低廢水的COD 和色度。但在實(shí)際應(yīng)用中，要綜合考慮氧氣供應(yīng)所需的動(dòng)力消耗和處理效果之間的關(guān)系，在兩者之間尋求一個(gè)平衡。

2.2 正交試驗(yàn)優(yōu)化固定化漆酶處理廢水反應(yīng)條件

影響固定化漆酶處理廢水效果的主要因素有pH、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度及搖床轉(zhuǎn)速等。本實(shí)驗(yàn)主要用固定化漆酶處理草漿造紙廢水經(jīng)生化后的二沉池出水進(jìn)行深度處理，以造紙廢水的脫色率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，依據(jù)表5 所列的正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行廢水處理實(shí)驗(yàn)研究。

表5 正交實(shí)驗(yàn)因素與水平

由表6 和圖1 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，pH 對(duì)漆酶處理廢水影響最大，其次是溫度，搖床轉(zhuǎn)速和反應(yīng)時(shí)間，較佳的反應(yīng)條件是A2B3C3D2，即pH 為4，反應(yīng)時(shí)間為24h，搖床轉(zhuǎn)速為160r/min，反應(yīng)溫度為40℃，此時(shí)廢水脫色率可達(dá)70%。

表6 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)果

3 結(jié)論

（1）利用固定化漆酶深度處理造紙廢水，使廢水的處理實(shí)現(xiàn)了全程生物化處理，減少了污染。采用單因素試驗(yàn)方法確定了影響該實(shí)驗(yàn)的主要因素有：pH、溫度、反應(yīng)時(shí)間和搖床轉(zhuǎn)速。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

（2）通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法優(yōu)化了固定化漆酶處理造紙廢水的反應(yīng)條件。最佳反應(yīng)條件是：pH 為4，反應(yīng)時(shí)間為24h，搖床轉(zhuǎn)速為160r/min，反應(yīng)溫度為40℃，此時(shí)廢水脫色率可達(dá)70%。

（3）固定化漆酶可以有效地降低造紙廢水的COD 含量和廢水的色度，工藝條件如處理時(shí)間和溫度、pH 等對(duì)最終處理效果將產(chǎn)生一定的影響，因此，在應(yīng)用時(shí)需要在處理成本和處理效果之間進(jìn)行綜合考慮。