CN102115264B - 一种生物酶深度处理造纸废水的工艺方法 - Google Patents

一种生物酶深度处理造纸废水的工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物酶深度处理造纸废水的工艺方法，首先以海藻酸钠固定化漆酶试验备用，之后从某造纸企业污水处理厂取回的二沉池出水贮存在储液瓶里，调节废水温度、pH值，然后通过空气压缩机对储液瓶里的废水进行曝气。经过均衡调节处理后的废水经恒流泵定量提升进入反应器，反应器底部装有布水器使水通过装有石英砂填料衬托层均匀进入反应区，水流均匀向上流动，废水中的污染物质与反应区的固定化漆酶充分接触，被固定化漆酶氧化降解，处理后的水以溢流的方式穿过同样装有石英砂填料支撑层从反应器上部流出，氧化降解过程完成，处理后的废水达标排放或回用。

Description

一种生物酶深度处理造纸废水的工艺方法
技术领域
本发明属环境工程领域，特别涉及一种生物酶深度处理造纸废水的工艺方法。
背景技术
漆酶是日本田彦六郎1883年在漆树的树液中发现的，酶在造纸工业中的应用始于1980年。漆酶处理造纸废水有着诱人的应用前景，固定化后能更有效的发挥作用。
Livernoche D等研究了白腐菌漆酶处理纸浆氯漂废水，经过6天可使E段废水脱色60％，处理后的废水中不含藜芦醇，脱色过程主要由漆酶完成，而检测不到过氧化酶的存在。
漆酶对酚类化合物的活性取决于它们的氧化还原电位，邻位带有两个羟基基团或对位一个羟基和一个甲氧基的酚类表现出高的活性，而香草醛的活性相对较低，因为它除带有羟基和甲氧基还带有醛基，具有强烈的吸电子能力，增强了香草醛的氧化还原电位，但在漆酶与其活性之间无直接联系。因此漆酶对氢醌氧化还原电位(redox potential)：+0.57V，比对愈创木酚(电位：+0.77)或者香草醇表现出较低的反应活性。而在间位有一羟基的酚类没有检测到活性，因为它们没有被氧化成醌，具有较高的电位。而且pH值在4.5时，漆酶对含羰基(如香草醛)或者羧基(如香草酸)的复合物的活性最大。Trametes(Coriolus)versicolor处理漂白废水的脱色过程主要依靠其中的漆酶，过氧化酶可能起着辅助作用，可使E段废水脱色60％，且脱色过程不受氮源浓度影响，但碳源、氧气供应很重要，处理后废水中不含藜芦醇；利用Trametes versicolor漆酶去除水中的氯酚类化合物时，加入适量的愈创木酚和2，6-二甲基苯酚，能有效地使氯酚类化合物沉淀下来，可提高酶去污效率；另外，Xavier Font等[22]使用Trametes versicolor处理造纸废水，除去其中的颜色、芳香族化合物以及COD含量。结果表明漆酶的产量与毒性的减少呈线性关系：Laccase production＝1.57LN(toxicity reduction)-16.40。
随着造纸行业排污新标准GB3544-2008宣布与实施，广大制浆造纸企业倍感压力，现有的污水处理设施大多已经不能满足新的排放标准，而行业激烈的竞争也将企业的利润空间近一步的降低，中段废水深度处理的难度大、处理费用高，又增加了企业的生产成本。造纸废水循环中的主要问题是水处理工程中溶解物和胶状物质(dissolved and colloidal substances DCS)的聚集，这些物质主要为：半纤维素、果胶、分散树脂(dispersed wood resin)、木聚糖(lignans)和溶解的木质素，这些物质用传统的方法难以去除。因此制浆造纸工业废水的深度处理已成为我国造纸工业生存与发展所面临的关键问题，随着人类环保意识的加强和可持续发展战略的提出，废水的深度治理势在必行。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在变得不断严格。另一方面，水资源日益紧缺，用水问题已经成为制约制浆造纸企业发展的主要问题。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。
发明内容
本发明针对经二级生化处理后的造纸废水的性质和特点，利用固定化漆酶深度处理此类废水，其目的是用较低的处理成本达到最佳的处理效果，以满足造纸行业废水新的排放标准。
本发明的技术方案是这样实现的：
按以下步骤进行：
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20～30min，调节pH值为3～6，慢速搅拌10min后，将混合液降温至5～10℃，通过6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℃，光滑微球在氯化钙溶液中被硬化5～10h后，将硬化后的微球取出置入30℃、5％戊二醛溶液中进一步硬化1h后，再用生理盐水洗涤，固定化漆酶被贮存在温度为4℃的冰箱中备用；
从污水处理厂取回的二沉池出水，首先贮存在储液瓶里，调节废水温度到25～35℃之间，pH值在6～9之间，然后通过空气压缩机对储液瓶里的废水进行曝气，通入量为0.8～1.2m3/min，控制曝气量在1～2mg/L之间；
经过均衡调节处理后的废水经恒流泵定量提升进入反应器，进水量控制在10L/min，反应器的支撑层和衬托层里是石英砂填料，反应器底部装有布水器使水通过衬托层均匀进入反应区，水流均匀向上流动，控制上流速度为3mm/s，在反应器中停留4～8h，废水中的污染物质与固定化漆酶充分接触，被固定化漆酶氧化降解，处理后的水以溢流的方式穿过支撑层从反应器上部流出，处理过程完成。
采用固定化漆酶对造纸厂二沉池出水进行了深度处理。试验结果表明：(1)固定化漆酶的最佳条件：混合液混合时间为25min，pH值为4，温度为5℃，氯化钙溶液中硬化时间为8h。(2)固定化漆酶深度处理造纸废水的最佳参数：废水曝气量为1.5mg/l，反应器水力停留时间为6h，进水温度32℃，pH为8.5。(3)二沉池出水CODcr浓度在250～350mg/L之间，色度在150～180倍左右，经过固定化漆酶深度处理后其CODcr和色度一直保持在120mg/L和50倍以下，其CODcr和色度去除率分别稳定在65％和75％左右，出水完全符合国家新出台的制浆造纸工业水污染排放标准(GB3544-2008)。以上处理效果表明固定化漆酶可以达到高效深度处理造纸废水的目的，实现了造纸废水的全程生化处理。(4)经过经济成本分析，利用固定化漆酶深度处理二沉池出水成本约为0.6元/m3水，与其它深度处理方法相比运行成本较为低廉，生产操作较为方便、卫生，可为广大制浆造纸企业所接受，应用前景十分广阔。
附图说明
附图是本发明的固定化漆酶处理造纸废水工艺流程图。
1恒流泵  2储液瓶  3空气压缩机  4出水口  5支撑层  6固定化漆醇
7衬托层  8进水口
下面结合附图对本发明的具体内容作进一步详细说明。
具体实施方式
1.利用海藻酸钠固定化漆酶，通过成球的外观尺寸、形状和固定化漆酶的活性，确定其工艺条件。主要包括：混合液温度、pH值、混合时间、硬化时间等。
2.试验用反应器，研究固定化漆酶深度处理废水的环境影响因素以及反应器的整个运行期固定化漆酶的变化情况，探讨水力停留时间、温度、pH值、曝气量等对固定化漆酶处理效果的影响，从而确定出固定化漆酶深度处理造纸废水的最佳参数。
3.在最佳工艺条件下的处理效果以及处理成本核算。
本工艺流程所用的主要设备如下：
空气压缩机：1.5m3/min，功率：10HP；储液瓶容积：1.0m3；石英砂：
Figure BDA0000038469390000051
填料厚度：5.0cm；气体流量计：Qmax＝1.5m3/min；恒流泵：Qmax＝15L/min，1.0KW；塔体：直径
Figure BDA0000038469390000052
高度H100cm。
参照附图所示，固定化漆酶制备工艺条件的确定
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20～30min，调节pH值为3～6，慢速搅拌10min后，将混合液降温至5～10℃。通过6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5～10h后，将球取出置入30℃5％戊二醛溶液中进一步硬化1h后，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。
固定化漆酶处理造纸废水的工艺参数的确定
从某造纸企业污水处理厂取回的二沉池出水，首先贮存在储液瓶里，调节废水温度到25～35℃之间，pH值在6～9之间，然后通过空气压缩机对储液瓶里的废水进行曝气，通入量通过气体流量计进行计量，通入量为0.8～1.2m3/min，控制曝气量在1～2mg/L之间，曝气量通过溶解氧仪进行测量控制。
经过均衡调节处理后的废水经恒流泵定量提升进入反应器，进水量控制在10L/min，反应器底部装有布水器使水通过衬托层均匀进入反应区，水流均匀向上流动，控制上流速度为3mm/s，在反应器中停留4～8h，废水中的污染物质与反应区的固定化漆酶充分接触，被固定化漆酶氧化降解，处理后的水以溢流的方式穿过支撑层从反应器上部流出，处理过程完成。反应器的支撑层和衬托层里装的都是石英砂填料，为了防止固定化漆酶随水一起流失。

Claims (1)

1.一种生物酶深度处理造纸废水的工艺方法，其特征在于，按以下步骤进行：
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20～30min，调节pH值为3～6，慢速搅拌10min后，将混合液降温至5～10℃，通过6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℃，光滑微球在氯化钙溶液中被硬化5～10h后，将硬化后的微球取出置入30℃、5%戊二醛溶液中进一步硬化1h后，再用生理盐水洗涤，固定化漆酶被贮存在温度为4℃的冰箱中备用；
从污水处理厂取回的二沉池出水，首先贮存在储液瓶里，调节废水温度到25～35℃之间，pH值在6～9之间，然后通过空气压缩机对储液瓶里的废水进行曝气，通入量为0.8～1.2m3/min，控制曝气量在1～2mg/L之间；
经过均衡调节处理后的废水经恒流泵定量提升进入反应器，进水量控制在10L/min，反应器的支撑层和衬托层里装的都是石英砂填料，为了防止固定化漆酶随水一起流失，反应器底部装有布水器使水通过衬托层均匀进入反应区，水流均匀向上流动，控制上流速度为3mm/s，在反应器中停留4～8h，废水中的污染物质与反应区的固定化漆酶充分接触，被固定化漆酶氧化降解，处理后的水以溢流的方式穿过支撑层从反应器上部流出，处理过程完成。
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