CN111559833A - 一种利用酶膜反应器处理制浆废水的方法 - Google Patents

一种利用酶膜反应器处理制浆废水的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种利用酶膜反应器处理制浆废水的方法，包括以下步骤：S1：制备酶膜反应器：将微滤膜浸于2.5～3.3mol/L HCl溶液中，活化0.5～1h，清水洗涤至中性，加入5％(v/v)的戊二醛交联反应1h，用PBS缓冲液冲洗微滤膜3～4次，再加入由漆酶、纤维素酶、木聚糖酶、木质素过氧化物酶组成的复合酶溶液中，25℃恒温振荡6～12h，进行固定化处理，最后，用PBS缓冲液洗涤至洗液中无游离蛋白，即得所述酶膜反应器；S2：混凝处理；S3：酶膜反应器处理：在0.8～1.2MPa用酶膜反应器处理S2过滤液，控制膜面流速为0.20～0.6m/s；S4：反渗透膜处理。本发明通过利用酶法耦合膜技术协同净水，使制浆废水在透膜过程中，与复合酶充分接触，达到高效降解有机污染物的作用，提高废水的可生化性。

Description

一种利用酶膜反应器处理制浆废水的方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种利用酶膜反应器处理制浆废水的方法。
背景技术
制浆废水是指制浆造纸工艺过程中产生的废水，包括制浆蒸煮废液、洗涤废水、漂白废水等，成分复杂，可生化性差，属于较难处理的工业废水，是我国主要的工业污染源之一。制浆废水所含污染物主要包括以下四类：还原性类：木质素及其衍生物等，用COD表征；悬浮类：如细小纤维、无机填料、胶体等，用SS表征；色素类：如油墨、染料等，用色度表征，可生物降解类：如半纤维素、寡糖、有机酸、醇、酯等，用BOD表征。
现有制浆造纸工业废水的处理工艺主要包括以下几种方式：1)活性污泥法：利用微生物的代谢作用，在有氧或缺氧或无氧条件下，将废水中呈溶解、胶体状态的有机污染物转化为稳定的物质；2)生物膜法：将微生物固定在膜反应器载体上，生物膜上的微生物与废水相接触，摄取水中的有机物作为营养，有机物被消耗；3)生物酶法：利用漆酶、纤维素酶、木聚糖酶、果胶酶、半纤维素酶、脂肪酶和淀粉酶等降解制浆废水中的有机物，转化成小分子化合物，提高可生化性；4)混凝沉淀法：利用化学絮凝剂沉降悬浮物、胶体和可絮凝物，凝聚成为絮状物，通过沉淀设备对絮团进行固液分离，将废水中的污染物被分离出来；5)化学氧化法：利用化学氧化剂氧化降解有机物，如芬顿氧化、湿式氧化、水热氧化等；6)物理吸附法：利用吸附材料吸收水体中有毒有害物质。但上述传统处理方法均存在不同缺陷，如活性污泥法和生物膜法处理周期长，污泥指数高，如生物酶法虽然能快速分解纤维素等，但并不能去除可溶性有机污染物和其他不可降解杂质，只能作为辅助手段，且溶解于废水中的生物酶难以回收，无法重复利用，处理成本较高，如混凝沉淀法一般用于脱除水体较大颗粒杂质，还需要作进一步净化处理。基于以上所述，本发明通过将生物酶固定化在微滤膜上构建酶膜反应器，利用复合酶处理技术和膜分离技术协同净水，提供一种新型高效、绿色环保制浆废水的净化方法，充分降解废水中的有机污染物，有效脱除废水色度和COD值，同时，酶膜反应器的稳定性好，能连续、反复循环使用。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种利用酶膜反应器处理制浆废水的方法。
本发明的技术方案概述如下：
一种利用酶膜反应器处理制浆废水的方法，包括以下步骤：
S1：制备酶膜反应器：将微滤膜浸于2.5～3.3mol/L HCl溶液中，活化0.5～1h，清水洗涤至中性，将活化后微滤膜加入5％(v/v)的戊二醛交联反应1h，用PBS缓冲液冲洗微滤膜3～4次，再加入复合酶溶液中，25℃恒温振荡6～12h，进行固定化处理，最后，用PBS缓冲液洗涤至洗液中无游离蛋白，即得所述酶膜反应器；
所述复合酶溶液以PBS缓冲液为溶剂，每100mLPBS缓冲液中溶解以下质量的酶组分：漆酶50～150mg、纤维素酶30～120mg、木聚糖酶30～120mg、木质素过氧化物酶20～100mg；
S2：混凝处理：将制浆废水pH调节至6.8～7.0，按0.05～0.1g/L投加量向其中加入混凝剂，静置沉淀过夜，经格栅过滤；
S3：酶膜反应器处理：在0.8～1.2MPa用酶膜反应器处理S2过滤液，控制膜面流速为0.20～0.6m/s；
S4：反渗透膜处理：在1.5～2.0MPa压力下，利用脱盐率达98％的反渗透膜对S3流出液进行处理。
优选的是，所述微滤膜的过滤孔径为0.4～1μm，采用聚酰胺类材料。
优选的是，所述PBS缓冲液浓度为20mmol/L，pH为7.0。
优选的是，所述5％(v/v)的戊二醛是由戊二醛和乙醇按5:95的体积比配制混合而成。
优选的是，所述混凝剂由阳离子聚丙烯酰胺、聚合硅酸铝铁按1：(0.5～1)的质量比混合而成。
本发明的有益效果：
1、本发明通过将生物酶固定化在微滤膜上构建酶膜反应器，利用酶法耦合膜技术协同净水，使制浆废水在透膜过程中，与复合酶充分接触，将废水中纤维素转化为小分子糖类，同时，有效氧化降解废水中木质素及氯酚类化合物，达到高效脱色和降低COD的目的，提高废水的可生化性。
2、本发明首次采用混凝沉降法、酶膜反应器-反渗透膜法联合处理制浆废水，充分吸附絮凝悬浮颗粒或胶体或难溶性物质，进一步利用酶膜反应器-反渗透膜双层截留水体中可溶解盐类、小分子有机物、胶体等，并在反应器的微滤处理过程中，高效降解废水中的有机污染物，进而脱除废水中的有色物质和有毒有害物质。
3、相比于传统生物酶法，本发明方法能高效净水，可将废水中的色度脱除到肉眼感官至无色透明状态，实现造纸废水的循环利用；此外，本发明方法处理成本较低，能够实现生物酶的连续、反复再生利用，提高其稳定性。
附图说明
图1为本发明利用酶膜反应器处理制浆废水的方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1
一种利用酶膜反应器处理制浆废水的方法，包括以下步骤：
S1：制备酶膜反应器：
前期准备阶段：配制pH为7.0、浓度为20mmol/LPBS缓冲液；
配制5％(v/v)的戊二醛：戊二醛和乙醇按5:95的体积比配制混合而成；
制备反应器阶段：将过滤孔径为0.4μm为PA-66微滤膜浸于2.5mol/L HCl溶液中，活化1h，清水洗涤至中性，将活化后微滤膜加入5％(v/v)的戊二醛交联反应1h，用PBS缓冲液冲洗微滤膜3次，再加入复合酶溶液中，25℃恒温振荡12h，进行固定化处理，最后，用PBS缓冲液洗涤至洗液中无游离蛋白，即得所述酶膜反应器；
所述复合酶溶液以PBS缓冲液为溶剂，每100mLPBS缓冲液中溶解以下质量的酶组分：漆酶100mg、纤维素酶75mg、木聚糖酶75mg、木质素过氧化物酶50mg；
S2：混凝处理：将制浆废水pH调节至7.0，按0.05g/L投加量向其中加入混凝剂，静置沉淀过夜，经格栅过滤；
所述混凝剂由阳离子聚丙烯酰胺、聚合硅酸铝铁按1：0.5的质量比混合而成；
S3：酶膜反应器处理：在0.8MPa用酶膜反应器处理S2过滤液，控制膜面流速为0.20m/s；
S4：反渗透膜处理：在1.5MPa压力下，利用脱盐率达98％的反渗透膜对S3流出液进行处理。
实施例1处理方法各阶段水质指标如表1所示：
表1
Figure BDA0002506811440000051
Figure BDA0002506811440000061
实施例2
一种利用酶膜反应器处理制浆废水的方法，包括以下步骤：
S1：制备酶膜反应器：
前期准备阶段：配制pH为7.0、浓度为20mmol/LPBS缓冲液；
配制5％(v/v)的戊二醛：戊二醛和乙醇按5:95的体积比配制混合而成；
制备反应器阶段：将过滤孔径为1μm的PA-66微滤膜浸于3.3mol/L HCl溶液中，活化1h，清水洗涤至中性，将活化后微滤膜加入5％(v/v)的戊二醛交联反应1h，用PBS缓冲液冲洗微滤膜4次，再加入复合酶溶液中，25℃恒温振荡12h，进行固定化处理，最后，用PBS缓冲液洗涤至洗液中无游离蛋白，即得所述酶膜反应器；
所述复合酶溶液以PBS缓冲液为溶剂，每100mLPBS缓冲液中溶解以下质量的酶组分：漆酶150mg、纤维素酶120mg、木聚糖酶120mg、木质素过氧化物酶100mg；
S2：混凝处理：将制浆废水pH调节至7.0，按0.1g/L投加量向其中加入混凝剂，静置沉淀过夜，经格栅过滤；
所述混凝剂由阳离子聚丙烯酰胺、聚合硅酸铝铁按1：1的质量比混合而成；
S3：酶膜反应器处理：在1.2MPa用酶膜反应器处理S2过滤液，控制膜面流速为0.6m/s；
S4：反渗透膜处理：在2.0MPa压力下，利用脱盐率达98％的反渗透膜对S3流出液进行处理。
实施例2处理方法各阶段水质指标如表2所示：
表2
COD/mg/L SS/mg/L 电导率/μs/cm 色度/倍
进水指标 1927 1645 1839 426
S2出水指标 714 352 1828 290
S3出水指标 16 未检出 1828 11
S4出水指标 10 未检出 39 7
综合实施例1～2知，本发明通过将生物酶固定化在微滤膜上构建酶膜反应器，利用酶法耦合膜技术协同净水，使制浆废水在透膜过程中，与复合酶充分接触，将废水中纤维素转化为小分子糖类，同时，有效氧化降解废水中木质素及氯酚类化合物，达到高效脱色和降低COD的目的，提高废水的可生化性。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (5)

1.一种利用酶膜反应器处理制浆废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：制备酶膜反应器：将微滤膜浸于2.5～3.3mol/L HCl溶液中，活化0.5～1h，清水洗涤至中性，将活化后微滤膜加入5％(v/v)的戊二醛交联反应1h，用PBS缓冲液冲洗微滤膜3～4次，再加入复合酶溶液中，25℃恒温振荡6～12h，进行固定化处理，最后，用PBS缓冲液洗涤至洗液中无游离蛋白，即得所述酶膜反应器；
所述复合酶溶液以PBS缓冲液为溶剂，每100mLPBS缓冲液中溶解以下质量的酶组分：漆酶50～150mg、纤维素酶30～120mg、木聚糖酶30～120mg、木质素过氧化物酶20～100mg；
S2：混凝处理：将制浆废水pH调节至6.8～7.0，按0.05～0.1g/L投加量向其中加入混凝剂，静置沉淀过夜，经格栅过滤；
S3：酶膜反应器处理：在0.8～1.2MPa用酶膜反应器处理S2过滤液，控制膜面流速为0.20～0.6m/s；
S4：反渗透膜处理：在1.5～2.0MPa压力下，利用脱盐率达98％的反渗透膜对S3流出液进行处理。
2.根据权利要求1所述一种利用酶膜反应器处理制浆废水的方法，其特征在于，所述微滤膜的过滤孔径为0.4～1μm,采用聚酰胺类材料。
3.根据权利要求1所述一种利用酶膜反应器处理制浆废水的方法，其特征在于，所述PBS缓冲液浓度为20mmol/L，pH为7.0。
4.根据权利要求1所述一种利用酶膜反应器处理制浆废水的方法，其特征在于，所述5％(v/v)的戊二醛是由戊二醛和乙醇按5:95的体积比配制混合而成。
5.根据权利要求1所述一种利用酶膜反应器处理制浆废水的方法，其特征在于，所述混凝剂由阳离子聚丙烯酰胺、聚合硅酸铝铁按1：(0.5～1)的质量比混合而成。
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