保險粉廢水的酶催化H2O2氧化除臭研究

孫玉棟， 王 淮， 姚日生

（1.合肥工業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，安徽 合肥 230009；2.合肥工業(yè)大學(xué) 醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

惡臭，尤其是各種工業(yè)廢水所產(chǎn)生的惡臭，為典型的七大公害之一［1］，已深深地影響了人們的日常生活，其中具有代表性的是保險粉廢水。保險粉學(xué)名連二亞硫酸鈉，是一種強還原劑，廣泛應(yīng)用于紡織工業(yè)作為助染劑及漂白劑，食品、醫(yī)藥、造紙等行業(yè)作為漂白劑等［2－4］。保險粉廢水中除含有生產(chǎn)原料外，主要包括甲酸鈉、二氧化硫、甲醇、焦亞硫酸鈉及環(huán)氧乙烷等，還含有亞硫酸鈉等副產(chǎn)物［5］。近年來，人們對保險粉廢水的處理研究多集中在保險粉廢水的降解方面，包括物化處理與生化處理，但對其除臭研究較少。目前除臭方法主要集中在物理、化學(xué)及生化等方面，其中生物除臭已成為治理惡臭的重要發(fā)展方向，其具有脫臭裝置較簡單、除臭效果好、成本低、一定程度上可避免二次污染等特點［6－9］。

本課題組早期的研究中發(fā)現(xiàn)，黏質(zhì)沙雷氏菌粗酶液能夠催化 H2O2降解酚類化合物［9－11］，本文通過采用黏質(zhì)沙雷氏菌粗酶液催化H2O2氧化保險粉廢水，達到除去保險粉廢水臭味，降低廢水中的COD，以減輕其對環(huán)境的危害。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

粗酶液：提取本課題組篩選及保藏的黏質(zhì)沙雷氏菌（Serratia marcescens）。

保險粉廢水：廢水由安徽省氯堿化工集團提供。該廢水含有大量的有機物、硫酸根離子等。廢水呈強堿性，pH≈13。其水質(zhì)特征指標(biāo)見表1所列。

表1 2種不同生產(chǎn)階段的保險粉廢水水質(zhì)特征

主要儀器：KS－150型超聲波細胞粉碎機，寧波科生儀器廠；WC－Ⅰ微波消解COD測定儀，長沙湘藍科學(xué)儀器有限公司。

1.2 試驗方法

取100mL保險粉廢水于250mL燒杯中，加入硫酸，調(diào)節(jié)其pH值至7，分別加入一定量的H2O2（30%）和粗酶液（3%），在不同溫度下，反應(yīng)一定時間。然后，加入0.5%的活性炭，攪拌反應(yīng)1h，抽濾。處理過程中，定時取樣，測其嗅閾值及COD。

1.3 分析方法

嗅閾值的測定采用嗅覺閾值法［8］。用無臭蒸餾水稀釋水樣，直到聞出最低可辨臭氣的濃度，表示臭味的閾值，臭閾值的計算公式為：

COD的測定采用文獻［12］方法。

2 結(jié)果與討論

2.1 H2O2加入量對除臭效果的影響

H2O2是常用的廢水處理中的氧化劑［13－14］，加入酶液主要起催化劑的作用。兩者有效結(jié)合能夠?qū)ΡｋU粉廢水進行更為有效的氧化，達到更好的去除臭味效果。H2O2的加入量對保險粉廢水除臭效果的影響如圖1所示。由圖1可看出，隨著H2O2加入量的增加，對蒸發(fā)后和壓濾后的保險粉廢水均能夠顯著降低其嗅閾值，去除臭味。在COD去除上，隨著H2O2加入量的增大，對壓濾后的廢水COD有一定的去除效果，但對蒸發(fā)后的廢水COD去除不明顯。綜合考慮COD、嗅閾值的去除效果以及成本因素，當(dāng)H2O2的加入量為5%時最適宜。

圖1 H2O2加入量對壓濾后和蒸發(fā)后保險粉廢水的影響

2.2 反應(yīng)時間對保險粉廢水除臭效果的影響

對于任何酶促反應(yīng)來說，均有一個最適反應(yīng)時間，過短會造成反應(yīng)不徹底，反應(yīng)效率下降；過長則會造成反應(yīng)空轉(zhuǎn)，甚至造成大量副反應(yīng)發(fā)生。因此，將反應(yīng)時間設(shè)置為不同時間，H2O2加入量為5%，30℃的條件下分別進行反應(yīng)，結(jié)果如圖2所示。

圖2 反應(yīng)時間對蒸發(fā)后和壓濾后保險粉廢水的影響

由圖2可以看出，延長反應(yīng)時間對2種保險粉廢水的COD去除率影響不顯著，對其除臭率則有明顯影響。當(dāng)反應(yīng)時間為5h時，其廢水除臭效果最為明顯，延長反應(yīng)時間，對其影響不大。反應(yīng)5h后，蒸發(fā)后及壓濾后保險粉廢水的嗅閾值降解到63和53。由此可知，適當(dāng)延長時間，能夠確保H2O2與保險粉廢水中的惡臭物質(zhì)反應(yīng)充分；過多延長時間，對于反應(yīng)并無促進作用。因此，實際反應(yīng)中，時間為5h較為合適。

2.3 反應(yīng)溫度對保險粉廢水除臭效果的影響

不同反應(yīng)溫度對保險粉廢水除臭效果影響如圖3所示。從圖3可以看出，當(dāng)溫度為25～35℃時，隨著溫度的升高，2種保險粉廢水的嗅閾值減少明顯，當(dāng)溫度為35℃時，2種保險粉廢水的嗅閾值達到最小，分別為16和15。當(dāng)溫度高于35℃時，其嗅閾值則有增加的趨勢。但溫度的變化對于2種保險粉廢水的COD去除率并無影響。這是由于生物酶在適宜的溫度下，可以增強其本身的催化作用，強化H2O2的氧化效果。溫度過低，其催化作用受到抑制；溫度過高，其酶蛋白結(jié)構(gòu)受到破壞，從而酶失活，失去催化作用，除臭效果大大減弱。因此，反應(yīng)溫度設(shè)定為35℃。

圖3 反應(yīng)溫度對蒸發(fā)后和壓濾后保險粉廢水的影響

3 結(jié)束語

本文通過對黏質(zhì)沙雷氏菌酶液催化H2O2分別氧化2種保險粉廢水的除臭研究，表明該粗酶液能有效催化H2O2氧化去除廢水中的臭味物質(zhì)，達到生物除臭的效果，但臭味的物質(zhì)基礎(chǔ)和發(fā)揮作用的酶種類仍待進一步探討。同時該粗酶液的酶促氧化反應(yīng)在該廢水的COD去除上效果并不明顯，需結(jié)合其他方法進一步處理，以有效進行該廢水的凈化處置。酶促H2O2氧化反應(yīng)的條件優(yōu)化顯示，在pH值為7.0，H2O2加入量為3%，35℃的條件下反應(yīng)5h后，蒸發(fā)后及壓濾后保險粉廢水嗅閾值降到16和15，臭味指標(biāo)達到二級排放標(biāo)準(zhǔn)。這一結(jié)果為利用生物酶進行廢水除臭研究提供了一定的參考。

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