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        保險粉廢水的酶催化H2O2氧化除臭研究

        2012-09-28 04:57:10孫玉棟姚日生
        關(guān)鍵詞:沙雷氏臭味反應(yīng)時間

        孫玉棟, 王 淮, 姚日生

        (1.合肥工業(yè)大學 化學工程學院,安徽 合肥 230009;2.合肥工業(yè)大學 醫(yī)學工程學院,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,臭味指標達到二級排放標準。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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