造紙工業(yè)廢水是一種水量大、色度高、懸浮物含量大、有機物濃度高、組分復雜的難處理有機廢水。目前我國造紙工業(yè)廢水排放量及COD 排放量均居我國各類工業(yè)排放量的首位，造紙工業(yè)對水環(huán)境的污染不但是我國造紙工業(yè)污染防治的首要問題，也是我國工業(yè)廢水進行達標處理的首要。近幾年經(jīng)多方不懈努力，造紙工業(yè)水污染防治已經(jīng)取得了一定的成績，初步實現(xiàn)了“增產(chǎn)減污”的目標。但目前造紙行業(yè)還有約占排放總量50%的廢水尚未進行達標處理，廢液排入江河中不僅嚴重污染水源，也會造成大量的資源浪費，廢水污染防治任務還相當繁重。
目前，造紙廢水的處理方法主要有物理法、化學法、生物法和物理化學法。近年來研究表明，漆酶及能產(chǎn)生漆酶的真菌在處理造紙廢水處理方面顯示出特有的作用。在漆酶存在下進行曝氣處理可有效去除制漿造紙工業(yè)廢水中的溶解性木素及氯酚類化合物，也就是廢水中的有色物質和有毒物質可被有效去除，并且經(jīng)過漆酶處理的廢水可生化性得到很大提高。
1 試驗部分
1.1 材料、試劑及設備
水樣取自陜西某造紙廠二沉池出水，BOD5為28～33.6 mg/L；COD 為234～340 mg/L；NH4+-N 質量濃度為5 mg/L；色度為666 倍；SS 質量濃度為40～80 mg/L；pH 為6.9～7.8。
試劑：1- 羥基苯并三唑，分析純；硫酸銅，分析純；磷鉬酸，分析純。
設備：pH 測定儀，PB-10 型；蠕動泵；氣體流量計，LZB 型玻璃轉子流量計（0.016～0.16 m3/h）；液體流量計，LZB 型玻璃轉子流量計（1～10 m3/h）；空氣泵；紫外- 可見分光光度計，UV759 型；離心機，TDL-40B 型；BOD5測試儀，BODTrakTM；BOD5培養(yǎng)箱，一恒LRH-70 型光照生化培養(yǎng)箱。
1.2 試驗流程
取500 mL 的水樣，調節(jié)廢水pH 至弱酸性，加入一定量的固定化漆酶、CuSO4溶液和HBT 介體，在一定溫度條件下曝氣反應一段時間后分別測定COD 和BOD5。
1.3 分析指標及方法
COD 的測定采用快速消解分光光度法（HJ/T399－2007）；BOD5的測定參照稀釋和接種法（HJ505－2009），采用BOD5測試儀直接讀數(shù)。
脫色率的測定采用紫外分光光度法，調節(jié)廢水pH 為7.6，用蒸餾水或者去離子水作對照，測定其在波長465 nm 下的吸光度。在濃度較低時廢水的色度與其最大吸收波長的吸光度值成正比，可以用廢水在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 的計算見式（1）：
F=(A0-A)/A0×100%。（1）
式中，A0為初始時刻廢水在465 nm 處的吸光度；A 為t 時刻廢水在465 nm 處的吸光度。
2 結果與討論
2.1 最適反應時間
取5 份500 mL 的水樣，調節(jié)廢水pH 為6.5，固定化漆酶投加量為0.2 g/L，CuSO4投加量為10mg/L，HBT 介體的投加量為4 mg/L，在25 ℃下曝氣反應0、2、4、6、8、12 h 后分別測定COD 和BOD5，從而確定最佳反應時間。COD 去除率和B/C 隨時間變化如圖1 所示。
從圖1 中可以看出，在反應的前3 h 內(nèi)，廢水的COD 有所增大，分析原因可能為HBT 濃度過高，開始的時候被氧化形成HBT 自由基，該自由基可氧化漆酶蛋白質的活性基團，使漆酶部分失活，失去降解COD 的能力，3 h 后HBT 濃度降到正好滿足氧化有機物的濃度，因此，殘存下來的未失活的固定化漆酶才得以發(fā)揮作用；在10 h 的時候有較高的B/C 值，但較8 h 無明顯提高，考慮到停留時間在實際工程中要盡可能的短，因此本試驗選擇8 h 的處理時間，廢水經(jīng)8 h 處理后BOD5提高了50%，可生化性得到很大提高。
2.2 最適固定化漆酶投加量
取5 份一定量的水樣，調節(jié)廢水pH 為6.5，控制固定化漆酶的投加量為0.2、1、5、10、15 g/L，控制CuSO4和HBT 介體的投加量分別為10 mg/L 和4mg/L，在室溫下曝氣反應8 h 后測定水樣COD 的去除率，從而確定最佳固定化漆酶投加量。不同投加量的固定化漆酶在相同條件下與廢水反應8 h 后得COD 的去除率見表1。
由表1 可知，漆酶作為一種多酚氧化酶，它可催化氧化酚類或芳胺類等多種底物。氧化酚或芳胺時先失去一個電子生成自由基，后者發(fā)生一系列非酶反應，氧化成醌，在有O2存在時，還原態(tài)漆酶被氧化，O2還原成水。底物自由基不穩(wěn)定，可進一步發(fā)生鍵的斷裂或生成，導致裂解或聚合反應。因此，底物分子可進一步聚合生成復雜的產(chǎn)物，也可催化芳香環(huán)支鏈Cα－ Cβ鍵斷裂。木素中主要的易受漆酶攻擊的特征功能基是苯環(huán)上的酚羥基和甲氧基，尤其是酚羥基，特別容易受漆酶的攻擊。當固定化漆酶投加量為0.2 g/L 時，COD 去除率最高。
2.3 最適硫酸銅投加量
取8 份一定量的水樣，調節(jié)廢水pH 為5.5，控制固定化漆酶投加量為0.2 g/L，控制CuSO4投加量分別為0、2、4、6、8、10、12 mg/L，控制HBT 介體投加量為4 mg/L，在25 ℃條件下曝氣反應一段時間后測定不同CuSO4投加量對廢水COD 的影響，從而確定最佳CuSO4投加量。CuSO4投加量對COD去除率的影響如圖2 所示。
由圖2 可知，當CuSO4投加量為10 mg/L 時具有較高的COD 去除率，繼續(xù)增大投加量，COD 去除率反而下降。分析原因可能為高濃度的Cu2+ 可能與漆酶活性部位的酸性氨基酸殘基中的游離ω- 羧基陰離子結合，影響了漆酶分子的電荷分布及電子傳遞作用，從而減弱了活性中心與底物的結合反應速度，導致COD 去除率下降。本試驗在水樣pH 為5.5 的條件下控制CuSO4投加量為10 mg/L 可取得更高的COD 去除率。
2.4 最適HBT 投加量
取6 份一定量的水樣，調節(jié)廢水pH 為6.5，控制固定化漆酶投加量為0.2 g/L，CuSO4投加量為10mg/L，再分別控制每份水樣中HBT 介體的投加量為0、2、4、6、8、10 mg/L，在35 ℃下曝氣反應一定時間后測定不同介體投加量對色度去除率的影響，從而確定最佳介體投加量。色度去除率隨HBT 投加量的變化見表2。
應的速控步。當HBT/ 底物值較小的時候，氧化態(tài)HBT 作為單電子氧化劑能被可逆的還原為HBT，當比值較大的時候，氧化態(tài)HBT 作為三電子氧化劑不可逆地還原為苯并三唑（BT），不能還原為HBT，同時，高濃度的自由基卻會氧化漆酶蛋白質的活性基團，影響固定化漆酶的活性，導致脫色率下降。
2.5 最適磷鉬酸投加量
將磷鉬酸代替HBT 作為介體，取9 份一定量水樣，調節(jié)廢水pH 為4 左右，控制固定化漆酶投加量為0.2 g/L，CuSO4投加量為10 mg/L，再分別控制每份水樣中磷鉬酸的投加量為0、100、200、300、400、500、600、800 mg/L，25 ℃下曝氣反應一定時間后測定不同介體濃度對色度去除率的影響，從而確定最佳磷鉬酸介體投加量。磷鉬酸投加量與色度去除率變化見表3。
由表3 可知，當磷鉬酸的投加量為500 mg/L時可達到最大的脫色率，繼續(xù)增大磷鉬酸投加量，去除率反而下降。分析原因可能為兩方面，一方面因為大量的介體自由基氧化漆酶活性基團，導致酶活下降，去除率降低。另一方面，對于一些HPC，特別是Mo 系HPC，作為一種強氧化劑在一定條件下容易轉變?yōu)楦鼮榉�(wěn)定的還原態(tài)，而還原態(tài)自由基呈深藍色，導致廢水色度又升高。
2.6 磷鉬酸介體最適pH
取5 份一定量的水樣，分別調節(jié)廢水pH 為3.5、4.5、5.5、6.5、7.5，控制固定化漆酶投加量為0.2g/L，CuSO4投加量為10 mg/L，磷鉬酸投加量為500mg/L，在25 ℃下曝氣反應8 h 后測定色度的去除率，從而確定最佳反應pH。色度去除率隨pH 變化見表4。
由表4 可知，隨著pH 的升高，色度去除率呈下降趨勢，在pH 為3.5 時具有最高的色度去除率，分析原因可能為酶的活性部分一般含有酸性或堿性基團，這些基團因外界pH 的變化處于不同的離解狀態(tài)，即酶和底物結合的程度不同，所以導致酶所發(fā)揮的效應也不同。在與草漿二沉出水反應時最佳反應pH 為3.5，前面固定化漆酶酶學性質研究中最佳反應pH 有所不同，分析原因可能為與漆酶作用的底物不同，其最佳反應pH 也不同。
2.7 最適溫度
取3 份一定量的水樣，調節(jié)廢水pH 為6.5 左右，控制固定化漆酶投加量為0.2 g/L，CuSO4投加量為10 mg/L，磷鉬酸投加量為500 mg/L，分別在25、35、45 ℃下曝氣反應一定時間后測定色度的去除率，從而確定最佳反應溫度。色度去除率與溫度的關系見表5。
由表5 可知，當反應溫度為25 ℃具有較高的色度去除率，分析原因有二：一是因為固定化漆酶在25 ℃具有良好的穩(wěn)定性，不會因溫度的因素而導致自身失活；二是因為25℃的條件下酶的催化反應速度也較快。所以綜合以上兩點原因使得固定化漆酶在25℃的條件下取得良好的色度脫除率。隨著反應時間的延長及使用批次的增多，35 ℃和45 ℃下反應的固定化漆酶較25 ℃下的固定化漆酶會更快的失活，其色度去除率會逐漸下降。
3 結論
優(yōu)化了固定化漆酶深度處理制漿造紙廢水的最佳工藝條件，得出如下結論：在溫度為25 ℃，水樣pH 為6.5 的條件下，固定化漆酶投加量為0.2 g/L，CuSO4投加量為10 mg/L，HBT 投加量為4 mg/L，反應8 h 色度去除率可達到85%左右，COD 去除率為12.51%。
在其它條件不變的情況下，若把HBT 改為磷鉬酸，控制磷鉬酸投加量為500 mg/L，反應8 h 后色度去除率達50%左右。
