保险粉废水的酶催化H2O2氧化除臭研究

孙玉栋， 王 淮， 姚日生

（1.合肥工业大学 化学工程学院，安徽 合肥 230009；2.合肥工业大学 医学工程学院，安徽 合肥 230009）

恶臭，尤其是各种工业废水所产生的恶臭，为典型的七大公害之一［1］，已深深地影响了人们的日常生活，其中具有代表性的是保险粉废水。保险粉学名连二亚硫酸钠，是一种强还原剂，广泛应用于纺织工业作为助染剂及漂白剂，食品、医药、造纸等行业作为漂白剂等［2－4］。保险粉废水中除含有生产原料外，主要包括甲酸钠、二氧化硫、甲醇、焦亚硫酸钠及环氧乙烷等，还含有亚硫酸钠等副产物［5］。近年来，人们对保险粉废水的处理研究多集中在保险粉废水的降解方面，包括物化处理与生化处理，但对其除臭研究较少。目前除臭方法主要集中在物理、化学及生化等方面，其中生物除臭已成为治理恶臭的重要发展方向，其具有脱臭装置较简单、除臭效果好、成本低、一定程度上可避免二次污染等特点［6－9］。

本课题组早期的研究中发现，黏质沙雷氏菌粗酶液能够催化 H2O2降解酚类化合物［9－11］，本文通过采用黏质沙雷氏菌粗酶液催化H2O2氧化保险粉废水，达到除去保险粉废水臭味，降低废水中的COD，以减轻其对环境的危害。

1 材料与方法

1.1 实验材料

粗酶液：提取本课题组筛选及保藏的黏质沙雷氏菌（Serratia marcescens）。

保险粉废水：废水由安徽省氯碱化工集团提供。该废水含有大量的有机物、硫酸根离子等。废水呈强碱性，pH≈13。其水质特征指标见表1所列。

表1 2种不同生产阶段的保险粉废水水质特征

主要仪器：KS－150型超声波细胞粉碎机，宁波科生仪器厂；WC－Ⅰ微波消解COD测定仪，长沙湘蓝科学仪器有限公司。

1.2 试验方法

取100mL保险粉废水于250mL烧杯中，加入硫酸，调节其pH值至7，分别加入一定量的H2O2（30%）和粗酶液（3%），在不同温度下，反应一定时间。然后，加入0.5%的活性炭，搅拌反应1h，抽滤。处理过程中，定时取样，测其嗅阈值及COD。

1.3 分析方法

嗅阈值的测定采用嗅觉阈值法［8］。用无臭蒸馏水稀释水样，直到闻出最低可辨臭气的浓度，表示臭味的阈值，臭阈值的计算公式为：

COD的测定采用文献［12］方法。

2 结果与讨论

2.1 H2O2加入量对除臭效果的影响

H2O2是常用的废水处理中的氧化剂［13－14］，加入酶液主要起催化剂的作用。两者有效结合能够对保险粉废水进行更为有效的氧化，达到更好的去除臭味效果。H2O2的加入量对保险粉废水除臭效果的影响如图1所示。由图1可看出，随着H2O2加入量的增加，对蒸发后和压滤后的保险粉废水均能够显著降低其嗅阈值，去除臭味。在COD去除上，随着H2O2加入量的增大，对压滤后的废水COD有一定的去除效果，但对蒸发后的废水COD去除不明显。综合考虑COD、嗅阈值的去除效果以及成本因素，当H2O2的加入量为5%时最适宜。

图1 H2O2加入量对压滤后和蒸发后保险粉废水的影响

2.2 反应时间对保险粉废水除臭效果的影响

对于任何酶促反应来说，均有一个最适反应时间，过短会造成反应不彻底，反应效率下降；过长则会造成反应空转，甚至造成大量副反应发生。因此，将反应时间设置为不同时间，H2O2加入量为5%，30℃的条件下分别进行反应，结果如图2所示。

图2 反应时间对蒸发后和压滤后保险粉废水的影响

由图2可以看出，延长反应时间对2种保险粉废水的COD去除率影响不显著，对其除臭率则有明显影响。当反应时间为5h时，其废水除臭效果最为明显，延长反应时间，对其影响不大。反应5h后，蒸发后及压滤后保险粉废水的嗅阈值降解到63和53。由此可知，适当延长时间，能够确保H2O2与保险粉废水中的恶臭物质反应充分；过多延长时间，对于反应并无促进作用。因此，实际反应中，时间为5h较为合适。

2.3 反应温度对保险粉废水除臭效果的影响

不同反应温度对保险粉废水除臭效果影响如图3所示。从图3可以看出，当温度为25～35℃时，随着温度的升高，2种保险粉废水的嗅阈值减少明显，当温度为35℃时，2种保险粉废水的嗅阈值达到最小，分别为16和15。当温度高于35℃时，其嗅阈值则有增加的趋势。但温度的变化对于2种保险粉废水的COD去除率并无影响。这是由于生物酶在适宜的温度下，可以增强其本身的催化作用，强化H2O2的氧化效果。温度过低，其催化作用受到抑制；温度过高，其酶蛋白结构受到破坏，从而酶失活，失去催化作用，除臭效果大大减弱。因此，反应温度设定为35℃。

图3 反应温度对蒸发后和压滤后保险粉废水的影响

3 结束语

本文通过对黏质沙雷氏菌酶液催化H2O2分别氧化2种保险粉废水的除臭研究，表明该粗酶液能有效催化H2O2氧化去除废水中的臭味物质，达到生物除臭的效果，但臭味的物质基础和发挥作用的酶种类仍待进一步探讨。同时该粗酶液的酶促氧化反应在该废水的COD去除上效果并不明显，需结合其他方法进一步处理，以有效进行该废水的净化处置。酶促H2O2氧化反应的条件优化显示，在pH值为7.0，H2O2加入量为3%，35℃的条件下反应5h后，蒸发后及压滤后保险粉废水嗅阈值降到16和15，臭味指标达到二级排放标准。这一结果为利用生物酶进行废水除臭研究提供了一定的参考。

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