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固定化漆酶耦合曝气生物滤池：制浆造纸废水深度处理的创新路径

一、引言

1.1研究背景与意义

制浆造纸行业作为重要的工业领域，在推动经济发展中发挥着关键作用。然而，该行业在生产过程中会产生大量废水。据相关统计，每生产1吨纸浆，大约会产生100-400立方米的废水。这些废水成分极为复杂，除了含有大量的有机物，如木质素、纤维素、半纤维素及其降解产物外，还包含悬浮物、重金属离子以及酸碱物质等。

造纸废水中的有机物含量高，会导致水体富营养化，引发水华或赤潮，严重破坏水生生态系统的平衡。其中，木质素及其衍生物结构稳定，难以被微生物降解，长期存在于水体中，会消耗水中的溶解氧，致使水生生物因缺氧而死亡，破坏生态平衡。废水中的重金属如铅、镉、汞等，通过食物链累积，最终进入人体，危害人体健康，可能导致神经系统、泌尿系统等多方面的疾病。造纸废水排放还会对土壤造成污染，有害物质通过渗透、径流等方式进入土壤，影响农作物生长，进而通过食物链影响人体健康；在废水处理过程中产生的恶臭气体和挥发性有机物，也会污染周边空气，影响居民生活质量。

传统的制浆造纸废水处理方法，如物理沉淀、化学混凝等，虽然在一定程度上能够去除部分污染物，但对于一些难降解的有机物和色度的去除效果并不理想。生物处理方法虽然对有机物有较好的去除效果，但存在处理效率低、占地面积大等问题。因此，寻求一种高效、经济、环保的制浆造纸废水深度处理技术迫在眉睫。

固定化漆酶技术是将漆酶固定在特定载体上，使其在保持催化活性的同时，提高稳定性和重复利用率。漆酶作为一种氧化还原酶，能够催化氧化多种有机污染物，将其转化为无害物质。曝气生物滤池则是一种新型的生物膜法污水处理技术，集生物氧化和过滤功能于一体，具有有机负荷高、占地面积小、出水水质好等优点。将固定化漆酶与曝气生物滤池相结合，有望充分发挥两者的优势，实现对制浆造纸废水的深度处理。该技术在废水处理领域具有重要的应用前景，不仅能够有效解决制浆造纸废水污染问题，保护生态环境，还能为其他工业废水处理提供新的思路和方法，推动环保产业的发展。

1.2国内外研究现状

在固定化漆酶处理制浆造纸废水的研究方面，国内外学者进行了大量探索。研究重点主要集中在固定化材料的选择和固定化方法的优化上。在固定化材料方面，壳聚糖、海藻酸钠、二氧化硅等被广泛研究。例如，有研究将漆酶固定在壳聚糖载体上，利用壳聚糖良好的生物相容性和吸附性，提高漆酶的稳定性和催化效率。通过实验发现，固定化后的漆酶对废水中木质素的降解能力明显增强，且在重复使用多次后仍能保持较高的活性。在固定化方法上，包埋法、共价结合法、物理吸附法等是常用手段。其中，溶胶-凝胶法固定化漆酶时，通过调整聚乙二醇的分子量和添加量等条件，可使固定化漆酶的酶活保持在游离漆酶的50%以上，热稳定性也得到显著改善，最佳反应pH和温度也有所变化。

对于曝气生物滤池处理制浆造纸废水，国外起步较早，已有数十家造纸企业将其投入运行。研究主要涉及工艺参数优化和不同类型废水的处理效果。在工艺参数方面，研究了滤料种类、气水比、水力停留时间等对处理效果的影响。结果表明，选用合适的滤料如陶粒，其比表面积大、孔隙率高，有利于微生物附着生长，能提高处理效率；合理控制气水比和水力停留时间，可使曝气生物滤池对废水中化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）和悬浮物（SS）的去除率达到较高水平。针对不同类型的制浆造纸废水，如硫酸盐浆废水、TMP废水等，曝气生物滤池也展现出良好的处理效果，能有效降低污染物浓度，使出水水质达到排放标准。国内对曝气生物滤池的研究虽起步较晚，但发展迅速，目前主要集中在实验室研究和小型工程应用上，研究内容包括反应器的启动特性、微生物群落结构以及与其他工艺的组合应用等。

在固定化漆酶结合曝气生物滤池处理废水的研究现状方面，相关研究相对较少，但已取得一些初步成果。部分研究表明，该组合工艺对制浆造纸废水中的COD和悬浮物具有较好的去除效果。固定化漆酶能够催化分解废水中的有机物质，降低COD浓度，同时将悬浮物质分解为较小的微生物可降解物质，减少悬浮物浓度。曝气生物滤池则通过生物膜的吸附和降解作用，进一步去除污染物，提高处理效果。然而，目前该组合工艺在实际应用中仍面临一些问题，如固定化漆酶的活性保持和成本控制、曝气生物滤池的堵塞和反冲洗优化等，需要进一步深入研究和解决。

1.3研究目标与内容

本研究旨在深入探究固定化漆酶结合曝气生物滤池深度处理制浆造纸废水的效果、作用机理以及优化运行条件，为该技术的实际应用提供理论支持和技术指导。

在处理效果研究方面，通过一系列实验，系统考察固定化漆酶结合曝气生物滤池对制浆造纸废水中COD、BOD、SS、色度等主要污染物的去除率。分析不同运行条件下，如固定化漆酶的投加量、曝气