白腐菌的发酵培养及其漆酶在氯漂废水处理中的应用

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CEH三段漂白工艺是我国常用的传统漂白方法,它们每年产生的废水在向环境排放出大量的COD和BOD的同时,还释放出氯酚等“三致”物质(致癌、致畸、致突变)。白腐菌具有能降解木素和使木素变性的活酶系统,能将漂白废水中的有机氯化物转变成无机氯和CO2,并破坏发色基团组织和结构。降低漂白废水中的TOC1(总有机氯化物)、BOD、COD和色度。漆酶是仅以O2为电子受体的木素氧化酶,又具有很高的氧化还原电位,因而与其他木素氧化酶相比,具有较高的实用价值。本论文首先研究了接种种龄和不同培养方式对白腐菌产漆酶的影响。在振荡培养的条件下,白腐菌产漆酶的最佳条件是接种时间为5天、接种量为10%、摇瓶转速180 r/min、装液量100/500 mL、初始pH 6.5。最佳碳源为葡萄糖,最佳氮源为1:1(w/w)的硝酸氨和酒石酸氨。在培养基所加入的金属离子中,Cu2+浓度为0.1 mmo1/L时对漆酶合成的促进作用最为明显。表面活性剂吐温80对毛栓菌Trametes hirsuta BYBF产漆酶起促进作用,并且最适浓度为5 mL/L。在所用的诱导剂中,0.5 mM的ABTS对漆酶的作用最为明显,约是空白时的2倍。0.5 mM阿魏酸、0.1 mM愈创木酚、0.05 mM二甲基苯胺的添加也可明显提高酶活。本论文采用2-氯苯酚(2-chlorophenol,简称2-CP)作为氯化木素的模型物,利用漆酶催化2-氯苯酚聚合,探讨漆酶催化2-氯苯酚聚合的最佳反应条件,然后利用凝胶渗透色谱(GPC)、红外光谱(FT-IR)和核磁共振(13C-NMR)等分析手段对反应的产物进行了分析。研究发现:漆酶与2-CP的聚合跟反应体系中有机溶剂的种类,有机溶剂的浓度和反应时间的长短有关,同时也受温度,pH值和漆酶浓度的影响。在一定的体系下,有机溶剂丙酮的效果要优于二氧六环,且最适的浓度为50%(体积比)。随着处理时间的延长和酶用量的增加,2-CP的去除率越来越高。最佳的聚合条件为:处理时间为24 h,温度为40℃,最适pH值为6.0,在起始浓度为500 mg/L时,在最佳聚合条件下,2-CP的去除率可以达到88%。通过GPC分析,聚合产物的分子量为31926,说明经漆酶催化后的产物分子量增大,证明了2-氯苯酚在漆酶的催化下发生了聚合反应。13C核磁分析发现:2-氯苯酚在漆酶的作用下可能先聚合成大分子然后开环形成脂肪族结构。对毛栓菌漆酶处理漂白废水条件的研究结果表明:在适宜的条件下,毛栓菌菌培养产生的漆酶粗酶液可有效的去除漂白废水中的木素,并可降低漂白废水中的CODCr和色度。处理时间、酶液用量、反应温度、pH值等因素都对毛栓菌漆酶粗酶液处理漂白废水的效果有很大的影响。在最佳处理条件下,随着处理时间的延长,废水中CODcr、色度和木素的去除率逐渐增加。随着酶用量的增加,处理效果先增加后减少,可能跟本身漆酶带入的CODcr和颜色有关;最佳处理条件为:处理时间24小时,酶液用量16 U/ml,温度为30℃,最适的pH值为6.64。在最佳处理条件下,木素、CODcr和色度的去除率分别达83.36%,83.78%和87%。利用漆酶对废水中的木素进行催化聚合实验,并通过凝胶渗透色谱法(GPC)、红外光谱(FT-IR)等分析方法对反应产物进行了分析。研究发现漂白废水中木素的分子量经粗漆酶液处理后由原来的1.5万增加到4.1万,木素分子量的增大表明经过粗漆酶液处理后,在漆酶的催化下木素发生了聚合作用。白腐菌Trametes hirsuta BYBF漆酶液在一定的条件下可以将漂白废水中的木素及其衍生物催化聚合生成大分子量的聚合物,有利于后续的絮凝沉降,使得废水中木素及其衍生物减少,色度和CODCr降低,有利于造纸漂白废水的回用。
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