[发明专利]一种电化学氧化生物酶催化去除水中有机污染物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学氧化生物酶催化去除水中有机污染物的方法，具体是先利用含一种活泼性金属(如铋、镍、镧、铈或铒)和氟的钛基二氧化铅电极对水中有机污染物进行预氧化，再使用生物酶对预氧化产物进一步进行催化降解，属于水处理技术领域。

背景技术

随着工业的发展和人类生活水平的提高，工业废水和生活污水的种类和排放量日益增多，成份也更加复杂。其中含有许多难降解的有机污染物，如氯酚、多环芳烃、多氯联苯、芳胺、杀虫剂、染料等，这些物质通过食物链进入生物体不断富集，对人类和生物体健康有着极大的危害。因此，如何消除环境中有机物的污染成为目前水处理领域中的一个热点。

电化学氧化法作为一种高级氧化方法，能在常温常压下，通过有催化活性的电极反应直接或间接产生OH·，从而有效降解水中大多数的有机污染物。电化学氧化法具有比一般的化学反应更强的氧化能力，与环境兼容，基本不消耗化学药剂，易于实现自动化控制、可与多种方法联合使用等优点，因此在含酚、硝基苯、氯化酚、染料废水等有机污染物的处理中逐渐得到应用。但使用该方法降解有机物能耗高，难以实现工业化。

漆酶是一种含铜的多酚氧化酶，可以催化空气中的氧气直接氧化分解各种酚类染料、取代酚、氯酚、疏酚、双酚A、芳香胺等，在环境污染治理中已有较多的应用。漆酶催化降解水中有机污染物的催化作用是通过酶分子上的4个铜离子协同传递电子和价态变化实现的，在从底物吸收电子的同时将水中的氧分子还原成水。与其它方法相比，漆酶催化氧化法能耗低、降解效率高、易操作、使用范围宽、不产生剩余污泥，能同时催化多种有机污染物，是一项前景广阔的生物处理技术。影响漆酶催化氧化有机污染物活性和稳定性的因素很多。漆酶本身的一些蛋白性质，如不能重复利用、对周围环境(如盐的浓度、pH、温度等因素)高度敏感性等限制了漆酶的有效使用。为了提高漆酶的稳定性，增强抗干扰能力，将漆酶进行固定化是目前酶工程领域中的一个研究热点。固定化漆酶延长了漆酶的使用寿命，但漆酶固定化后，漆酶分子空间自由度受到限制，直接影响到活性中心对底物的定位作用；内扩散阻力使底物分子与活性中心的接近受阻导致酶活性下降。固定化酶的使用次数和效率还与酶催化反应的生成物有关。研究发现，漆酶能对水中的邻氯酚和对氯酚实现快速有效的脱氯，但在反应过程中可能生成难以生物降解的少量毒性中间产物，其易吸附在漆酶表面，从而使酶失活；同时漆酶对于部分有机污染物(如间氯酚、高氯代酚类物质)的代谢活性不高，难以有效快速降解。这些因素限制了漆酶的应用范围，同时也降低了漆酶催化氧化有机污染物的效果。

因此，我们提出了一种电化学氧化与生物酶催化联用去除水中有机污染物的方法，一方面可发挥电化学氧化选择性不高的优势，将漆酶难以高效快速降解的部分有机污染物(如间氯酚、高氯代酚类物质)进行预氧化以降低有机污染物的浓度及毒性，预氧化产物可以进一步被漆酶高效催化降解；另一方面，由于漆酶对预产物具有高效催化作用，所以可减少电化学氧化的时间，弥补了电化学氧化能耗高的缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了解决电化学氧化能耗高和生物酶对水中部分有机污染物(如间氯酚、高氯代酚类物质)去除率低的问题，特别是为了解决生物酶对水中难降解有机污染物去除率低的问题，而提供了一种电化学氧化与生物酶催化联用的、高效的去除水中有机污染物的方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种电化学氧化生物酶催化去除水中有机污染物的方法是先利用电极对水中的有机污染物进行预氧化以降低有机污染物的浓度及毒性，再使用生物酶对预氧化产物进一步进行催化降解。

所述的电化学氧化过程中的阳极为含一种活泼性金属(如铋、镍、镧、铈或铒)和氟的钛基二氧化铅电极，阴极为钛板、不锈钢导电材料，电解质为0.02mol/L的无水硫酸钠溶液，在阴阳极之间施加的电流密度为5mA/cm²，所处理水的起始pH值为3-5，电化学氧化的时间为10-15min；生物酶是以活性炭、硅胶、壳聚糖等载体通过吸附、交联或包埋等方法制备的固定化漆酶，生物酶催化降解有机污染物过程中的温度为23-25℃，转速为95-105rad/min，催化降解时间为1-5小时，固定化漆酶的投加量为4-12g/L；有机污染物溶液为酚类化合物及其衍生物、芳胺类及其衍生物、多环芳烃等。

本发明的特点是：