حذف آنزیمی‌آلاینده‌های فنلی از پسابهای صنعتی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف، تهران

2 کارشناسی ارشد بیوتکنولوژی، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف، تهران

چکیده

در این تحقیق از آنزیم پراکسیداز ترب کوهی برای حذف فنل استفاده شده است. ابتدا امکان‌پذیری فرایند در مقیاس آزمایشگاهی و با محلولهای سنتزی 1 تا10 میلی مولار فنل مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج بیانگر این بود که این آنزیم به طور مؤثری قادر به حذف ترکیبات فنلی از پسابها می‌باشد و توانایی آن، در محدوده وسیعی از pH ، دما و غلظت آروماتیک حفظ می‌شود. در این تحقیق، میزان حذف ترکیبات فنلی در راکتور ناپیوسته و در شرایط بهینه برای راندمان حذف 95 درصد و 100 درصد، توسط آنزیم بر روی پساب سنتزی و صنعتی و در محدوده غلظتهای کم و زیاد فنل (1 و 10 میلی مولار) مورد بررسی قرار گرفت. پساب صنعتی مورد استفاده، پساب کارخانه روغن زیتون با غلظت فنل 1221 میلی‌گرم در لیتر (13میلی مولار (و pH برابر 3/5 بود که در انتهای واکنش، این ترکیبات فنلی به پلیمرهای نامحلول تبدیل شده و رسوب کردند. در هر یک از سیستم‌های پساب - آنزیم مقادیر هیدروژن پراکسید، آنزیم، پلی اتیلن گلیکول ،pH و بافر، بهینه‌سازی شد. همچنین زمان واکنش لازم برای دستیابی به حذف 95 درصد فنل به‌دست آمد. طبق این نتایج اکسیژن مورد نیاز شیمیایی و بیوشیمیایی به ترتیب به میزان 58 و 78 درصد کاهش یافت. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که افزایش غلظت آب اکسیژنه بیشتر از مقدار بهینة آن سبب غیر فعال شدن آنزیم شده و متعاقباً کارایی حذف آنزیم را کاهش می‌دهد. از طرف دیگر، افزایش آنزیم، پلی‌اتیلن گلیکول و زمان واکنش، به بیشتر از مقادیر بهینه آنها، راندمان حذف را به مقدار بسیار جزئی افزایش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Phenol Removal from Industrial Wastewater by HRP Enzyme

نویسندگان [English]

  • Iran Alemzadeh 1
  • Farnaz Mirzaei 2
1 Prof., Chemical and Petroleum Engineering Dept., Sharif University of Technology, Tehran
2 Graduate Student, Chemical and Petroleum Engineering Dept., Sharif University of Technology, Tehran
چکیده [English]

In this research, horseradish peroxidase for phenol removal was utilized. First, the process was studied at the laboratory scale using a synthetic phenol solution (1-10) mM. Results showed that horseradish peroxidase (HRP) could effectively remove phenolic compounds from wastewater and that the catalytic capability of the enzyme was maintained for a wide range of pH, temperature, and aromatic concentration levels. The performance conditions were optimized for at lease 95% and 100% removal of phenolic compounds for both actual and synthetic wastewaters under high and low phenol concentrations (1 and 10 mM). The phenolic wastewater used was an olive mill effluent with a phenol concentration of 1221 mg/L (13 mM) and a pH value of 3.5. At the end of the reaction, the phenolic compounds changed to insoluble polymers and precipitated. Each enzyme/wastewater system was optimized for the following chemical dosages: hydrogen peroxide, enzyme, polyethylene glycol (PEG), and buffer. Furthermore, the reaction time to achieve at least 95% phenol removal was determined. According to the results, COD and BOD reduced to 58% and 78%, respectively. Experimental results showed an increase in H2O2 concentration beyond the optimum dose resulting from enzyme inactivation, thus reducing the phenol removal efficiency. On the other hand, increasing the enzyme, PEG, and/or reaction time beyond the optimum values resulted in only a marginal increase in removal efficiency.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Peroxidase
  • Removal of Phenolic Compounds
  • Industrial Waste
  • Olive Mill
  • COD
1- Nicell, J. A. (1994). “Kinetics of horseradish peroxidase-catalyzed polymerization and precipitation of aqueous 4-chlorophenol.” J. of Chemical Technology and Biotechnology, 60, 203-215.

2- Singh, N., and Singh, J. (2002). “An enzymatic method for removal of phenol from industrial effluent.” Prep. Biochem. Biotechnol., 32 (2), 127-133.

3- Dyer, J. C., and Mignone, N. A. (1993). Handbook of industrial residues, Vol. 1, Environmental Engineering Series, Noyes Publications, Park Ridge, NJ, USA.

4- Lanouette, K. H. (1997). “Treatment of phenolic wastes.” Chem. Eng. (Deskbook Issue), 17,
99-106.

5- Wagner, M., and Nicell, J. A. (2001). “Peroxidase-Catalyzed removal of phenols from a petroleum refinery wastewater.” J. of Water Science and Technology, 43(2), 253-267.

6- Karam Nicell, J. (1997). “Potential applications of enzymes in waste treatment.” J. of Chemical Technology and Biotechnology, 69, 41- 49.

7- Klibanov, A. M., Alberti, B. N., Morris, E. D., and Felshin, L. M. (1980). “Enzymatic removal of toxic phenols and anilines from wastewaters.” J. of Applied Biochemistry, 2, 414-421.

8- Cooper, V. A., and Nicell, J. A. (1996). “Removal of phenols from a foundry wastewater using horseradish peroxidase.” Water Research, 30 (4), 954-963.

9- Wagner, M., and Nicell, J. (2002). “Detoxification of phenolic solutions with horseradish peroxidase and hydrogen peroxide.” J. of Water Research, 36, 4041-4052.

10- Lai, Y. C., and Lin, S. C. (2005). “Application of immobilized horseradish peroxidase for the removal of p-chlorophenol from aqueous solution.” Process Biochem., 40, 1167-1174.

11- Wu, J., Bewtra, J. K., Biswas, N., and Taylor, K. E. (1994). “Effect of H2O2 addition mode on enzymatic removal of phenol from wastewater in the presence of polyethylene glycol.” The Canadian J. of Chemical Engineering, 72, 881-886.

12- Ator, M. A., and Ortiz de Montellano, P. R. (1987). “Protein control of prosthetic heme reactivity.” J. of Biol. Chem., 262(4), 1542-1551.

13- Wilberg, K., Senhaimer, C. A. and Rubio, J. (2002). “Removal of aqueous phenol catalyzed by a low purity soybean peroxidase.” J. of Chem. Technol. Biotechnol., 77, 851-857.

14- Ganjidoust, M., Tatsumi, K., Wada, S., and Kowase, M. (1996). “Role of peroxidase and chitosan in removing chlorophenols from aqueous solution.” Wat. Sci. Technol., 34(10), 151-159.

15- Nicell, J. A., Bewtra, J. K., Biswas, N., and St. Pierre, C. C. (1993). “Enzyme catalyzed polymerization and precipitation of aromatic compound from aqueous solution.” Canadian J. of Civ. Eng., 20, 725-735.

16- Arnao, M. B., Acosta, M., del Rio, J. A., Varon, R., and Garcia-Canovas, F. (1990). “A kinetic study on the suicide inactivation of peroxidase by hydrogen peroxide.” Biochem. Biophys., Acta (1041), 43-47.

17- Baynton, K. J., Bewtra, J. K., Biswas, N., and Taylor, K. E. (1994). “Inactivation of horseradish peroxidase by phenol and hydrogen peroxide; a kinetic investigation.” Bichem. Biophys., Acta (1206), 272-278.