一種非均相生物催化促進劑及其製備方法與用途
2023-09-17 02:53:35
一種非均相生物催化促進劑及其製備方法與用途
【專利摘要】本發明是一種非均相生物催化促進劑，該非均相生物催化促進劑按照重量份數包含可誘導的分解代謝酶34～62、有機輔因子1～6.5、無機輔因子0.1～1.2、載體29～45、沸石粉0.8～7。本發明還公開了該非均相生物催化促進劑製備方法：將可誘導的分解代謝酶與有機輔因子共固定在載體上，形成酶-輔酶共固定複合物，與無機輔因子、沸石粉混按照比例組合而成。本發明的非均相生物催化促進劑能夠增加廢水處理體系中汙泥活性及有效生物量，尤其可以促進硝化細菌快速繁殖，提高脫氮效率，同時促進汙泥內源硝化，使汙泥減量化。本發明的非均相生物催化促進劑不僅適用於各種含氮化工廢水處理，還可以應用於生活汙水、市政汙水的處理。
【專利說明】一種非均相生物催化促進劑及其製備方法與用途
【技術領域】
[0001]本發明屬於廢水生化處理領域，具體涉及一種用於廢水處理的非均相生物催化促進劑，以及該生物催化促進劑的製備方法與用途。
【背景技術】
[0002]隨著工業生產的發展，汙水排放量越來越多，廢水類型更加複雜，很多化工廢水所含的汙染物具有生物難降解特性，同時隨著全球環保法規的日益嚴格，汙水達標排放的控制指標要求越來越高，尋找合理、經濟、有效的廢水治理手段十分必要。
[0003]由於物理化學治理方法成本高，容易二次汙染，而傳統的生物法對有生物毒性的有機汙染物處理效果不理想，因此在原有的生物廢水治理技術上，生物酶催化技術以催化效能高、反應條件溫和、對廢水質量及設備情況要求較低，反應速度快，對溫度、濃度和有毒物質適應範圍廣成為解決環境汙染中的廢水處理問題的一種方法，在汙染物治理方面逐漸被推廣使用。生物酶作為生物體內活細胞產生的一種生物催化劑，大多數由蛋白質組成，且能在機體中十分溫和的條件下，高效催化各種生物化學反應，促進生物體的新陳代謝而不改變自身的催化性能，因此，它一方面可以促使微生物的數量呈指數級增長，同時提高生物降解有機物的反應速度，另一方面，生物酶作為一種生物化學成分物質可以替代微生物催化降解汙染物。使用酶代替微生物作為強化手段，不需要微生物的生長條件，耐毒能力也大大提聞。
[0004]中國公開專利文獻(CN101538097)提出了一種難降解有機廢水的酶處理方法，通過酶-還原型助催化劑的耦合作用，催化氧氣產生超氧自由基和氧化能力極強的羥基自由基，從而將有機物從水體中去除，所用酶為辣根過氧化物酶或血紅蛋白酶，還原型助催化劑為輔酶或維生素C。中國公開專利文獻(CN 102020347)公開了一種酶催化去除廢水中苯酚的方法，主要利用生物表面活性劑二鼠李糖脂促進漆酶催化，對苯酚的去除效果好，效率高，操作簡單。中國公開專利文獻(CN 102115264)提出了一種生物酶深度處理造紙廢水的工藝方法，首先用海藻酸鈉固定化漆酶後，處理造紙企業汙水處理廠二沉池出水，處理後的廢水達標排放或回用。總體來說，生物酶技術一直在進步，但對於化工廢水，尤其是含氮化工廢水的生物酶催化處理研究較少。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種新的提升有機物降解能力、提高氨氮處理效率、汙泥減量化的非均相生物催化促進劑。
[0006]本發明所要解決的另一個技術問題是提供了上述非均相生物催化促進劑的製備方法與用途。
[0007]本發明所要解決的技術問題是通過以下的技術方案來實現的。本發明是一種非均相生物催化促進劑，其特點是:該非均相生物催化促進劑的重量配比組成為:
可誘導的分解代謝酶34~62 ;有機輔因子I~6.5 ;無機輔因子0.1~1.2 ;載體29~45 ;
沸石粉0.8~7 ;
所述的可誘導分解代謝酶選自尿酶、脂肪族醯胺酶、蛋白酶、硝酸鹽還原酶、核糖核酸酶、脲酶、胺基酸醯化酶中的一種或幾種；
所述的無機輔因子選自Cu2+，以及Mn2+、Zn2+、Fe2+中的一種或幾種；
所述的有機輔因子選自生物素、FMN、NADH、NADPH中的一種或幾種；
所述的載體為瓊脂糖、DEAE-葡聚糖、交聯葡聚糖凝膠中的一種。
[0008]如無特別說明，本發明中所涉及的原料物質均可以採用市售產品或者以其它方式公開的產品。本發明中，Cu2+，Mn2+，Zn2+，Fe2+可以來自其鹽類，優選來自其硫酸鹽或者氯化鹽。
[0009]本發明所述的非均相生物催化促進劑，其優選的重量配比組成為:
可誘導的分解代謝酶40~50 ;有機輔因子2~5 ;
無機輔因子0.4~0.8 ;載體35~40 ;
沸石粉2~5。
[0010]本發明還公開了如以上技術方案所述的非均相生物催化促進劑的製備方法，其特點是:其步驟如下:
(1)將所述的可誘導的分解代謝酶與有機輔因子共固定在同一個載體上，形成酶-輔酶共固定複合物；
(2)將酶-輔酶共固定複合物乾燥後與無機輔因子、沸石粉混合後即得非均相生物催化促進劑。
[0011]本發明所述的製備方法，進一步優選的技術方案是:
1.步驟(1)中，載體預先用磷酸鹽緩衝液處理，固定方法選吸附法、包埋法或交聯法中的一種，共固定溫度:30~35°C，固定時間:5~10h。所述的磷酸鹽緩衝液濃度可以按常規需要選定，最好< 0.5mol/L,最優選為0.lmol/Lo
[0012]2.在步驟(2)中:所述的乾燥方法可以為噴霧乾燥、冷凍乾燥或者烘乾。
[0013]本發明所述的非均相生物催化促進劑或者本發明製備方法製得的非均相生物催化促進劑可以用於含氮化工廢水、生活汙水、市政汙水處理。
[0014]與現有技術相比，本發明的有益效果如下:
1.本發明的非均相生物催化促進劑中，將酶-輔酶共固定後，酶與輔酶不易流失。同時輔酶有助催化及促進有機物降解的作用，能夠提高酶的催化活性，提高有毒有機物降解能力；無機輔因子和沸石粉在提高酶活性的同時，促進有效生物量生長，特別是硝化細菌快速增殖，提高氨氮去除率，完善系統生物鏈，改良汙泥沉降性能，降低汙泥排放量，實現汙泥減量化。
[0015]2. 本發明的非均相生物催化促進劑酶活性高，生產周期短、工藝簡便，酶與輔酶均可再生，降低處理成本。
[0016]3.本發明的非均相生物催化促進劑不僅適用於各種含氮化工廢水處理，還可以應用於生活汙水、市政汙水的處理以及用於汙水處理廠汙水處理升級改造、能力提升、汙泥減量、河道等汙染水體修復等處理。【具體實施方式】
[0017]下面結合具體實例對本發明進行說明，以下實施方式僅用於說明本發明，而不用於限制本發明所要求保護的範圍。
[0018]實施例1，一種非均相生物催化促進劑，該非均相生物催化促進劑的重量配比組成為:
可誘導的分解代謝酶34 ;有機輔因子I ;
無機輔因子0.1 ;載體29 ；
沸石粉0.8 ；
所述的可誘導分解代謝酶選自尿酶、脂肪族醯胺酶、蛋白酶、硝酸鹽還原酶、核糖核酸酶、脲酶、胺基酸醯化酶中的一種或幾種；
所述的無機輔因子選自Cu2+，以及Mn2+、Zn2+、Fe2+中的一種或幾種；
所述的有機輔因子選自生物素、FMN、NADH、NADPH中的一種或幾種；
所述的載體為瓊脂糖、DEAE-葡聚糖、交聯葡聚糖凝膠中的一種； 所述的非均相生物催化促進劑可以應用於市政汙水、城市汙水處理廠及處理含氮化工廢水。
[0019]實施例2，一種非均相生物催化促進劑，該非均相生物催化促進劑的重量配比組成為:
可誘導的分解代謝酶62 ;有機輔因子6.5 ；
無機輔因子1.2;載體45;
沸石粉7 ；
所述的可誘導分解代謝酶選自尿酶、脂肪族醯胺酶、蛋白酶、硝酸鹽還原酶、核糖核酸酶、脲酶、胺基酸醯化酶中的一種或幾種；
所述的無機輔因子選自Cu2+，以及Mn2+、Zn2+、Fe2+中的一種或幾種；
所述的有機輔因子選自生物素、FMN、NADH、NADPH中的一種或幾種；
所述的載體為瓊脂糖、DEAE-葡聚糖、交聯葡聚糖凝膠中的一種。
[0020]實施例3，一種非均相生物催化促進劑，該非均相生物催化促進劑的重量配比組成為:
可誘導的分解代謝酶40 ;有機輔因子2 ；
無機輔因子0.4 ;載體35 ；
沸石粉2。其餘均與實施例1相同。
[0021]實施例4，一種非均相生物催化促進劑，該非均相生物催化促進劑的重量配比組成為:
可誘導的分解代謝酶50 ;有機輔因子5 ；
無機輔因子0.8 ;載體40 ；
沸石粉5。其餘均與實施例1相同。
[0022]實施例6，一種非均相生物催化促進劑，該非均相生物催化促進劑的重量配比組成為:
可誘導的分解代謝酶45 ;有機輔因子3 ；
無機輔因子0.6 ;載體38 ；沸石粉3。其餘均與實施例1相同。
[0023]實施例7，實施例1 一 6任何一項所述的非均相生物催化促進劑的製備方法，其步驟如下:
(1)將所述的可誘導的分解代謝酶與有機輔因子共固定在同一個載體上，形成酶-輔酶共固定複合物；
(2)將酶-輔酶共固定複合物乾燥後與無機輔因子、沸石粉混合後即得非均相生物催化促進劑。
[0024]實施例8，實施例7所述的製備方法的步驟(1)中，載體預先用磷酸鹽緩衝液處理，固定方法選吸附法、包埋法或交聯法中的一種，共固定溫度:30~35°C,固定時間:5~10h。
[0025]實施例9，實施例8所述的製備方法的步驟(1)中，磷酸鹽緩衝液濃度為0.1mol/L0
[0026]實施例10，實施例8或9所述的製備方法的步驟(2)中，所述的乾燥方法為噴霧乾燥、冷凍乾燥或者烘乾。
[0027]實施例11，一種非均相生物催化促進劑的製備方法實驗，其步驟如下:
(1)將可誘導分解代謝酶100g與有機輔因子(輔酶)3g—起溶解於水溶液中；將100mL載體DEAE-葡聚糖預先用0 .lmol/L的磷酸緩衝液清洗處理；在35°C下將載體與酶-輔酶水溶液攪拌10h，過濾後，DEAE-葡聚糖-酶-輔酶複合物用水洗滌，得到酶-輔酶共固定複合物；
(2)將酶-輔酶共固定複合物乾燥後與0.4gCuS04、0.1gMnSO4以及2g沸石粉按比例混合後即得非均相生物催化促進劑。
[0028]實施例12，非均相生物催化促進劑與活性汙泥處理廢水效果比較實驗。
[0029]一、處理廢水取自某化學公司，原水COD質量濃度:2000~2200mg/L，氨氮質量濃度:127 ~150mg/L, ρΗ6.0 ~7.5。
[0030]二、試驗在2個Α/0池中進行，A池有效容積15L，O池有效容積45L，2個Α/0首先加入相同濃度汙水處理廠活性汙泥，其中I個Α/0補加實施例2製得的非均相生物催化促進劑，加入量為50mg/L，另一個A/0池未補加。試驗溫度25~28°C，pH 8.0，O池溶解氧
2.0~3.0mg/L,總水力停留時間48h。2個A/0起始汙泥濃度3000mg/L左右，起始流加入相同濃度、體積的化工廢水，運行時間20d。結果表明，未加非均相生物催化促進劑的生物曝氣池運行至13d時達到滿負荷進水，但鏡檢發現有不少絲狀菌，汙泥性狀變差，汙泥指數SVI在140~190之間，發生輕微汙泥膨脹，滿負荷進水後汙泥濃度升高至4000mg/L以上；加非均相生物催化促進劑的生物曝氣池運行7d後即到達滿負荷進水，整個運行過程中出水COD < 100mg/L，氨氮< 5mg/L，汙泥性狀良好，活性較好，原生動物種類較多，鏡檢未發現絲狀菌，汙泥濃度MLSS —直未升高，穩定在2000~2500mg/L，汙泥指數SVI < 100mL/g。
[0031]從上述結果可以看出，添加非均相生物催化促進劑能夠有效提升處理效率，縮短處理時間，能在更短的時間有更高的處理效率，同時對抑制絲狀菌生長和促進汙泥減量化也有一定的效果。
[0032]實施例13，本發明的非均相生物催化促進劑在市政汙水處理的應用試驗:
所用的非均相生物催化促進劑按重量計包含硝酸鹽還原酶20份，蛋白酶5份，脂肪族醯胺酶 25 份，NADH I 份，FMNl 份；Cu2+0.2 份，Mn2+0.1 份、Zn2+0.1 份、Fe2+0.1 份；Cu2+ 來自CuSO4*5H20, Mn2+ 來自 MnS04、Zn2+ 來自 ZnS04*7H20、Fe2+ 來自 FeS04*7H20 ；DEAE-葡聚糖 40份；沸石粉3份。投加量50~100mg/L。
[0033]江蘇某汙水處理廠，處理水量5萬噸/d，運行工藝採用A-A-O工藝，進出水水質如下表所示:
【權利要求】
1.一種非均相生物催化促進劑，其特徵在於:該非均相生物催化促進劑的重量配比組成為: 可誘導的分解代謝酶34~62 ;有機輔因子I~6.5 ; 無機輔因子0.1~1.2 ;載體29~45 ; 沸石粉0.8~7 ; 所述的可誘導分解代謝酶選自尿酶、脂肪族醯胺酶、蛋白酶、硝酸鹽還原酶、核糖核酸酶、脲酶、胺基酸醯化酶中的一種或幾種； 所述的無機輔因子選自Cu2+，以及Mn2+、Zn2+、Fe2+中的一種或幾種； 所述的有機輔因子選自生物素、FMN、NADH、NADPH中的一種或幾種； 所述的載體為瓊脂糖、DEAE-葡聚糖、交聯葡聚糖凝膠中的一種。
2.根據權利要求1所述的非均相生物催化促進劑，其特徵在於:該非均相生物催化促進劑的重量配比組成為: 可誘導的分解代謝酶40~50 ;有機輔因子2~5 ;
無機輔因子0.4~0.8 ;載體35~40 ; 沸石粉2~5。
3.—種如權利要求1或2所述的非均相生物催化促進劑的製備方法，其特徵在於:其步驟如下: (1)將所述的可誘導的分解代謝酶與有機輔因子共固定在同一個載體上，形成酶-輔酶共固定複合物； (2)將酶-輔酶共固定複合物乾燥後與無機輔因子、沸石粉混合後即得非均相生物催化促進劑。
4.根據權利要求3所述的製備方法，其特徵在於:步驟(1)中，載體預先用磷酸鹽緩衝液處理，固定方法選吸附法、包埋法或交聯法中的一種，共固定溫度:30~35°C，固定時間:5 ~IOh0
5.根據權利要求4所述的製備方法，其特徵在於:步驟(1)中磷酸鹽緩衝液濃度^ 0.5mol/L。
6.根據權利要求4所述的製備方法，其特徵在於:步驟(1)中磷酸鹽緩衝液濃度為0.lmol/L0
7.根據權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，在步驟(2)中:所述的乾燥方法為噴霧乾燥、冷凍乾燥或者烘乾。
8.權利要求1所述的非均相生物催化促進劑或者權利要求2- 7中任何一項所述的製備方法製得的非均相生物催化促進劑在含氮化工廢水、生活汙水、市政汙水處理中的用途。
【文檔編號】C12N9/06GK104004736SQ201410248714
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月6日 優先權日:2014年6月6日
【發明者】王開春, 田鳳蓉, 吳海傑, 楊志林, 張彬彬, 王克雲 申請人:中藍連海設計研究院