一种非均相生物催化促进剂及其制备方法与用途
【专利摘要】本发明是一种非均相生物催化促进剂，该非均相生物催化促进剂按照重量份数包含可诱导的分解代谢酶34～62、有机辅因子1～6.5、无机辅因子0.1～1.2、载体29～45、沸石粉0.8～7。本发明还公开了该非均相生物催化促进剂制备方法：将可诱导的分解代谢酶与有机辅因子共固定在载体上，形成酶-辅酶共固定复合物，与无机辅因子、沸石粉混按照比例组合而成。本发明的非均相生物催化促进剂能够增加废水处理体系中污泥活性及有效生物量，尤其可以促进硝化细菌快速繁殖，提高脱氮效率，同时促进污泥内源硝化，使污泥减量化。本发明的非均相生物催化促进剂不仅适用于各种含氮化工废水处理，还可以应用于生活污水、市政污水的处理。
【专利说明】一种非均相生物催化促进剂及其制备方法与用途
【技术领域】
[0001]本发明属于废水生化处理领域，具体涉及一种用于废水处理的非均相生物催化促进剂，以及该生物催化促进剂的制备方法与用途。
【背景技术】
[0002]随着工业生产的发展，污水排放量越来越多，废水类型更加复杂，很多化工废水所含的污染物具有生物难降解特性，同时随着全球环保法规的日益严格，污水达标排放的控制指标要求越来越高，寻找合理、经济、有效的废水治理手段十分必要。
[0003]由于物理化学治理方法成本高，容易二次污染，而传统的生物法对有生物毒性的有机污染物处理效果不理想，因此在原有的生物废水治理技术上，生物酶催化技术以催化效能高、反应条件温和、对废水质量及设备情况要求较低，反应速度快，对温度、浓度和有毒物质适应范围广成为解决环境污染中的废水处理问题的一种方法，在污染物治理方面逐渐被推广使用。生物酶作为生物体内活细胞产生的一种生物催化剂，大多数由蛋白质组成，且能在机体中十分温和的条件下，高效催化各种生物化学反应，促进生物体的新陈代谢而不改变自身的催化性能，因此，它一方面可以促使微生物的数量呈指数级增长，同时提高生物降解有机物的反应速度，另一方面，生物酶作为一种生物化学成分物质可以替代微生物催化降解污染物。使用酶代替微生物作为强化手段，不需要微生物的生长条件，耐毒能力也大大提闻。
[0004]中国公开专利文献(CN101538097)提出了一种难降解有机废水的酶处理方法，通过酶-还原型助催化剂的耦合作用，催化氧气产生超氧自由基和氧化能力极强的羟基自由基，从而将有机物从水体中去除，所用酶为辣根过氧化物酶或血红蛋白酶，还原型助催化剂为辅酶或维生素C。中国公开专利文献(CN 102020347)公开了一种酶催化去除废水中苯酚的方法，主要利用生物表面活性剂二鼠李糖脂促进漆酶催化，对苯酚的去除效果好，效率高，操作简单。中国公开专利文献(CN 102115264)提出了一种生物酶深度处理造纸废水的工艺方法，首先用海藻酸钠固定化漆酶后，处理造纸企业污水处理厂二沉池出水，处理后的废水达标排放或回用。总体来说，生物酶技术一直在进步，但对于化工废水，尤其是含氮化工废水的生物酶催化处理研究较少。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种新的提升有机物降解能力、提高氨氮处理效率、污泥减量化的非均相生物催化促进剂。
[0006]本发明所要解决的另一个技术问题是提供了上述非均相生物催化促进剂的制备方法与用途。
[0007]本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种非均相生物催化促进剂，其特点是:该非均相生物催化促进剂的重量配比组成为:
可诱导的分解代谢酶34~62 ;有机辅因子I~6.5 ;无机辅因子0.1~1.2 ;载体29~45 ;
沸石粉0.8~7 ;
所述的可诱导分解代谢酶选自尿酶、脂肪族酰胺酶、蛋白酶、硝酸盐还原酶、核糖核酸酶、脲酶、氨基酸酰化酶中的一种或几种；
所述的无机辅因子选自Cu2+，以及Mn2+、Zn2+、Fe2+中的一种或几种；
所述的有机辅因子选自生物素、FMN、NADH、NADPH中的一种或几种；
所述的载体为琼脂糖、DEAE-葡聚糖、交联葡聚糖凝胶中的一种。
[0008]如无特别说明，本发明中所涉及的原料物质均可以采用市售产品或者以其它方式公开的产品。本发明中，Cu2+，Mn2+，Zn2+，Fe2+可以来自其盐类，优选来自其硫酸盐或者氯化盐。
[0009]本发明所述的非均相生物催化促进剂，其优选的重量配比组成为:
可诱导的分解代谢酶40~50 ;有机辅因子2~5 ;
无机辅因子0.4~0.8 ;载体35~40 ;
沸石粉2~5。
[0010]本发明还公开了如以上技术方案所述的非均相生物催化促进剂的制备方法，其特点是:其步骤如下:
(1)将所述的可诱导的分解代谢酶与有机辅因子共固定在同一个载体上，形成酶-辅酶共固定复合物；
(2)将酶-辅酶共固定复合物干燥后与无机辅因子、沸石粉混合后即得非均相生物催化促进剂。
[0011]本发明所述的制备方法，进一步优选的技术方案是:
1.步骤(1)中，载体预先用磷酸盐缓冲液处理，固定方法选吸附法、包埋法或交联法中的一种，共固定温度:30~35°C，固定时间:5~10h。所述的磷酸盐缓冲液浓度可以按常规需要选定，最好< 0.5mol/L,最优选为0.lmol/Lo
[0012]2.在步骤(2)中:所述的干燥方法可以为喷雾干燥、冷冻干燥或者烘干。
[0013]本发明所述的非均相生物催化促进剂或者本发明制备方法制得的非均相生物催化促进剂可以用于含氮化工废水、生活污水、市政污水处理。
[0014]与现有技术相比，本发明的有益效果如下:
1.本发明的非均相生物催化促进剂中，将酶-辅酶共固定后，酶与辅酶不易流失。同时辅酶有助催化及促进有机物降解的作用，能够提高酶的催化活性，提高有毒有机物降解能力；无机辅因子和沸石粉在提高酶活性的同时，促进有效生物量生长，特别是硝化细菌快速增殖，提高氨氮去除率，完善系统生物链，改良污泥沉降性能，降低污泥排放量，实现污泥减量化。
[0015]2. 本发明的非均相生物催化促进剂酶活性高，生产周期短、工艺简便，酶与辅酶均可再生，降低处理成本。
[0016]3.本发明的非均相生物催化促进剂不仅适用于各种含氮化工废水处理，还可以应用于生活污水、市政污水的处理以及用于污水处理厂污水处理升级改造、能力提升、污泥减量、河道等污染水体修复等处理。【具体实施方式】
[0017]下面结合具体实例对本发明进行说明，以下实施方式仅用于说明本发明，而不用于限制本发明所要求保护的范围。
[0018]实施例1，一种非均相生物催化促进剂，该非均相生物催化促进剂的重量配比组成为:
可诱导的分解代谢酶34 ;有机辅因子I ;
无机辅因子0.1 ;载体29 ；
沸石粉0.8 ；
所述的可诱导分解代谢酶选自尿酶、脂肪族酰胺酶、蛋白酶、硝酸盐还原酶、核糖核酸酶、脲酶、氨基酸酰化酶中的一种或几种；
所述的无机辅因子选自Cu2+，以及Mn2+、Zn2+、Fe2+中的一种或几种；
所述的有机辅因子选自生物素、FMN、NADH、NADPH中的一种或几种；
所述的载体为琼脂糖、DEAE-葡聚糖、交联葡聚糖凝胶中的一种； 所述的非均相生物催化促进剂可以应用于市政污水、城市污水处理厂及处理含氮化工废水。
[0019]实施例2，一种非均相生物催化促进剂，该非均相生物催化促进剂的重量配比组成为:
可诱导的分解代谢酶62 ;有机辅因子6.5 ；
无机辅因子1.2;载体45;
沸石粉7 ；
所述的可诱导分解代谢酶选自尿酶、脂肪族酰胺酶、蛋白酶、硝酸盐还原酶、核糖核酸酶、脲酶、氨基酸酰化酶中的一种或几种；
所述的无机辅因子选自Cu2+，以及Mn2+、Zn2+、Fe2+中的一种或几种；
所述的有机辅因子选自生物素、FMN、NADH、NADPH中的一种或几种；
所述的载体为琼脂糖、DEAE-葡聚糖、交联葡聚糖凝胶中的一种。
[0020]实施例3，一种非均相生物催化促进剂，该非均相生物催化促进剂的重量配比组成为:
可诱导的分解代谢酶40 ;有机辅因子2 ；
无机辅因子0.4 ;载体35 ；
沸石粉2。其余均与实施例1相同。
[0021]实施例4，一种非均相生物催化促进剂，该非均相生物催化促进剂的重量配比组成为:
可诱导的分解代谢酶50 ;有机辅因子5 ；
无机辅因子0.8 ;载体40 ；
沸石粉5。其余均与实施例1相同。
[0022]实施例6，一种非均相生物催化促进剂，该非均相生物催化促进剂的重量配比组成为:
可诱导的分解代谢酶45 ;有机辅因子3 ；
无机辅因子0.6 ;载体38 ；沸石粉3。其余均与实施例1相同。
[0023]实施例7，实施例1 一 6任何一项所述的非均相生物催化促进剂的制备方法，其步骤如下:
(1)将所述的可诱导的分解代谢酶与有机辅因子共固定在同一个载体上，形成酶-辅酶共固定复合物；
(2)将酶-辅酶共固定复合物干燥后与无机辅因子、沸石粉混合后即得非均相生物催化促进剂。
[0024]实施例8，实施例7所述的制备方法的步骤(1)中，载体预先用磷酸盐缓冲液处理，固定方法选吸附法、包埋法或交联法中的一种，共固定温度:30~35°C,固定时间:5~10h。
[0025]实施例9，实施例8所述的制备方法的步骤(1)中，磷酸盐缓冲液浓度为0.1mol/L0
[0026]实施例10，实施例8或9所述的制备方法的步骤(2)中，所述的干燥方法为喷雾干燥、冷冻干燥或者烘干。
[0027]实施例11，一种非均相生物催化促进剂的制备方法实验，其步骤如下:
(1)将可诱导分解代谢酶100g与有机辅因子(辅酶)3g—起溶解于水溶液中；将100mL载体DEAE-葡聚糖预先用0 .lmol/L的磷酸缓冲液清洗处理；在35°C下将载体与酶-辅酶水溶液搅拌10h，过滤后，DEAE-葡聚糖-酶-辅酶复合物用水洗涤，得到酶-辅酶共固定复合物；
(2)将酶-辅酶共固定复合物干燥后与0.4gCuS04、0.1gMnSO4以及2g沸石粉按比例混合后即得非均相生物催化促进剂。
[0028]实施例12，非均相生物催化促进剂与活性污泥处理废水效果比较实验。
[0029]一、处理废水取自某化学公司，原水COD质量浓度:2000~2200mg/L，氨氮质量浓度:127 ~150mg/L, ρΗ6.0 ~7.5。
[0030]二、试验在2个Α/0池中进行，A池有效容积15L，O池有效容积45L，2个Α/0首先加入相同浓度污水处理厂活性污泥，其中I个Α/0补加实施例2制得的非均相生物催化促进剂，加入量为50mg/L，另一个A/0池未补加。试验温度25~28°C，pH 8.0，O池溶解氧
2.0~3.0mg/L,总水力停留时间48h。2个A/0起始污泥浓度3000mg/L左右，起始流加入相同浓度、体积的化工废水，运行时间20d。结果表明，未加非均相生物催化促进剂的生物曝气池运行至13d时达到满负荷进水，但镜检发现有不少丝状菌，污泥性状变差，污泥指数SVI在140~190之间，发生轻微污泥膨胀，满负荷进水后污泥浓度升高至4000mg/L以上；加非均相生物催化促进剂的生物曝气池运行7d后即到达满负荷进水，整个运行过程中出水COD < 100mg/L，氨氮< 5mg/L，污泥性状良好，活性较好，原生动物种类较多，镜检未发现丝状菌，污泥浓度MLSS —直未升高，稳定在2000~2500mg/L，污泥指数SVI < 100mL/g。
[0031]从上述结果可以看出，添加非均相生物催化促进剂能够有效提升处理效率，缩短处理时间，能在更短的时间有更高的处理效率，同时对抑制丝状菌生长和促进污泥减量化也有一定的效果。
[0032]实施例13，本发明的非均相生物催化促进剂在市政污水处理的应用试验:
所用的非均相生物催化促进剂按重量计包含硝酸盐还原酶20份，蛋白酶5份，脂肪族酰胺酶 25 份，NADH I 份，FMNl 份；Cu2+0.2 份，Mn2+0.1 份、Zn2+0.1 份、Fe2+0.1 份；Cu2+ 来自CuSO4*5H20, Mn2+ 来自 MnS04、Zn2+ 来自 ZnS04*7H20、Fe2+ 来自 FeS04*7H20 ；DEAE-葡聚糖 40份；沸石粉3份。投加量50~100mg/L。
[0033]江苏某污水处理厂，处理水量5万吨/d，运行工艺采用A-A-O工艺，进出水水质如下表所示:
【权利要求】
1.一种非均相生物催化促进剂，其特征在于:该非均相生物催化促进剂的重量配比组成为: 可诱导的分解代谢酶34~62 ;有机辅因子I~6.5 ; 无机辅因子0.1~1.2 ;载体29~45 ; 沸石粉0.8~7 ; 所述的可诱导分解代谢酶选自尿酶、脂肪族酰胺酶、蛋白酶、硝酸盐还原酶、核糖核酸酶、脲酶、氨基酸酰化酶中的一种或几种； 所述的无机辅因子选自Cu2+，以及Mn2+、Zn2+、Fe2+中的一种或几种； 所述的有机辅因子选自生物素、FMN、NADH、NADPH中的一种或几种； 所述的载体为琼脂糖、DEAE-葡聚糖、交联葡聚糖凝胶中的一种。
2.根据权利要求1所述的非均相生物催化促进剂，其特征在于:该非均相生物催化促进剂的重量配比组成为: 可诱导的分解代谢酶40~50 ;有机辅因子2~5 ;
无机辅因子0.4~0.8 ;载体35~40 ; 沸石粉2~5。
3.—种如权利要求1或2所述的非均相生物催化促进剂的制备方法，其特征在于:其步骤如下: (1)将所述的可诱导的分解代谢酶与有机辅因子共固定在同一个载体上，形成酶-辅酶共固定复合物； (2)将酶-辅酶共固定复合物干燥后与无机辅因子、沸石粉混合后即得非均相生物催化促进剂。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于:步骤(1)中，载体预先用磷酸盐缓冲液处理，固定方法选吸附法、包埋法或交联法中的一种，共固定温度:30~35°C，固定时间:5 ~IOh0
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于:步骤(1)中磷酸盐缓冲液浓度^ 0.5mol/L。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于:步骤(1)中磷酸盐缓冲液浓度为0.lmol/L0
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中:所述的干燥方法为喷雾干燥、冷冻干燥或者烘干。
8.权利要求1所述的非均相生物催化促进剂或者权利要求2- 7中任何一项所述的制备方法制得的非均相生物催化促进剂在含氮化工废水、生活污水、市政污水处理中的用途。
【文档编号】C12N9/06GK104004736SQ201410248714
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2014年6月6日
【发明者】王开春, 田凤蓉, 吴海杰, 杨志林, 张彬彬, 王克云 申请人:中蓝连海设计研究院