专利名称：从水溶液去除硒氰酸酯/盐或亚硒酸酯/盐的制作方法
技术领域：
本发明涉及从水溶液,如流出物或废水去除硒种类(species),如硒氰酸(酯/盐)和硒氧阴离子(selenium oxyanion)。
背景技术：
硒是一种类金属元素，已有其对环境和健康的影响的充分报道。硒在环境中自然循环，然而，其平衡可受人类活动包括采矿、矿物加工、农业、石油精炼和基于煤的发电显著地破坏和影响。其结果，在表面和地下水中的硒水平正迅速得到全球关注，因为在某些硒种类和环境破坏之间有确立的联系，包括在水禽和鱼中的生物蓄积和繁殖异常。为此目的，倾向于生成显著水平的最具毒性的硒种类，即硒氰酸(酯/盐)、亚硒酸(酯/盐)和/或硒酸(酯/盐)的工业，必需采取措施确保其流出物符合可接受的排放标准。在目前可利用的技术中，将硒与金属(例如铁、铜、铝等)共沉淀，以及将其吸附于固体支持物(例如活性炭、水处理残余物等)上看来是最常见的。然而，这些技术的潜在缺点包括偏向适用于部分硒种类，产生大体积的淤泥(其常常必须遵循毒物处理步骤进行处理)和/或通常无法满足全球的环境机构颁布的极低的允许限度。从工业流出物去除硒的其它技术包括生物和化学策略。在封闭的、定制的环境中使用精选的微生物以将硒种类还原至非毒性和/或适于通过常规技术后续分离的氧化态，正逐渐流行起来。然而，这些基于微生物的解决方案可需要补充营养源，且其性能对于引入的给料流内的化合物(例如酚)、有毒金属(例如As和Hg)和分子氧具敏感性。有趣的是，对于该问题的一种潜在的解决方案，即与这些系统相关的微生物的无细胞提取物中含有的酶的使用，已显示在毒性金属的存在下还原硒。在自然界中，硒以_2、0、+4和+6氧化态存在。视为有毒的无机形态包括亚硒酸根[Se03_2或Se (IV)] ，硒酸根[Se04_2或Se (VI)]和硒氰酸根[SeCN-]。硒氰酸(酯/盐)一般在加工含有硒的化石原料(例如含硒的原油、页岩和煤)的过程中形成。所有这些种类在水性环境中极端稳定，并且总体而言，在工业流出物中必须在排放之前还原至痕量水平。尽管亚硒酸(酯/盐)适于通过常规的共沉淀方法去除，但是剩余的两个形态对于最流行的沉淀技术而言相对顽固。因此，提供或扩展常规处理以应对这些种类至少之一，即硒氰酸(酯/盐)的手段，对于烃加工工业、基于酶的能源工业、农业和采矿工业而言是具有极大意义的。本发明可提供手段以应对工业流出物内的可溶性硒种类，且不需要重大的投资，可整合入现有的操作，使得能够使用正在开发的硒去除技术(例如ABMet)，不生成成问题的副产物，可应对某些顽固种类(即硒氰酸(酯/盐))，和/或在硒去除的同时进行其它化合物(例如酚、苯胺、甲酚、二甲酚等)的去除。尽管下述并不全面，但是本发明的具体优点包括:1.该用于减少硒的生物化学途径在有毒化合物(例如酚、甲酚、苯胺等)或金属(例如Hg、As、Cr)的存在下并不受抑制；
2.该硒减少技术采用大部分来源于烃加工和基于煤的能源工业的流出物内固有存在的底物；3.该新颖技术具有潜在的协同/增效作用，和/或使得能够进行一种或多种用于在工业流出物中进行杂原子(例如Se、As、Hg、Cr等)减少的商业性和正在开发的技术(例如金属共沉淀、离子交换、膜过滤、生物处理(包括构筑的湿地(constructed wet_lands)))。
发明内容
本发明人令人惊讶地发现可通过下述方法将硒氰酸(酯/盐)和/或亚硒酸(酯/盐)从含有此种硒氰酸(酯/盐)和/或亚硒酸(酯/盐)的水性溶液(例如流出物或废水)去除:即将水溶液与酚氧化酶和氧化剂相接触。在一个实施方案中，亦将该含有硒氰酸(酯/盐)和/或亚硒酸(酯/盐)的水溶液与一种或多种充当电子供体和/或酚氧化酶受体的可氧化底物，如一种或多种酚或多酚相接触。发明详述酚氣化酶在本发明的上下文中，所述酚氧化酶可为过氧化物酶或漆酶。酚氧化酶在氧化剂的存在下使用。当所述酚氧化酶是漆酶时，所述氧化剂是氧(或氧源)。漆酶和氧(或氧源)可称作漆酶系统。当所述酚氧化酶是过氧化物酶时，所述氧化剂是过氧化氢(或过氧化氢源)。过氧化氢酶和过氧化氢(或过氧化氢源)可称作过氧化物酶系统。本发明的酶可通常以I μ g至IOOmg酶蛋白每升水溶液,优选5 μ g至50mg酶蛋白每升水溶液，更优选10μ g至25mg酶蛋白每升水溶液,更优选10 μ g至IOmg酶蛋白每升水溶液，更优选50 μ g至IOmg酶蛋白每升水溶液,其最优选优选50 μ g至5mg酶蛋白每升水溶液的浓度存在。 在本发明方法的进一步的具体实施方案中，所述酹氧化酶以0.005-50ppm(mg/I)，或 0.01-40，0.02-30，0.03-25，0.04-20,0.05-15，0.05-10，0.05-5,0.05-1,0.05-0.8，0.05-0.6，或0.1-0.5ppm的量使用。酶的量指mg酶蛋白。在本发明的方法中，所述酚氧化酶可以单独施用或与其它酶一同施用。术语“其它酶”意指至少一种其它酶，例如一种、两种、三种、四种、五种、六种、七种、八种、九种、十种或甚至更多种其它酶。术语“与…一同施用”(或“与…一同使用”)意指所述其它酶可以在本发明的工艺的相同或其它步骤中施用。所述其它工艺步骤与用酚氧化酶去除硒氰酸(酯/盐)和/或亚硒酸(酯/盐)的步骤相比，在整个工艺中可为上游或下游的。在具体实施方案中，所述其它酶是具有蛋白酶、脂肪酶、木聚糖酶、角质酶、纤维素酶、内切葡聚糖酶、淀粉酶、甘露聚糖酶、固醇酯酶和/或胆固醇酯酶活性的酶。术语工艺的“步骤”意指至少一个步骤，且其可为一个、两个、三个、四个、五个或甚至更多个工艺步骤。换言之，本发明的酚氧化酶可在至少一个工艺步骤中施用，而所述其它酶亦可在至少一个工艺步骤中施用，其与使用酚氧化酶的步骤相比可为相同或不同的工艺步骤。术语“酶制备物”意指含有至少一种酚氧化酶的产品。所述酶制备物亦可包含具有其它酶活性的酶。除了酶活性之外，此种制备物优选含有至少一种助剂。用于酶制备物的助剂的实例为缓冲剂、聚合物、表面活性剂和稳定剂。在本文上下文中，无论何时提及酚氧化酶需要或受益于受体(例如氧或过氧化氢)、增强物、介导物和/或活化物的存在时，应视作包含此类化合物。增强物和介导物的实例公开于 EP705327 ；W098/56899 ；EP677102 ；EP781328 ;和 EP707637。若需要，可通过将酚氧化酶系统(例如漆酶或过氧化物酶系统)定义为所讨论的酶及其受体，以及任选地还包括对于所讨论的酶的增强物和/或介导物的组合，来进行区分。漆酶根据本发明的漆酶为国际生物化学与分子生物联合会的命名委员会(Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry andMolecular Biology, IUBMB)规定的酶分类ECl.10.3.2所包含的任何漆酶，或由其来源的任何呈现漆酶活性的片段，或呈现类似活性如儿茶酚氧化酶(EC1.10.3.1)、邻氨基酚氧化酶(EC1.10.3.4)或胆红素氧化酶(EC1.3.3.5)的化合物。优选的漆酶是微生物来源的酶。所述酶可来源于植物、细菌或真菌(包括丝状真菌和酵母)。来自真菌的合适实例包括来源于曲霉属(Aspergillus)、脉孢菌属(Neurospora)例如粗糙脉孢菌(N.crassa)、柄孢壳属(Podospora)、葡萄孢属(Botrytis)、金钱菌属(Collybia)、层孔菌属(Fomes)、香燕属(Lentinus)、侧耳属(Pleurotus)、栓菌属(Trametes)例如长绒毛栓菌(T.villosa)和变色栓菌(T.versicolor)、丝核菌属(Rhizoctonia)如立枯丝核菌(R.solani)、鬼伞属(Coprinopsis)例如灰盖鬼伞(C.cinereus)、毛头鬼伞(C.comatus)、费赖斯鬼伞(C.friesii)和裙纹鬼伞(C.plicatilis)、小脆柄燕属(Psathyrella)例如白黄小脆柄燕(P.condelleana),斑裙燕属(Panaeolus)例如蝶形斑裙燕(P.papiIionaceus)、毁丝霉属(Myceliophthora)例如嗜热毁丝霉(M.thermophila)、柱顶抱属(Scytalidium)例如嗜热柱顶抱(S.thermophilum)、多孔菌属(Polyporus)例如P.pinsitus、射脉菌属(Phlebia)例如福射射脉菌(P.radiata)(W092/01046)，或革盖菌属(Coriolus)例如毛革盖菌(C.hirsutus) (JP2238885)的菌株。来自细菌的合适实例包括来源于芽孢杆菌属(Bacillus)菌株的漆酶。优选来源于鬼伞属或毁丝霉属的漆酶；特别是来源于灰盖鬼伞或嗜热毁丝霉的漆酶。优选地，所述漆酶的氨基酸序列与SEQ ID NO:1所示的嗜热毁丝霉漆酶或SEQ ID NO: 2所示的灰盖鬼伞漆酶具有至少80%同一性，更优选至少85%，更优选至少90%，更优选至少95%，且最优选100%同一性。所述漆酶可进一步为由包括下述步骤的方法产生的漆酶:在允许所述漆酶表达的条件下在培养基中培养用重组DNA载体转化的宿主细胞，其中所述载体携带编码所述漆酶的DNA序列以及编码允许表达所述编码漆酶的DNA序列的功能的DNA序列，并从培养回收所述漆酶。在本发明的方法和用途的进一步的具体实施方案中，所述漆酶和/或呈现漆酶活性的化合物以 0.005-50ppm(mg/l)，或 0.01-40，0.02-30，0.03-25，0.04-20，0.05-15，
0.05-10，0.05-5，0.05-1，0.05-0.8,0.05-0.6，或 0.1-0.5ppm 的量使用。酶的量指 mg 酶蛋白。漆酶(LAMU)活性的确定
漆酶活性可根据在有氧条件下丁香醒连氮(syringaldazine)的氧化来确定。在530nm测量产生的紫色。分析条件为19mM 丁香醛连氮，23mM Tris/马来酸(盐)缓冲液，pH7.5，30°C，I分钟反应时间。一个漆酶单位(LAMU)为在该条件下每分钟催化1.0mmol 丁香醛连氮的转化的酶量。漆酶所需的氧源可为来自大气的氧或用于原位产生氧的氧前体。在许多工业应用中，来自大气的氧通常以充足量存在。若需要更多O2，可添加其它的氧，例如，作为加压的空气或纯的加压02。或者，可固有地存在氧前体如过氧化物和/或将其添加至流出物，且当其解离或还原时，提供了原位的氧源。可如下所述提供合适的过氧化物。讨氣化物酶根据本发明的过氧化物酶是酶分类ECl.11.1.7所包含的过氧化物酶，或任何由其来源的、呈现过氧化物酶活性的片段。优选地，根据本发明的过氧化物酶可由植物产生(例如辣根过氧化物酶(参见SEQID NO:4)或大豆过氧化物酶(参见SEQ ID NO: 5))或由微生物如真菌或细菌产生。在一个实施方案中，所述过氧化物酶的氨基酸序列与SEQ ID NO:5所示的大豆过氧化物酶或SEQID NO: 4所示的辣根过氧化物酶具有至少80%同一性，更优选至少85%，更优选至少90%，更优选至少95%，且最优选100%同一性。一些优选的真菌包括属于半知菌亚门(Deuteromycotina)、丝孢纲(Hyphomycetes),例如镰孢属(Fusarium)、腐质霉属(Humicola)、木霉属(Tricoderma)、漆斑菌属(Myrothecium)、轮枝抱属(Verticillum)、Arthromyces> Caldariomyces、单格抱属(Ulocladium)、 螺抱属(Embellisia)、枝抱属(Cladosporium)或 Dreschlera,特别是尖键抱(Fusarium oxysporum, DSM2672)、特异腐质霉(Humicola insolens)、里氏木霉(Trichoderma reesii)、抚抱漆斑菌(Myrothecium verrucana, IF06113)、黑白轮枝？包(Verticillum alboatrum)、大 _ 轮枝抱(Verticillum dahlia)、Arthromycesramosus (FERM P-7754)、Caldariomyces fumago、纸单格抱(Ulocladium chartarum)、Embellisia alii 或 Dreschlera halodes 的菌株。其它优选的真菌包括属于担子菌亚门(Basidiomycotina)、担子菌纲(Basidiomycetes),例如，鬼伞属、平革菌属(Phanerochaete)、革盖菌属(Coriolus)或栓菌属，特别是灰盖鬼伞f.微孢(Coprinopsis cinerea f.microsporus, IF08371)、长根鬼伞(Coprinus macrorhizus)、黄抱原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium,例如，NA-12)或栓菌属(原先称作多孔菌属)，例如，变色栓菌(T.versicolor，例如，PR428-A)的菌株。进一步优选的真菌包括属于接合菌亚门(Zygomycotina)、毛霉纲(Mycoraceae),例如，根霉属(Rhizopus)或毛霉属(Mucor),特别是冻土毛霉(Mucor hiemalis)的菌株。—些优选的细菌包括放线菌目(Actinomycetales),例如，类球形链霉菌(Streptomyces spheroides, ATTC23965)、热紫链霉菌(Streptomyces thermovioIaceus,IF012382)或 Streptoverticillum verticillium ssp.Verticillium ;的菌株。其它优选的细菌包括类球红细菌(Rhodobacter sphaeroides)、沼泽红单胞菌(Rhodomonas palustri)、乳酸链球菌(Streptococcus lactis)、Pseudomonaspurrocinia (ATCC15958)、突光假单胞菌(Pseudomonas f luorescens, NRRL B-11)和芽孢杆菌属菌株例如短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus, ATCC12905)和嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)。 进一步优选的细菌包括属于粘球菌属(Myxococcus),例如变绿粘球菌(M.virescens)的菌株。所述过氧化物酶可进一步为可通过下述方法产生的过氧化物酶:即在允许所述过氧化物酶表达的条件下在培养基中培养经重组DNA载体转化的宿主细胞，所述载体携带编码所述过氧化物酶的DNA序列，以及编码允许表达所述编码过氧化物酶的DNA序列的功能的DNA序列，并从培养回收所述过氧化物酶。具体而言，重组产生的过氧化物酶是来源于鬼伞属菌种(Coprinus sp.)(亦称作鬼伞属菌种(Coprinopsis sp.)),具体为长根鬼伞或灰盖鬼伞的过氧化物酶(参见例如SEQ ID NO:3)ο在本发明的上下文中，拥有过氧化物酶活性的化合物包括过氧化物酶和来源于细胞色素、血红蛋白或过氧化物酶的过氧化物酶活性片段。过氧化物酶活性的确定—个过氧化物酶单位(POXU)为在含有下述的混合物中在30°C每分钟催化一μ mo I过氧化氢的转化的酶量:0.1M磷酸盐缓冲液ρΗ7.0 ；
0.88mM过氧化氢；和L 67mM2, 2-联氮-二 (3_ 乙基苯并噻唑啉 _6_ 磺酸(盐))(2，2，-azino_bis (3_ethylbenzothiazoIine-6-sulfonate), ABTS)。反应持续60秒(在混合之后15秒)，并测量在418nm的吸光度的变化。吸光度应在0.15至0.30的范围内。在过氧化物酶活性的计算中，使用氧化的ABTS的吸收系数为Semir1Cnr1,而化学计量为每氧化二 μπιο ABTS对应一 μ mol H2O2转化。过氧化氢的来源过氧化物酶，或呈现过氧化物酶活性的化合物所需的过氧化氢的来源，可作为过氧化氢的水溶液或用于原位产生过氧化氢的过氧化氢前体提供。任何在溶解时释放可由过氧化物酶使用的过氧化物的固体物质可充当过氧化氢的来源。在溶解于水或合适的基于水的介质时产生过氧化氢的化合物，包括但不限于金属过氧化物、过碳酸盐、过硫酸盐、过磷酸盐、过氧酸、烷基过氧化物、酰基过氧化物、过氧酯、尿素过氧化物、过硼酸盐和过氧羧酸或其盐。另一种过氧化氢的来源是过氧化氢生成酶系统，如氧化酶连同氧化酶的底物。氧化酶和底物的组合的实例包括但不限于氨基酸氧化酶(参见例如US6，248，575)和合适的氨基酸，葡萄糖氧化酶(参见例如W095/29996)和葡萄糖，乳酸氧化酶和乳酸，半乳糖氧化酶(参见例如W000/50606)和半乳糖，和醛糖氧化酶(参见例如W099/31990)和合适的醛糖。通过研究ECl.1.3.-、ECl.2.3.-、ECl.4.3.-和 ECl.5.3.-，或类似的分类(根据International Union of Biochemistry),此类氧化酶和底物的组合的其它实例对于本领域技术人员可容易地识别。过氧化氢或过氧化氢的来源可在工艺开始时或在工艺过程中，例如，通常以对应于0.0OlmM至25mM的水平，优选0.005mM至5mM的水平，且特别是0.01至ImM的水平的过氧化氢的量来添加。过氧化氢亦可以以对应于0.1mM至25mM的水平,优选0.5mM至15mM的水平，更优选ImM至IOmM的水平，且最优选2mM至8mM的水平的过氧化氢的量来使用。可氧化的底物根据本发明的可氧化的底物充当对于酚氧化酶的电子供体和/或受体(能够参与用酚氧化酶进行的还原性和/或氧化性电子转移反应)。优选地，所述可氧化的底物充当对于酚氧化酶的电子供体。可氧化的底物的实例是酚和多酚。酹，亦称酹类(phenolics),为一类化学化合物,其组成为轻基基团(-0H)直接键合于芳香性烃基团。该类型最简单的是苯酚。酚可在同一个分子中具有两个或更多个羟基基团键合于芳香环。最简单的实例是三种苯二酚，每种在苯环上具有两个羟基基团。酚的其它实例包括邻、间、对甲酚，二甲酚(二甲基苯酚)，3_乙酚，苯胺。多酚是一种结构类型的天然的、合成的和半合成的有机化合物，其表征为存在大量重复的酚结构单元。多酚通常为具有500-4000Da的分子量，多于12个酚羟基基团，和每1000Da5-7个芳香环的具有温和水溶性的化合物；其中对于这些范围的限制是稍微灵活的。酚和多酚是酚氧化酶如漆酶和过氧化物酶的可氧化的底物。用漆酶或过氧化物酶进行的酚或多酚的酶氧化可导致这些底物的聚合。根据本发明的可氧化的底物的其它实例可选自下组:含有模块>N_0H的脂族、月旨环族、杂环族或芳香族化合物。在本发明的一个优选实施方案中，所述可氧化的底物是具有通式I的化合物:
Rl
R2
IjD
E3 ηΤ \
I OH
R4其中R1W, R4分别选自下组:氢，齒素，羟基，甲酰基，羧基及其盐和酯，氨基，硝基，CV12-烷基，CV6-烷氧基，羰基((V12-烷基)，芳基，特别是苯基，磺基，氨磺酰基，氨甲酰基，膦酰基，膦酰基氧，及其盐和酯，其中所述R1iR2iR3iR4可用R5取代，其中R5代表氢，卤素，羟基，甲酰基，羧基及其盐和酯，氨基，硝基，C1^12-烷基，C1^6-烷氧基，羰基((V12-烷基)，芳基，特别是苯基，磺基，氨磺酰基，氨甲酰基，膦酰基，膦酰基氧，及其盐和酯；[X]代表选自下述的基团:(-N=N-)，(-N=CR6-)m, (-CR6=N-)m, (-CR7=CR8-)m, (-CR6=N-NR7-), (-N=N-CHR6-),(-N=CR6-NR7-)，(-N=CR6-CHR7-)，(-CR6=N-CHR7-)，(-CR6=CR7-NR8-)，和(-CR6=CR7-CHR8-)，其中 R6，R7，和 R8 彼此独立选自 H, OH, NH2, C00H, SO3H, C1^6-烷基，NO2, CN, Cl, Br, F，CH2OCH3,OCH3,和 COOCH3 ;且 m 是 I 或 2。术语“(Vn-烷基”，其中η可为2至12，用于本文中代表支化或直链的烷基基团，其具有一至指定数量的碳原子。通常的Cu-烷基基团包括但不限于甲基，乙基，正-丙基，异-丙基，丁基，异丁基，仲丁基，叔丁基，戍基，异戍基，己基，异己基等。
在本发明的一个更优选的实施方案中，所述可氧化的底物是通式II的化合物:
权利要求
1.从含有硒氰酸(酯/盐)或亚硒酸(酯/盐)的水溶液去除硒氰酸(酯/盐)或亚硒酸(酯/盐)的方法，包括将所述水溶液与酚氧化酶和所述酚氧化酶所需的氧化剂相接触。
2.权利要求1的方法，其中所述水溶液含有可氧化的底物，其充当所述酚氧化酶的电子供体和/或受体。
3.权利要求1或2的方法，其中所述水溶液含有一种或多种酚或多酚。
4.权利要求1-3任一项的方法，其中所述水溶液含有酚。
5.权利要求1-4任一项的方法，其中所述酚氧化酶是漆酶，而所述氧化剂是氧。
6.权利要求1-5任一项的方法，其中所述漆酶的氨基酸序列与SEQID NO:1具有至少80%同一性。
7.权利要求1-4任一项的方法，其中所述酚氧化酶是过氧化物酶，而所述氧化剂是过氧化氢。
8.权利要求1-7任一项的方法，其导致元素硒，Se(VI)盐如硒酸盐，和/或有机硒化合物的形成。
9.权利要求1-8任一项的方法，其中所述水溶液是工业流出物或废水或工艺水。
10.权利要求1-9任一项的方法，其中所述水溶液是来自烃加工工业的工艺水，如“酸性污水”、“汽提酸性污水”或“酸性污水汽提塔底”。
11.权利要求1-10任一项 的方法，其中所述水溶液是来自烟道气脱硫单元的流出物。
12.权利要求1-11任一项的方法，其中所述水溶液的pH为5至9的范围。
13.权利要求1-12任一项的方法，其中所述水溶液的温度为30°C至80°C的范围。
14.酚氧化酶和所述酚氧化酶所需的氧化剂用于从水溶液去除硒氰酸(酯/盐)或亚硒酸(酯/盐)的用途。
15.权利要求14的用途，其中所述酚氧化酶是漆酶，而所述氧化剂是氧源。
全文摘要
本发明涉及从工业流出物(来自烃加工工业的工艺水，酸性污水、烟道气脱硫)去除硒氰酸(酯/盐)或亚硒酸(酯/盐)的方法，即，将所述水性流出物与酚氧化酶(过氧化物酶、漆酶)和合适的氧化剂(过氧化氢、氧)相接触相接触。所述方法导致元素硒，Se(VI)盐和/或有机硒化合物，如硒酸(酯/盐)的形成。酚氧化酶用于从水溶液去除硒氰酸(酯/盐)或亚硒酸(酯/盐)的用途。
文档编号C02F3/34GK103209934SQ201180054708
公开日2013年7月17日 申请日期2011年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者G.C.德洛齐尔, H.伦德 申请人:诺维信公司