生物酶在废水处理应用中的研究进展.doc

生物酶在废水处理应用中的研究进展摘 要: 利用生物酶技术处理废水不会造成二次污染, 具有高效、环保、成本低等优点, 已成为当前废水处理研究的热点。本文介绍了生物酶技术和固定化酶技术在废水处理中的应用进展, 并对固定化酶技术应用在废水处理中做了展望。关键词: 生物酶; 废水处理; 固定化酶; 应用进展Abstract: Bio- enzyme w as used in waste water treatment techno logy would not cause secondary pollution, and had advantages of efficient environmentally and low cost which became a hotspot in the research of waste water treatmentThe progress of waste water treatment with bio- enzyme techno logy and immobilized enzyme techno logy w as introduced,and immobilized enzyme technology for waste water treatment w as prospected.水是人类及一切生物赖以生存的重要物质, 随着经济的发展, 人口不断增长, 城市日渐增多和扩张, 用水量也不断增多。据联合国估计, 1900年, 全球用水量只有4 000 亿m3 /a, 1980年为30 000亿m3 / a, 1985年为39 000亿m3 /a, 到2000年, 需水量增加到60 000亿m3 /a, 其中以亚洲用水量最多, 达32 000 亿m3 /a。2000年, 中国需水量为6 814亿m3, 有人预计到2030年全国用水量7 192亿m3。地球上水资源分布很不均匀, 各地降水量差异也很大, 工业生产中产生的工业废水以及生活污水造成水资源的污染, 加剧了水资源的供需矛盾。废水处理方法有物理法、化学法及生物法 1 。物理法是利用物理作用处理、分离和回收废水中的污染物, 如过滤法可除去水中的悬浮颗粒; 蒸发法用于浓缩废水中不挥发性的可溶性物质等。化学法是利用化学反应或物理化学作用回收可溶性废物或胶体物质, 如萃取法利用可溶性废物在两相中溶解度不同的 分配, 回收酚类、重金属等。生物法包括微生物法和生物酶法, 微生物法是利用微生物的生化作用处理废水中的有机物。如生物过滤法和活性污泥法用来处理生活污水或有机生产废水, 使有机物降解成无机盐而得到净化。生物酶法是利用酶的催化作用来加速降解有机物的反应。常规水处理工艺采用杀菌剥离、酸洗预膜、排污置换处理。而采用生物酶技术可在不置换、不排污的条件下, 对设备及管网进行除油、净化、清洗和保护处理, 运行费用约为常规处理方法的3%, 并可节省大量的清洗和置换用水 2。生物酶技术条件温和, 效率高, 成本低, 近年来成为水处理应用研究的热点。1 生物酶处理废水的作用机理生物酶是一种能力巨大的催化剂, 酶可以作用于污染物质中复杂的化学链, 将其降解为小分子有机物或CO2、H2O 等无机物, 有机物的处理则通过酶反应形成游离基, 游离基发生化学聚合反应生成高分子化合物沉淀, 经过滤即可除去。与其他微生物处理方法相比, 酶技术的应用具有催化效率高、反应条件温和、对设备要求低、反应速度快等优点。2 生物酶技术在废水处理中的进展传统的物理和化学方法处理废水时, 对污染物的去除不够理想, 还会造成二次污染。国内外许多学者致力于将生物技术和环境工程技术相结合的新技术体系来解决废水处理问题, 酶技术的应用是环境生物技术应用中的重要部分, 相比而言, 生物酶技术处理废水既环保又降低了重复污染。印染废水污染重, 气味大, 对环境破坏严重, 1980年K libanov等 3- 4首先将辣根过氧化物酶(HRP) 用于处理酚类和苯胺类废水。张丹等 5 研究了用HRP处理酚和氯酚时的催化特性,HRP对某些酚的去除率达99%, 但因HRP成本高、原料来源有限, 至今未能实际应用。大豆种皮过氧化物酶( SBP)是引起关注的新酶源, 热稳定性好, 作用pH 范围宽, 酶源丰富, 贮运方便。Pokora等6 在室温条件下用大豆种皮过氧化物酶处理3, 5- 二甲氧基酚溶液, 酚去除率为93%。Sakai等 7 用能分泌溶菌酶的嗜热菌来溶解污水处理厂的剩余活性污泥, 污泥被大量溶解, 然 22 广州化工 2011年 39卷第 8期后循环打人曝气池中进一步无机化。游离酶投放到废水中即溶于溶液, 随废水流失, 无法回收再利用, 这就增加了成本投入, 且酶活性会受其他污染物影响而降低, 不利于工业化推广应用。Erhan等 8 在25 , pH 为7. 6 条件下将酶固定到聚酰胺膜上用于去除水中的邻苯二酚和苯酚,固定化酶的稳定性高于游离酶, 酶活性保持在70%以上。Gom ez等 9 将大豆种皮过氧化物酶( SBP)和辣根过氧化物酶( HRP) 通过戊二醛固载到玻璃珠上, 每克载体固定的蛋白量分别为34. 9m g和18. 3 mg, 活性产率分别为74%和78%, 固定化酶可以重复利用, 大大降低了运营成本。Peng 等 10 将溶菌酶吸附到纳米磁性颗粒Fe3O4 上, 在其等电点pI= 11. 1时, 溶菌酶最大吸附量为4. 65 m g /mL, 酶活力保持在88%。M atthew 等在甲醇中将溶菌酶和醋酸银混合形成稳定的银胶体纳米颗粒 11 。该颗粒经过活力和抗菌试验显示了仍具有酶的水解功能, 可有效地抑制芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌等的生长。该结果增强了生物纳米材料的功能性, 可以应用在处理水中的细菌方面, 重复利用率高, 无毒副作用。M cshane利用聚合电解质微胶囊采用层层自组装方式固定化酶 12 , 为包埋酶和蛋白质提供了一种高效, 易操作的方法, 该研究有望将电化学和酶技术结合应用于环境工程中。3 结 论酶技术应用在废水处理中是一种很有潜力的方法, 但是酶在高温、强酸条件下稳定性差, 易失活, 酶活性易受到废水中污染物的影响, 不能重复利用。固定化酶技术突破了这一技术难题, 提高了酶的使用效率, 降低了处理废水的成本, 必然会受到越来越多人的关注, 在工业生产中有极大的推广价值。在今后的应用中, 寻找新的, 能提高酶活性的固定化载体将成为研究的热点。参考文献 1 孙成俊, 王艳勇. 对氨基酚生产废水处理的研究状况 J . 化工环保, 2001, 21( 5) : 270- 273. 2 宋爽英. 循环水处理中的生物酶技术及应用 J . 工业用水与废水,2005, 36( 3) : 22 - 23. 3 Klibanov. A M, Albert.i B. N, Morris. E. D, et a.l Enzyme at icrem oval oftoxic phenols and an illness from waste waters J . J. App .l Brioche,1980, 2: 414 - 421. 4 Klibanov. A. M, Morris. E. D. Horseradish peroxides for the removal of carcinogenic aromatic amines from water J . Enzyme Microbe Techno, l1981, 3 ( 2) : 119 - 122. 5 张丹, 赵庆祥, 黄慧, 等. 辣根过氧化物酶处理酚和氯酚的催化特性研究 J . 环境科学, 1998, 19 ( 1) : 25 - 29. 6 Pokora. A. R, John son. M. A. Soybean peroxides treatment of contaminated substances. US Pat App,l US 5178762. 1993. 7 Saka.i Y, Aoyag.i T, Shiota. N, et a.l Complete decompose it ion of biologyIcal waste sludge by thermopiles carob ic bacteria J . Water Scienceand Technology, 2000, 42( 9 ) : 81- 88. 8 Erhan. E, Kesk in ler. B, Akay. G, Algu r. O. F. Rem ova l of phenol fromwater by membrane- immobilized enzymes: Part I. Dead - end filtration J . Journal of Membrane Science, 2002, 206 ( 1- 2) : 361 - 373. 9 Gomez. J. L, Bodalo. A, Gomez. E, et a.l Immobilization of peroxideson glass beads: an improved alternative for phenol removal J. Enzymeand Microbial Technology, 2006, 39( 5 ): 1 016- 1 022. 10 Peng. Z. G, Hidajat. K, Udd in. M. S. Adsorption and desorpt ion of Lysolzyme on nano- sized magnet ic particles and its conform at ional changes J . Colloid s and Surfaces B: Biointerfaces, 2004, 35: 169- 174. 11 Matthew. D. E by, Schaeub lin. N. M, Farrington. K. E, et a.l LysozymeCatalyzes