固定化酶作为一种生物催化剂应用于污水处理,已经有相当长的时间。长期以来,由于受酶的品种与价格的制约,酶在环保工程上的研究与应用一直处于迟缓的状况。
福州晨翔环保工程有限公司针对这一问题,提供了一种用于污水修复的固定化酶固体组合物及其制备方法。该制备方法生产工艺简单,材料易得,可利用经分选及处理后的建筑工业下脚料、建筑垃圾与酶制剂混合,通过破碎—混合—搅拌—静置—成型等工序制得产品,成本低。酶活性稳定,使用寿命长,并可再生循环使用。
固定化酶固体组合物用于污水修复中的固定化床式,根据反应器的特性制成不同的规格与形状,其横截面与固定化床式形成相应的几何型形状,微孔结构与外型尺寸可根据处理对象的水质与水量等特征以及酶制剂的生物特性来进行设计与制备。
固定化酶固体组合物的制备材料主要为无机载体、生物酶制剂、结合剂、添加剂,生产设备主要为免烧砖机。其中,无机载体为陶瓷粒、建筑垃圾、浮石、多孔玻璃、活性炭、酸性白土、高岭石、氧化铝、硅藻土或膨润土中的一种或多种;生物酶制剂是纤维素酶、酯酶、蛋白酶、木聚糖酶或过氧化物酶中的一种或几种,生物酶制剂为液状、粉状或颗粒状。本研究采用的国产酶制剂,酶活力为1000~2000u/mg;添加剂为松香皂、辅助添加剂或结合剂中的一种或几种;结合剂为膨润土或木质素;免烧砖机,采用国内厂家生产的机型,根据生产规模的大小配套砖机或采用自制木结构或钢架等成型模具。
按照各原料组成的重量配比称取各组分;根据所处理污染物的特性,精选酶制剂进行提纯和复配;对无机载体材料进行破碎,破碎的粒径为3~5mm,以增加免烧结强度,按照重量配比加入:无机载体60%、粉煤灰10%、生物酶制剂15%、氧化钙膨胀剂0.5%、其它添加剂10%;混合搅拌物料,搅拌速度在10~20r/min,搅拌时间在30~60min;静置硝化;在常温状态下,将混合后的半成品物料静置1~2h,含水率控制在20%~25%;通过免烧砖机或者预先制作的成型模具将物料压制成型,干燥或者自然风干,即得到固定化酶固体组合物产品。
用该方法制备的固定化酶固体组合物具有一定的几何形状并含有50%以上的正态分布微孔,呈青灰色或淡黄色,无毒无害无气味,酶活力≥2000u/mg,抗压强度为1.5~1.8MPa,浸泡在水中不易崩解,空隙率为10%~30%,透水性为0.5~1
固定化酶复合材料用于平流式、升流式、混流式净水反应池。
按上述具体实施方法,称取组合物原料配比为:建筑垃圾(粒径3~5mm)70%、粉煤灰20%、松香皂0.5%、氧化钙膨胀剂0.5%、2000u/ml酶液9%。加适量水,混合搅拌物料,搅拌速度为10~20r/min,搅拌时间为30~60min,然后静置硝化,再混合搅拌均匀,使泥料的含水率为22%,常温下静置1~2h,送入免烧砖机压制成型,自然风干,制得该产品。
将上述组合物用于废水处理时,首先将这种大小为36×24×12(cm)的块状组合物填充于池体生物反应器内,采用平流式反应器,废水在反应器内的停留时间为30 min,采用单级处理印染废水、造纸废水(洗浆水)、及生活废水得到的污染物降解结果如下:
(1)印染废水
进水水质:COD1500mg/L、BOD300 mg/L、色度500、水温50。C、SS300 mg/L、PH值8.2。处理后出水水质:COD500mg/L、BOD100 mg/L、色度50、SS100 mg/L、PH值7.2。
(2)造纸废水(洗浆水)
进水水质:COD1500mg/L、BOD300 mg/L、SS1000 mg/L、PH值8.2。处理后出水水质:COD400mg/L、BOD100 mg/L、SS100 mg/L、PH值7.0。
(3)生活废水
进水水质:COD400mg/L、BOD250 mg/L、NH3-N50 mg/L、SS300 mg/L、PH值6.5。处理后出水水质:COD100mg/L、BOD60 mg/L、NH3-N15 mg/L、SS70 mg/L、PH值6.9。
固定化酶复合材料可广泛应用于污、废水处理工程,是一种经济实用,而且应用前景广阔的新型环保材料,具有综合交叉学科集成创新的特点,其优点如下:
(1)该产品置于固定床式生物反应器时,不需经任何化学处理,床层阻力小,几何比表面积大,组合物中的酶分子与微孔中的产生菌体能共存并增殖,且不易脱落,不仅可适用于小规模的生活污水及有机工业废水的处理,还可适用于大面积的江河污染水源的修复与再生。
(2)组合物中选用的各酶种,经过提纯、复配、处理,酶活性高、效果好。
(3)载体的原材料可利用建筑垃圾及粉煤灰等下脚料,原料易得,价格便宜,变废为宝,与酶的结合固定化效果好,酶活性稳定,使制得的产品具有质量稳定、产量高、成本低、工业化生产便利等优点。提供了一种新的固定化酶的制备方法。
(4)整个制备工艺可在常温下进行,有效地解决了酶制剂对温度、PH条件耐受力差的问题,大大简化了制作工艺。
(5)创造性地将建筑材料工业生产上的免烧结技术与免烧砖机作为本研究中固定化酶复合材料成型与干燥的工艺。解决了酶的固定化程度受温度干扰的问题,且生产工艺稳定,工业化生产效率高。单次成型周期为30~60S。
(6)制备材料可放置在酶反应器中,并可根据处理对象及污染物的特性,进行单级或多级处理,工艺简单灵活,运行可靠安全。
(7)生产制备的固定化酶固体组合物的酶活性保存期长,不易吸潮变质,便于使用和贮藏。