申请日2018.07.17
公开(公告)日2018.12.07
IPC分类号C02F3/34; C02F101/30
摘要
本发明提供一种酶膜反应器，包括微孔滤膜、固定化酶，所述固定化酶包括辣根过氧化物酶，所述辣根过氧化物酶通过包埋剂固定在微孔滤膜上。本发明还提出应用所述的酶膜反应器处理废水的方法。本发明具有以下技术优势：反应活性高，反应速度快，10min基本可完成反应;反应条件温和，设备在常温常压下进行;酶固定化方法简单，制作成本低;酶膜的稳定性好，酶不易流失，膜不易堵塞，使用寿命长;可处理苯酚类、偶氮类等多种污染物，适用范围广;只需添加少量双氧水，处理成本低;无需添加有毒有害化学药剂，不会造成环境二次污染。
权利要求书
1.一种酶膜反应器，其特征在于，包括微孔滤膜、固定化酶，所述固定化酶包括辣根过氧化物酶，所述辣根过氧化物酶通过包埋剂固定在微孔滤膜上。
2.根据权利要求1所述的酶膜反应器，其特征在于，所述微孔滤膜的孔径为0.1～1.2μm，单位面积微孔滤膜上所述辣根过氧化物酶的固定量为10～80u/cm2。
3.根据权利要求1或2所述的酶膜反应器，其特征在于，通过以下操作制备而得：
配制的海藻酸钠水溶液、辣根过氧化物酶溶液，将配制好的海藻酸钠溶液和辣根过氧化物酶溶液混合，将混合液涂覆在微孔滤膜上，再放到氯化钙溶液里静置。
4.根据权利要求3所述的酶膜反应器，其特征在于，所述海藻酸钠水溶液的浓度为0.1～0.5g/L，辣根过氧化物酶溶液的浓度为500～5000u/mL，所述辣根过氧化物酶溶液中加有缓冲盐，所述缓冲盐的浓度为1-50mmol/L;海藻酸钠溶液和辣根过氧化物酶溶液混合的体积比为1：(0.5～2)。
5.根据权利要求1～4任一项所述的酶膜反应器，其特征在于，通过以下操作制备而得：
配制海藻酸钠水溶液和辣根过氧化物酶溶液，辣根过氧化物酶溶液中含有浓度为10mmol/L的磷酸盐;将配制好的海藻酸钠溶液和辣根过氧化物酶溶液等体积混合均匀，再将混合液涂覆在尼龙膜片的两面上，静置5-20min，再放入到0.1mol/L的氯化钙溶液里静置10-30min;最后在去离子水中静置2-3h后备用。
6.应用权利要求1～5任一项所述的酶膜反应器处理废水的方法，其特征在于，将含有有机污染物的废水通过所述酶膜反应器，收集透过酶膜反应器的出水;所述有机污染物为酚类、偶氮类化合物、苯胺、苯胺衍生物、多环芳烃化合物中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将废水与氧化剂混合，通过所述酶膜反应器;所述氧化剂为H2O2;按氧化剂中的氧原子计，有机污染物与氧化剂的摩尔比为1：(2-10)。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进入酶膜反应器的废水pH值为6～8。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过所述酶膜反应器处理水的通量为50～500L/m2h，压差为0.05～0.1MPa。
10.根据权利要求6～9任一项所述的方法，其特征在于，处理废水的设备包括所述的酶膜反应器、泵、废水容器、进水管、回水管、出水管;所述废水容器通过进水管和泵连接至所述酶膜反应器的一侧;同一侧还设置有回水管;所述酶膜反应器的另一侧设置所述出水管;所述出水管和回水管均连接至所述废水容器。
说明书
一种酶膜反应器及应用其处理废水的方法
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种含有有机污染物的废水的处理装置及处理方法。
背景技术
随着工业的迅速发展，各种难降解废水日益增加。特别是各类工业排出的大量的工业废水对环境得日益严重。酚类、苯胺、染料等废水是一种有毒污染物且污染范围广的工业废水，对人体、水体、鱼类及农作物带来严重危害。近年来研究者开发了各种处理手段，目前常用的处理方法如反渗析法、液膜法、超过滤法、中和法、沉淀法、氧化法、还原法、电解法、微生物处理法等，但这些方法在降解过程中并不能达到理想的效果。
过氧化物酶具有高稳定性，选择性，催化活性和低毒性的独特性能，已被广泛用于生物化学，化学，制药应用，医药和工业。同时，许多研究人员对水中酚类、偶氮类化合物的酶聚合进行了广泛的研究。已经表明，过氧化物酶能够与含水酚类、苯胺、偶氮类化合物反应形成水相不溶物质，从而通过沉淀、过滤等方式从废水中去除。辣根过氧化物酶是用于苯酚、苯胺、它们的衍生物和一系列新的多环芳烃化合物聚合的最广泛使用的生物催化剂。辣根过氧化物酶可以催化H2O2氧化降解酚类、苯胺、偶氮类化合物等污染物，它以H2O2作为电子受体,转移催化污染物的氧化反应过程。但是这些过程会产生酶失活和酶的流失的问题。因此，为了保持酶的活性并实现酶的重复利用，人们研究不同的酶固定化方法，从而提高降低废水处理成本。
然而，关于酶聚合反应和膜过滤组合方式的研究较少，该研究方向的核心难点在于如何保持较好的酶活性和膜通量，同时实现固定化酶膜的稳定性和较长使用寿命。
发明内容
为了保持较好的酶活性和较高的膜通量，同时提高固定化酶膜的稳定性和使用寿命，本发明第一个目的是提供一种酶膜反应器。
本发明的另一目的是提出应用所述的酶膜反应器处理废水的方法。
实现本发明上述目的的技术方案为：
一种酶膜反应器，包括微孔滤膜、固定化酶，所述固定化酶包括辣根过氧化物酶，所述辣根过氧化物酶通过包埋剂固定在微孔滤膜上。
进一步地，所述微孔滤膜的孔径为0.1～1.2μm，单位面积微孔滤膜上所述辣根过氧化物酶的固定量为10～80u/cm2。
所述的酶膜反应器可采用已有的方法制备;在此提供一种优选制备方案。其通过以下操作制备而得：
配制的海藻酸钠水溶液、辣根过氧化物酶溶液，将配制好的海藻酸钠溶液和辣根过氧化物酶溶液混合，将混合液涂覆在微孔滤膜上，再放到氯化钙溶液里静置。
其中，所述海藻酸钠水溶液的浓度为0.1～0.5g/L，辣根过氧化物酶溶液的浓度为500～5000u/mL，所述辣根过氧化物酶溶液中加有缓冲盐，所述缓冲盐的浓度为1-50mmol/L;海藻酸钠溶液和辣根过氧化物酶溶液混合的体积比为1：(0.5～2)。
所述的酶膜反应器，更优选地，通过以下操作制备而得：
配制海藻酸钠水溶液和辣根过氧化物酶溶液，辣根过氧化物酶溶液中含有浓度为10mmol/L的磷酸盐;将配制好的海藻酸钠溶液和辣根过氧化物酶溶液等体积混合均匀，再将混合液涂覆在尼龙膜片的两面上，静置5-20min，再放入到0.1mol/L的氯化钙溶液里静置10-30min;最后在去离子水中静置2-3h后备用。
应用所述的酶膜反应器处理废水的方法为，将含有有机污染物的废水通过所述酶膜反应器，收集透过酶膜反应器的出水;所述有机污染物为酚类、偶氮类化合物、苯胺、苯胺衍生物、多环芳烃化合物中的一种或多种。
其中，将废水与氧化剂混合，通过所述酶膜反应器;所述氧化剂为H2O2;按氧化剂中的氧原子计，有机污染物与氧化剂的摩尔比为1：(2-10)。
其中，处理废水的设备包括所述的酶膜反应器、泵、废水容器、进水管、回水管、出水管;所述废水容器通过进水管和泵连接至所述酶膜反应器的一侧;同一侧还设置有回水管;所述酶膜反应器的另一侧设置所述出水管;所述出水管和回水管均连接至所述废水容器。
位于酶膜反应器同一侧的进水管和回水管可以分设于酶膜反应器的上下两端、或者左右两端。
本发明提供的辣根过氧化物酶的固定方法、以及处理废水的酶膜反应器技术，具有以下技术优势：
1.反应活性高，反应速度快，10min基本可完成反应;
2.反应条件温和，设备在常温常压下进行;
3.酶固定化方法简单，制作成本低;
4.酶膜的稳定性好，酶不易流失，膜不易堵塞，使用寿命长;
5.可处理苯酚类、偶氮类等多种污染物，适用范围广;
6.只需添加少量双氧水，处理成本低;
7.无需添加有毒有害化学药剂，不会造成环境二次污染。