CN108585215A - 一种高效复合酶污水处理装置及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于污水处理技术领域，特别地，涉及一种高效复合酶污水处理装置及工艺。本发明所述的高效复合酶污水处理装置，利用复合酶对污水中的有机物等可降解物进行，以多孔的堇青石蜂窝陶瓷为载体，并利用浸渍负载法将所述酶制剂负载于所述多孔载体上进行固定化，整个负载过程中，是在选定离子液体条件下进行浸渍负载，所述离子液体除了作为溶剂之用外，还起到交联剂的作用，使得所述酶制剂能够更为稳固的负载于所述多孔载体的孔隙中，固定化效果更佳，所述固定化酶能够多次使用而其效率依然不降低。

Description

一种高效复合酶污水处理装置及工艺
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，特别地，涉及一种高效复合酶污水处理装置及工艺。
背景技术
随着经济的发展和环保形势的日益严峻，污水治理及利用成为了环保领域的永恒话题，也促进了污水治理技术的大力发展。
膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor，MBR)，是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术，其以膜组件取代传统生物处理技术末端二沉池，在生物反应器中保持高活性污泥浓度，提高生物处理有机负荷，从而减少污水处理设施占地面积，并通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量。MBR工艺，即是现代膜分离技术与生物技术有机结合的一种新型废水生物处理技术，也称膜分离活性污泥法。它利用膜分离装置将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质有效截留，替代二沉池，使生化反应池中的活性污泥浓度，即生物量大大提高；将难降解的大分子有机物质截留在反应池中不断反应、降解。因此，膜生物反应器工艺通过膜分离技术大大提高了生物反应器的处理效率，与传统的生物处理工艺相比，具有生化效率高、抗负荷冲击能力强、出水水质好且稳定、占地面积小、排泥周期长、易实现自动控制等优点，是目前在高浓度有机废水处理、中水回用处理等领域最有前途的废水生物处理技术之一。
然而，MBR工艺也存在一些缺陷，主要表现在由于膜污染引起膜上结垢，进而导致膜的使用寿命短、费用高和充曝气所用能量消耗较高的问题。这些缺点制约了该技术在环境工程领域的推广。
如中国专利CN101624253A公开了一种高效复合酶污水处理工艺及装置，其在进行膜分离步骤前，利用复合酶对污水进行前期处理，对大部分污染物和有机物进行酶催化降解，大大减轻了膜分离步骤中膜组件的过滤压力，有效减少了膜组件的污染问题。但是，该装置中采用的固定化复合酶制剂为通过物理吸附方法直接负载于多孔载体上，其负载稳定性限制了酶制剂的重复利用，而且，由于酶的底物专一性限制，仍然有大量无法催化降解的杂质，对于膜组件的污染压力依然较大。
发明内容
本发明提供了一种高效复合酶污水处理装置及工艺。
为实现上述目的，本发明提出了一种高效复合酶污水处理装置，包括对污水进行降解及过滤的反应池；所述反应池内沿污水的流动方向分别设有复合酶降解区和膜组件分离区，所述反应池的底部还设置有曝气管；所述复合酶降解区内设置有固定化复合酶，所述固定化复合酶是以多孔颗粒为载体，并在离子液体溶剂存在下对复合酶制剂进行浸渍吸附所得。
所述多孔颗粒为堇青石蜂窝陶瓷。
所述复合酶制剂为水解酶、裂解酶、氧化还原酶、漆酶、酯酶、过氧化物酶的混合物。
所述水解酶、裂解酶、氧化还原酶、漆酶、酯酶、过氧化物酶的质量比为1：1：1：1：1：1。
所述离子液体为N,N,N’,N’-四甲基-N”-甲基-N”-丁基胍四氟硼酸盐离子液体。
所述的高效复合酶污水处理装置，所述固定化复合酶按照如下方法制得：
(1)取选定量的所述复合酶制剂，与离子液体溶剂混合，制得负载液；
(2)取选定的所述多孔颗粒置于所得负载液中，进行浸渍吸附1-3h；
(3)将负载后的所述多孔颗粒进行低温干燥，即得。
所述步骤(2)中，还包括以烷基类化合物对所述多孔颗粒进行活化的步骤。
所述膜组件为中空纤维多孔膜。
所述装置还包括与所述反应池相连接的回用水池。
本发明还公开了一种高效复合酶污水处理工艺，包括利用所述的装置进行污水的处理的步骤。
本发明所述的高效复合酶污水处理装置，利用复合酶对污水中的有机物等可降解物进行，以多孔的堇青石蜂窝陶瓷为载体，并利用浸渍负载法将所述酶制剂负载于所述多孔载体上进行固定化，整个负载过程中，是在选定离子液体条件下进行浸渍负载，所述离子液体除了作为溶剂之用外，还起到交联剂的作用，使得所述酶制剂能够更为稳固的负载于所述多孔载体的孔隙中，固定化效果更佳，所述固定化酶能够多次使用而其效率依然不降低。
本发明所述高效复合酶污水处理装置，能有效提高有机物的降解能力，有益于抵抗膜组件污染，减缓并控制MBR工艺中膜污染的产生，减少膜通量的降低，延长清洗时间。
高效复合酶催化-膜生物反应器污水处理工艺及装置的复合生物酶能保持长久的高效率，可促进反应器中优势菌种的繁殖产生，高效复合生物酶可以长期使用。
附图说明
图1是本发明实施例3所述高效复合酶污水处理装置的结构示意图；
图2是本发明实施例4高效复合酶污水处理装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1离子液体的合成
本发明所需的离子液体为N,N,N’,N’-四甲基-N”-甲基-N”-丁基胍四氟硼酸盐离子液体，其合成方法包括如下步骤：
(a)取0.30mol四甲基脲溶于60mL甲苯中，在氮气保护和搅拌条件下滴入新蒸的0.32mol POCl3，于60℃下反应20小时后在3℃下用170mL CH2Cl2稀释反应体系，缓慢滴入1.27mol正丁胺，升温至55℃后回流30小时，在冰浴冷却下滴入质量百分数为35％的NaOH溶液至使体系显示中性，反应混合物用170mL CH2Cl2萃取，合并有机相，用无水Na2SO4干燥48小时后过滤，蒸除溶剂，残液经减压蒸馏得0.17mol N,N,N’,N’-四甲基-N”-丁基胍(MBuTMG)。FTIR(KBr)：υmax：2927，2870，1625，1494，1454，1363，1145cm-1；
(b)取0.30mol所得BuTMG溶于精制的20mL乙腈中，在冰水浴冷却和氮气保护下，滴入新蒸的0.30mol碘甲烷与20mL乙腈混合液，待体系温度恢复至室温后继续搅拌反应12小时，蒸除反应体系中的乙腈，残液用乙酸乙酯洗涤2次，真空抽去体系中的乙酸乙酯后即制得0.24mol目标产物N,N,N’,N’-四甲基-N”-甲基-N”-丁基胍碘盐([MBuTMG]I)。FTIR(KBr)：υmax：2956，2873，1586，1470，1408，1255，1155，900cm-1；
(c)取0.30mol[MBTMG]I溶于50mL蒸馏水中，搅拌下滴加50mL含有0.30mol NaBF4的水溶液，于室温搅拌1小时，分出油层，将其溶于100mL CH2Cl2中，用100mL蒸馏水洗涤，用无水Na2SO4干燥有机相，蒸除溶剂即得0.27mol目标产物N,N,N’,N’-四甲基-N”-甲基-N”-丁基胍四氟硼酸盐离子液体([MBTMG]BF4)。FTIR(KBr)：υmax：2958，2873，1582，1468，1408，1255，1155，1084，900cm-1。
实施例2固定化复合酶的制备
本发明所需的固定化复合酶按照如下方法合成制得：
(1)取质量比为1：1：1：1：1：1的水解酶、裂解酶、氧化还原酶、漆酶、酯酶、过氧化物酶(均为液体酶剂)混合，与实施例1制得的离子液体溶剂混合，制得复合酶活力单位为2000U/mL的负载液；
(2)选用体积密度2.00-2.5g/cm3、比表面积100-700m2/m3、吸水率5-45％、空隙率60-85％、耐压强度8-20kg/cm2、耐温度100℃以上、具有特定形状的堇青石蜂窝陶瓷，以烷基类化合物为活化剂，将已用无离子水清洗过的陶瓷浸泡于0.8-3wt％的活化剂溶液中，活化3-5小时，用无离子水清洗后，自然风干或抽干，随后将活化后的所述堇青石蜂窝陶瓷置于所得负载液中，进行浸渍吸附1-3h，所述堇青石蜂窝陶瓷以刚好完全浸没于所述负载液为准；
(3)将负载后的所述多孔颗粒进行低温(低于40℃)干燥，即得。
实施例3高效复合酶污水处理装置
参看图1所示，本发明所述高效复合酶污水处理装置包括对污水进行降解及过滤的反应池以及回用水池5，所述反应池的一侧设置有污水进水管1，污水经所述污水进水管1进入所述反应池进行处理，所述反应池经水泵4与所述回用水池5相连接。所述反应池内，沿所述污水的流动方向，依次包括复合酶降解区2和膜组件分离区，所述反应池的底部还设置有曝气管6，所述曝气管6与鼓风机7相连接，所述复合酶降解区2内设置有固定化复合酶进行污水有机物的催化降解，所述固定化复合酶为实施例2中制得的固定化复合酶，所述膜组件分离区内设置有膜组件3(中空纤维多孔膜)，用于非降解杂质的过滤。
所述高效复合酶污水处理装置采用钢筋混凝土结构，地埋或半地埋设置，净尺寸为7000×4000×3500mm。
实施例4高效复合酶污水处理装置
参看图2所示，本发明所述高效复合酶污水处理装置包括对污水进行降解及过滤的反应池以及回用水池5，所述反应池的一侧设置有污水进水管1，污水经所述污水进水管1进入所述反应池进行处理，所述反应池经水泵4与所述回用水池5相连接。所述反应池内，沿所述污水的流动方向，依次包括复合酶降解区2和膜组件分离区，所述复合酶降解区2与所述膜组件分离区为间隔设置的区域，所述复合酶降解区2与所述膜组件分离区之间通过加压泵9相连，用以将污水从复合酶降解区2送入膜组件分离区，且所述复合酶降解区2与所述膜组件分离区之间还设有浓缩液回流管道8。所述复合酶降解区2的底部还设置有曝气管6，所述曝气管6与鼓风机7相连接，所述复合酶降解区2内设置有固定化复合酶进行污水有机物的催化降解，所述固定化复合酶为实施例2中制得的固定化复合酶，所述膜组件分离区内设置有膜组件3(中空纤维多孔膜)，用于非降解杂质的过滤。
所述高效复合酶污水处理装置采用钢筋混凝土结构，地埋或半地埋设置，净尺寸为7000×4000×3500mm。
实施例5高效复合酶污水处理工艺
本实施例所述高效复合酶污水处理工艺，利用实施例3所述的高效复合酶污水处理装置进行污水的处理。
待处理的污水(印染废水)经过格栅去除悬浮物等大块颗粒后进入调节池，调节池主要进行水量调节及水质均衡，同时也对泥沙等较重颗粒预沉，调节池中污水经潜污泵提升至实施例3所述的高效复合酶污水处理装置进行污水的处理。
印染废水进水水质：CODcr 2000mg/L，BOD5 600mg/L，色度500，水温50℃，SS1000mg/L，pH值8.2。
经本实施例所述装置处理后，经检测，出水水质：CODcr 300mg/L，BOD5 100mg/L，色度10，SS 100mg/L，pH值7.1。
处理能力为3000m3/d，同时，所述固定化复合酶可连续使用30-40批次的污水处理过程，且处理能力无下降。
实施例6高效复合酶污水处理工艺
本实施例所述高效复合酶污水处理工艺，利用实施例3所述的高效复合酶污水处理装置进行污水的处理。
待处理的污水(造纸废水)经过格栅去除悬浮物等大块颗粒后进入调节池，调节池主要进行水量调节及水质均衡，同时也对泥沙等较重颗粒预沉，调节池中污水经潜污泵提升至实施例3所述的高效复合酶污水处理装置进行污水的处理。
造纸废水(洗浆水)进水水质：CODcr 2000mg/L，BOD5 700mg/L，SS 1200mg/L，pH值8.2。
经本实施例所述装置处理后，经检测，出水水质：CODcr 400mg/L，BOD5 100mg/L，SS 100mg/L，pH值7.0。
处理能力为3000m3/d，同时，所述固定化复合酶可连续使用30-40批次的污水处理过程，且处理能力无下降。
实施例7高效复合酶污水处理工艺
本实施例所述高效复合酶污水处理工艺，利用实施例3所述的高效复合酶污水处理装置进行污水的处理。
待处理的污水(生活废水)经过格栅去除悬浮物等大块颗粒后进入调节池，调节池主要进行水量调节及水质均衡，同时也对泥沙等较重颗粒预沉，调节池中污水经潜污泵提升至实施例3所述的高效复合酶污水处理装置进行污水的处理。
生活污水进水水质：CODcr 600mg/L，BOD5 350mg/L，SS 350mg/L，NH3-N 65mg/H，pH值6.5。
经本实施例所述装置处理后，经检测，处理后的水质如下；CODcr100mg/L，BOD560mg/L，SS 70mg/L，NH3-N 15mg/L，pH值6.9。
处理能力为1000m3/d，同时，所述固定化复合酶可连续使用30-40批次的污水处理过程，且处理能力无下降。
对比例1
本对比例采用中国专利CN101624253A中公开的高效复合酶污水处理装置进行印染废水污水处理，其中所述复合酶制剂采用与本发明方案相同的复合酶制剂，其区别仅在于所述复合酶制剂的固定化不加入选定的离子液体，而直接制成酶液进行固定化吸附。
印染废水进水水质：CODcr 2000mg/L，BOD5 600mg/L，色度500，水温50℃，SS1000mg/L，pH值8.2。
经本对比例所述装置处理后，经检测，出水水质：CODcr 600mg/L，BOD5 300mg/L，色度25，SS 400mg/L，pH值7.1。
处理能力为2500m3/d，同时，所述固定化复合酶可连续使用10批次后，其处理能力即出现大幅下降。
对比例2
本对比例采用中国专利CN101624253A中公开的高效复合酶污水处理装置进行造纸废水污水处理，其中所述复合酶制剂采用与本发明方案相同的复合酶制剂，其区别仅在于所述复合酶制剂的固定化不加入选定的离子液体，而直接制成酶液进行固定化吸附。
造纸废水(洗浆水)进水水质：CODcr 2000mg/L，BOD5 700mg/L，SS 1200mg/L，pH值8.2。
经本实施例所述装置处理后，经检测，出水水质：CODcr 700mg/L，BOD5 300mg/L，SS 500mg/L，pH值7.0。
处理能力为2500m3/d，同时，所述固定化复合酶可连续使用10批次后，其处理能力即出现大幅下降。
对比例3
本对比例采用中国专利CN101624253A中公开的高效复合酶污水处理装置进行生活废水污水处理，其中所述复合酶制剂采用与本发明方案相同的复合酶制剂，其区别仅在于所述复合酶制剂的固定化不加入选定的离子液体，而直接制成酶液进行固定化吸附。
生活污水进水水质：CODcr 600mg/L，BOD5 350mg/L，SS 350mg/L，NH3-N 65mg/H，pH值6.5。
经本实施例所述装置处理后，经检测，处理后的水质如下；CODcr 200mg/L，BOD5120mg/L，SS 150mg/L，NH3-N 30mg/L，pH值6.9。
处理能力为500m3/d，同时，所述固定化复合酶可连续使用10批次后，其处理能力即出现大幅下降。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种高效复合酶污水处理装置，包括对污水进行降解及过滤的反应池；所述反应池内沿污水的流动方向分别设有复合酶降解区和膜组件分离区，所述反应池的底部还设置有曝气管；其特征在于，所述复合酶降解区内设置有固定化复合酶，所述固定化复合酶是以多孔颗粒为载体，并在离子液体溶剂存在下对复合酶制剂进行浸渍吸附所得。
2.根据权利要求1所述的高效复合酶污水处理装置，其特征在于，所述多孔颗粒为堇青石蜂窝陶瓷。
3.根据权利要求1或2所述的高效复合酶污水处理装置，其特征在于，所述复合酶制剂为水解酶、裂解酶、氧化还原酶、漆酶、酯酶、过氧化物酶的混合物。
4.根据权利要求3所述的高效复合酶污水处理装置，其特征在于，所述水解酶、裂解酶、氧化还原酶、漆酶、酯酶、过氧化物酶的质量比为1：1：1：1：1：1。
5.根据权利要求1-4任一项所述的高效复合酶污水处理装置，其特征在于，所述离子液体为N,N,N’,N’-四甲基-N”-甲基-N”-丁基胍四氟硼酸盐离子液体。
6.根据权利要求1-5任一项所述的高效复合酶污水处理装置，其特征在于，所述固定化复合酶按照如下方法制得：
(1)取选定量的所述复合酶制剂，与离子液体溶剂混合，制得负载液；
(2)取选定的所述多孔颗粒置于所得负载液中，进行浸渍吸附1-3h；
(3)将负载后的所述多孔颗粒进行低温干燥，即得。
7.根据权利要求6所述的高效复合酶污水处理装置，其特征在于，所述步骤(2)中，还包括以烷基类化合物对所述多孔颗粒进行活化的步骤。
8.根据权利要求1-7任一项所述的高效复合酶污水处理装置，其特征在于，所述膜组件为中空纤维多孔膜。
9.根据权利要求1-8任一项所述的高效复合酶污水处理装置，其特征在于，所述装置还包括与所述反应池相连接的回用水池。
10.一种高效复合酶污水处理工艺，其特征在于，包括利用权利要求1-9任一项所述的装置进行污水的处理的步骤。
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