CN1478144A - 酶制剂的制备方法和组合物,及其在处理脂肪、蛋白质和/或碳水化合物含量较高的生活及工业废水中的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及酶制剂的制备方法和组合物，该制剂用于处理脂肪、蛋白质和/或碳水化合物水平较高的液体、膏体和半固体的生活及工业废水。利用从农业综合企业废物中分离的局限青霉(Penicilliumrestrictum)真菌制备本发明申请的酶制剂，其获得成本非常低。

Description

酶制剂的制备方法和组合物，及其在处理 脂肪、蛋白质和/或碳水化合物含量 较高的生活及工业废水中的用途
本发明涉及酶制剂的制备方法和组合物，该制剂用于处理脂肪、蛋白质和/或碳水化合物水平较高的液体、膏体和半固体生活及工业废水，更具体而言，涉及酶制剂的制备方法和组合物，其用于酶促降解生活和工业液体、污泥和半固体废水中存在的脂肪、蛋白质和/或碳水化合物，能够便于后续生物学阶段的加工，并提高这些废水的处理效率。
生物处理的共同之处在于利用微生物共生体(consortia)分解有机物质。根据作用的微生物菌群，存在两种处理方式：有氧生物方法，其中需氧异养菌为主；以及厌氧生物方法，其中兼性、主要是厌氧菌为主。前者需要氧气，以使需氧菌呼吸并利用残留物，后者在完全无氧情况下起作用，净化残留物。
生物方法具有许多优点，例如比物理或化学方法成本降低；可能矿化废水中有机物(将有机物转化为二氧化碳和水)；方法中使用的介质-微生物-是自我再生的催化剂，因而一旦在反应器中生成生物质，并维持其存活所需的理想条件，该生物质将在无限期内保持存活；大多数生物反应器不需要精确控制参数或者专业人员。所有这些优点使得生物方法常用于处理生活和工业废水。
这些处理包括一种存留池或容器，细菌和其它微生物在其中有活性，许多可能是自然产生，使有机废物部分裂解或完全分解。
废物处理链(disposal chain)有所不同，通常可能包括多种不同的处理部分，为有效处理而分别具有不同的具体要求。典型链的处理部分包括洗涤和冲洗操作产生的水。这种水相当易于处理并排放，因为其只含有相对小量的有机化合物，例如清洁剂和食品成分中的碳水化合物、脂肪和某些蛋白质。
另一处理部分包括含有人和动物废物的水(生活污水)，在适于排放以前要求充分处理。
其它组分来自各种生产活动产生的废水，例如生产油漆、纸浆和纸、化学和药学产品、食品、石油衍生物等。此时，考虑到这些废水中存在的有机和无机化合物的多样性(其中很多有毒)，尚需有效控制进行处理。这些废水包括来自于农业综合企业有关的活动，例如乳制品加工、肉类加工、家禽、猪和牛屠宰场的废物、肉类加工等。
这些废水含有极大量的脂肪和蛋白质，可能包含处理链总COD(Chemical Oxygen Demand，化学需氧量，表示有机物质数量的参数)的10-40％。如果考虑到包含它的部分可从处理链其余部分分离，该数量升高到更大比例。鉴于越来越倾向于将处理链分离为部分，根据其组成及其适当处置所需的处理程度，分出污染最小的部分经过很少或不经另外处理重新利用，而将污染较大的部分引入污水处理厂，因此有必要有效处理这些浓缩的废物。
物理化学处理利用各种化学成分例如硫酸铝、氯化铁和硫酸亚铁，沉淀蛋白质和脂肪，可以部分去除有机负荷。但是这些试剂费用高，去除的可溶性COD少；因此使得经常利用生物处理。
已知这些废水中的脂肪和蛋白质的生物降解率低。此外，脂肪在较低温度下可能凝固，造成处理水平的损失，例如反应器中生物质阻塞，并发出讨厌的气味。
由于其降解非常缓慢，并长期存在于某些废物和初级处理系统中(保留50％以下)，脂肪造成抽吸和通气系统问题，引起丝状细菌生长(诺卡氏(Nocardia)菌属和Mycothrix属)，称为″污泥膨胀(bulking)″现象。
在有氧反应器中，脂肪促使充气罐表面上形成稳定性泡沫，使污泥难以絮凝和沉降，阻断生物降解不可或缺的气体交换，完全阻止曝气池中的氧气传递；它们还在二次污泥絮状物中形成″结块″或″小球″，使沉降困难，产生讨厌气味并降低处理站的效率。
尤其在无氧生物反应器中，这些问题更为严重。该处理方法除了不需要通气设备、比需氧方法产生的污泥较少以及所需面积相对较小，在处理有机负荷高的废水中具有优势，因而对其兴趣日益增加。在无氧反应器中处理高水平脂肪和蛋白质的废水存在一系列问题，例如漂浮和/或形成物理性质不同的低活性污泥。污泥漂浮导致通过反应器出口损失生物质，因而减少反应器内生物质的数量，并降低处理效率。根据带出生物质的速度，甚至可能发生反应器空置，称为″冲刷(washout)″现象。厌氧污泥表面上吸附的脂肪可能限制可溶性底物转运到生物质，因而降低底物转化速率。
为避免由于脂肪存在而引发的这些问题，有必要在其进入反应器之前利用装置截留脂肪。这些装置中，有可能有油箱(fat box)(一般位于处理站入口处)、油水分离器和浮选装置。后者更为复杂，其中将待处理废水引入稳定区域，以使脂肪的上升速度大于废水的流速。因而利用这种方式使脂肪漂浮，然后很容易通过人工或用机械刮表面而去除。
至于浮选装置，是在底部引入小气泡，将脂肪物质带到表面。这些装置未截留下的脂肪，特别是溶解和/或乳化的脂肪，继续留在废水中进入处理系统。经验已经表明，截留装置未能留住的脂肪导致诸多不便。
因此，为解决这些问题，避免上述不便，本发明申请利用脂肪酶、蛋白酶和/或淀粉酶组成的酶组合物，在生物处理阶段之前进行脂肪和/或蛋白质的酶促水解阶段，使这些物质部分降解，从而减少在生物反应器中的停留时间，以及上述操作问题。
本申请方法根据下述事实，即废水中存在的大部分脂肪物质由甘油三酯组成，其结构式如下：
Figure A0182004500061
基团R1、R2和R3可以相同或不同，是脂肪酸的残基，其链或长或短，可产生或多或少的烯不饱和现象。这些脂肪酸饱和度越高，室温凝固的倾向越大。本发明利用酶学方法处理甘油三酯，使其降解，继之以有氧或无氧的生物学方法。
从自然界分离和/或实验室遗传改造的微生物能够合成并分泌水解酶家族的酶-脂肪酶，能够断裂C-O链。然而，将这种微生物引入处理系统会引起已经提及的问题。甘油三酯只在水-脂交界处缓慢降解；其疏水性和储藏条件天然不利于获取供微生物发育的充足水分。
在有水以及一定的pH和温度条件下，脂肪酶按下列阶段顺序作用于甘油三酯：
             CH2-O*COR1
             CH-O-COR2+H2O
             CH2-O*COR3
连在1位和3位的脂肪酸被攻击并释放，同时连在2位的脂肪酸转到1位。
Figure A0182004500073
然后脂肪酶作用于1位：
Figure A0182004500074
这样得到四个分子，即：甘油(CH2OH-CHOH-CH2OH)和三个游离脂肪酸(R1-COOH，R2-COCH和R3-COOH)。甘油通过糖酵解(glycolisis)转变为丙酮酸，脂肪酸通过β-氧化作用转变为乙酸根。这样形成的分子可以进入三羧酸循环(Krebs Cycle)，产生微生物所需能量。
本发明利用青霉(Penicilium)菌属丝状真菌产生的固体(发酵的废物)或含水的(从发酵废物中得到的酶制剂)组合物，通过酶促预处理，有可能去除或显著降低废水中的甘油三酯水平。这种预处理在随后的有氧或无氧生物处理阶段产生具有良好活性的微生物群。除了脂肪酶，真菌也产生其它水解酶，例如蛋白酶和淀粉酶，根据待处理废水的特性，其产生可能加强，换言之，蛋白质水平高的废水要求发酵废物的蛋白酶浓度较高；另一方面，富含碳水化合物的废水可能要求淀粉酶的浓度较高，等等。
利用酶或产生特定酶的微生物培养物处理废水和污泥的方法已经使用多年，与常规方法相比减少处理或稳定时间。
现有技术专利描述了通过利用微生物和/或酶组成的生物学组合物，降解复杂有机物(脂肪、蛋白质、淀粉、纤维素等)的多种方法。
英国专利NO.1565335(1976年8月2日)提出利用酶改善微生物污泥的生物降解能力。在该专利中，将包含油脂、脂肪和油的污泥颗粒粉碎，与水混合成泥。将泥混合、通气，维持温度50-70℃，以活化其中的嗜热微生物。按高达5％(以重量计)的量加入酶，使泥中90％以上的有机物降解。
1984年11月20日申请的英国专利NO.2167399A描述了酶促处理有机物和生物质的方法，其特征在于将含有0.01-1％(按照有机物的干重)水解酶的物质装入搅拌反应器，温度为30-60℃，进行30分钟至24小时。本发明目的在于利用小量外加的酶实现高速分解，以改善酶学稳定的污泥的水提取(hydroextraction)特性，这样与常规稳定方法(腐烂/发酵，需氧稳定作用)相比，在水提取性能以及能量消耗方面没有缺点。
1990年3月13日申请的法国专利NO.2659645，涉及污水所含脂肪物质的生物学降解方法。该方法特征在于将产脂肪酶的细菌引入处理系统的油箱中。将细菌固定到支持物上，装入一种防腐袋中，浸入油箱表面附近。
1991年1月1日的US专利NO.4981592描述在细菌消化方法的无氧阶段加入来源于地衣形芽孢杆菌(Bacillus licheniformes)的商品化碱性蛋白水解酶，以改善生物质的沉降作用。按0.001-0.05％量(含水有机介质体积)加入酶，维持培养基pH为6.5-7.5。在温度30-60℃时酶的有益作用更为显著。酶与厌氧消化的物质保持接触足够时间，以提高污泥的沉积速率，从而得到更快消化、更清澈的废水。
1991年5月28日的US专利5019267描述了液体有机物和生物质的调节，特别是生活污水处理厂的污泥。利用螯合剂以及0.001-1.5％比例(根据有机物干重)的一种或多种酶，有机物在有氧反应器中降解0.5-20小时，同时维持温度30-60℃。
1990年11月30日申请的法国专利申请NO.2669916提出通过将脂肪和脂肪废物放在含有除油污废水处理产生的活性污泥的降解容器中，而生物降解这些物质的方法。有脂肪的容器中加入空气、氮气和磷，维持稳定条件大约10天。根据发明人所述，该方法去除95％以上的脂肪，并伴随COD和固体水平下降。然而，尽管这些结果很好，但停留时间和必要通气率显著提高了处理成本。
1991年12月10日申请的法国专利NO.2684664提出高水平脂肪和/或淀粉性物质(淀粉)废水的处理方法。该处理在于从生物添加剂(由产气气杆菌(Aerobacter aerogenes)、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)、双氮纤维单孢菌(Cellulomonas biazotea)、亚硝化单孢菌属(Nitrosomonas sp.)、维格兰氏硝化杆菌(Nitrobacterwinogradskyi)、脱氮假单胞菌(Pseudomonas denitrificans)、司徒茨氏假单孢菌(P.stutzeri)和沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)菌株组成)、无机盐、底物和水开始，通过有氧发酵产生富含微生物的培养物，控制氧气并循环利用发酵罐内容物。这样获得的培养物转入通气的油箱，其内部带有生物固定装置，便于去除抑制发酵的产物。通过来自发酵罐的水流控制油箱内细菌的浓度，一般维持在107-1010细菌/mL，保持12-72小时，氧浓度为4-8ppm。
1994年11月21日申请的巴西专利NO.9408267-7 A描述的处理方法，利用了由芽孢杆菌属(Bacillus spp.)(枯草芽孢杆菌、地衣形芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌(B.megaterium)的混合物)连同真菌纤维素酶组成的组合物。当含有纤维素的污水与该发明的组合物接触时，细菌培养产生的胞外酶以及真菌纤维素酶联合作用，协同降解纤维素。该组合物是一种能够分解碳水化合物、脂肪和蛋白质以及纤维素的广泛系统。从孢子制备加入细菌的培养物，按每克组合物至少104孢子的浓度加入。商品化纤维素酶分离自真黑色曲霉(Aspergillusniger)，购自Sigma或Novo Nordisk，按每克组合物获得至少1000CU活性使用。
1995年10月17日的US专利5459066涉及表面活性剂和酶(蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、纤维素酶和果胶酶)的混合物的用途，用于从冲冼工业机械的水中分离油质。这些酶由枯草芽孢杆菌(蛋白酶和淀粉酶)和黑色曲霉(脂肪酶、纤维素酶和果胶酶)产生，按不同组合或商品化的混合物形式(Amerzyme-A-100，来自Applied Biochemists，Milwaukee，Wis.)使用。酶的作用浓度应为1-200ppm。
1997年3月25日申请的巴西专利申请NO.9701478-8A，描述了维护腐化池的含水组合物，其利用酶为特别有效的活性组分，可促进废物处理系统中固体处理物质的分解。该发明的组合物包含下列成分：复合酶/细菌、有机溶剂和水。在其配方中可能还包括可选的添加成分，例如增稠剂、色素、着色剂、芳香剂、缓冲剂以及细菌营养物。该复合酶/细菌包括至少一种酶和/或至少一种能够产生水解酶的微生物。这些酶为纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶。
1998年6月5日申请的法国专利NO.2762835，涉及能够提供持续活性的用于污水净化的生物制品。所述生物制品是指一种小球，其包含至少一种下列细菌物种：短小芽胞杆菌(Bacillus pumilus)、枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌(B.polymixa)或其组合；至少一种酶(米曲霉(Aspergillus oryzea)脂肪酶、解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)淀粉酶和地衣形芽孢杆菌蛋白酶)；一种营养物质(蛋白质、糖苷、脂或其组合)一种清洁剂(LAS)以及一种压紧剂(PVC、乙基纤维素和淀粉的混合物)。后者与水接触逐渐碎裂，使得小球中含有的活性成分逐渐并连续释放。该生物制品包含0.5-2.0％(以重量计)的细菌，其来自于浓度为每克1.1×1011孢子的粉末，以及5-20％(以重量计)的酶粉，其包含60％脂肪酶、20％淀粉酶和20％蛋白酶。
利用纯的微生物菌种或联用特定微生物处理废水和废物的缺点之一在于，考虑到在遇到完全不同于其培养的环境时，酶容量快速变化乃至丧失活性，必需向反应池中连续添加这些成分。处理站常常发生许多问题，原因是不合需要的微生物过度增殖，不利于所需微生物，而要经常添加以提高处理效率。一个合适的例子是，在有氧生物处理站出现或增多丝状污泥，阻碍污泥沉积，降低废水处理质量。避免该问题的一种方式，是通过添加养分和足够的生长因子和/或抑制物，而刺激目的微生物或去除不合需要的微生物。
1991年5月14日的US专利NO.5015385涉及到该问题，提出添加废水中存在的能够分解或乳化脂肪的细菌的特异性生长因子，以促进改善细菌生长，但无需为细菌提供大量细菌营养源。所述生长因子由多达15种氨基酸和羧酸组成，每种浓度为0.5-30mg/L，使该处理方法实质上更为昂贵。
值得强调的另一点是，提及的许多专利均利用由特定微生物产生的、通常不同于其作用环境的商品化酶，市场成本相当高，实际上，除需要持续添加及高浓度以外，其效率令人失望。
本发明申请的酶制剂由分离自农业综合企业废物的青霉菌属真菌产生，通过固体培养基的发酵方法，以极低成本产生水解酶。培养产水解酶微生物的培养基由农业综合企业废物组成，以极低成本获得。这些废物通过真菌发酵过程，产生水解酶。真菌菌丝的穿透性可以利用废料中的不同养分，从而产生不同水解酶(脂肪酶、蛋白酶和淀粉酶)。
通过向废物中加入各种不同碳源和氮源的添加物，并改变发酵时间，可以控制丝状真菌产生的不同水解酶的比例，如下表1所示，显示针对在不同发酵时间得到的最高水解活性上不同添加物对废物(称为团块(cake))中水解酶所占比例的影响。RTSG是指来自脂肪分离池(RFST)的残留物。
培养基               最大活性(U/g干团块)
    脂肪酶     蛋白酶     淀粉酶
    Babassu团块     6.5     4.8     18.8
    团块+蛋白胨     27.8     5.4     28.0
    团块+橄榄油     17.2     4.8     31.8
    团块+淀粉     15.7     8.0     98.7
    团块+Tween 80     11.2     8.6     17.1
    团块+酪乳     10.6     6.2     19.5
    团块+液体RTSG     19.8     29.9     21.3
    团块+固体RTSG     4.3     13.7     15.6
产生的酶活性按以下方式定义：
a)脂肪酶活性-一个单位的脂肪酶活性定义为在测定条件下，每分钟释放1μmol脂肪酸的酶量。
b)蛋白酶活性-一个单位的蛋白酶活性定义为在测定条件下，每分钟在反应空白和样品之间产生一单位吸光值差异的酶量；以及
c)淀粉酶活性-一个单位的淀粉酶活性定义为在测定条件下，每分钟产生1μmol还原糖的酶量。
因此，由于添加物和发酵条件不同，该酶制剂可能包含酶活性为每克发酵废物4-28单位的脂肪酶、5-30单位的蛋白酶以及17-99单位的淀粉酶。
与已知的现有技术中利用微生物组合或高成本商品化液体酶制剂不同，本发明主张以磨碎的固体形式或者从发酵废料中提取的酶的形式利用发酵废料，与商品化制剂相比，两者的获得成本极低，并具有下述优点。
利用固体形式的酶制剂，有可能消除酶液相提取和回收的成本；通过去除游离水分而降低运输费用；减少和/或消除一般用于液体酶制剂所需的稳定剂和/或保存剂；降低不同种类酶之间的不利相互作用问题。
然而，部分消费者常常更接受液体酶制剂，尤其用于处理生活废水和清洁腐化池。照这样，有可能通过调整培养基，改变酶制剂的组成，使不同种类酶之间的不利相互作用问题减到最小。仅仅改变发酵及制剂回收条件，本专利的酶制剂便能够以液体形式产生，这样可用于多种应用。选择的温度(30-60℃)、提取时间(5-60分钟)以及溶剂体积随在后续处理过程中所需水解酶的比例变化。根据这些参数的变化，产生的酶制剂可包含酶活性为每升酶制剂890-6220单位的脂肪酶、1110-6670单位的蛋白酶以及3780-22000单位的淀粉酶。
每克固体培养基接种大约107真菌局限青霉(Penicilliumrestrictum)孢子，产生本发明的酶制剂。接种的团块在培养箱中30℃温育，通入湿空气，整个发酵过程中团块保持40-70％的湿度。根据其后所需的水解酶浓度比例，使团块发酵24-72小时不同时间。此后，将发酵的废料磨碎，经处理降低湿度比，获得酶活性符合要求水平(每克团块脂肪酶、蛋白酶和/或淀粉酶的UI)的固体形式的制剂。如果要求液体形式的制剂，则加入缓冲的水溶液，将水解酶由固相抽提至液相。
为了证明目的，以下为本发明一些应用的实施例。
实施例1：高水平脂肪和蛋白质废水的处理，其结果如表2和3、以及图1所示。
乳品工业废水一般有机负荷高。乳液中存在的乳糖、脂肪和蛋白质是升高这些废水中有机负荷的主要物质。除了这些组分，这些工业废水还包括各个工厂的清洁污水和雨水。副产品，诸如浆液(制作奶酪)和酪乳(生产黄油)，如果不加利用时，主要由于这些副产品中存在脂肪和蛋白质，而使有机负荷显著升高。
利用本发明获得的酶制剂，按0.01-5.0％(湿重/废水体积)的浓度使用固体制剂，或者参照脂肪酶的相同浓度(0.04 UI/mL废水-1.9 UI/mL废水)使用由缓冲液抽提的液体培养基，可以观察到富含脂肪的乳制品废水分解的结果。
乳品工业废水利用10％(v/v)由固体培养基发酵得到的原始酶培养液处理。初步处理为在温度30-35℃水解废水2-12小时。测试了脂肪初始浓度不同的四种废水：180、450、900和1200mg/L。具有较高生物降解性的生物聚合物形成单位(如甘油三酯的脂肪酸)的数量，三倍于不用液体酶制剂处理的废水。
在操作体积120mL的密封玻璃瓶中进行实验，瓶子与充满水的气量计相连，以收集产生的气体，从而验证经过和不经过酶预处理的废水的无氧生物降解能力。这些瓶子装有改性污泥(30mL)以及原始的或者酶预处理过的废水(90mL)。反应器大量运转，每4天充满。在此期间，取样进行pH和COD分析。比较有机物去除(按COD定量)的动力学曲线，来评价废水的酶促预处理对厌氧处理效率的影响。不同浓度的脂肪废水经过酶促预处理，使COD显著下降，证实生物降解能力明显提高，如下表2所见，其显示所研究的不同初始浓度的脂肪在反应96小时后的COD去除结果。
    脂肪的初始水平(mg/L)          去除COD(％)
    对照反应器     水解反应器
    180     55     95
    450     70     91
    900     37     80
    1200     19     80
此外，酶促预水解使处理时间显著减少，如下表3所见，其显示研究的初始水平脂肪的反应时间(去除效率80％)。含高水平脂肪(1200mg/L)的废水在处理过程中COD水平下降，如图1所示。
    脂肪的初始水平(mg/L)         反应时间(小时)
    对照反应器     水解反应器
    180     96     42
    450     120     50
    900     144     96
    1200     192     96
实施例2：修复用于处理富含脂肪废水的无氧反应器
在3.0升UASB型无氧反应器中装入上述乳品废水，评价该反应器的油污的清除。该反应器运转4个月，温度35℃，体积有机负荷为4.0kg COD/m3.天，相当于大约4000mg/L COD，包含约800mg/L水平脂肪。废水中的脂肪在反应器内部逐渐积累，引起污泥阻碍、悬浮液的混浊度及固体比例升高，并导致处理废水的质量极差。本发明能够修复这种被脂肪完全阻塞的无氧反应器。为此必须按大约700UI/Kg反应器污泥的比例(以标准脂肪酶活性作参考)，使酶制剂再循环大约三天。此后，完全阻塞并失效的反应器又运行正常了。清除油污后评价的参数表明，处理的废水中混浊度显著下降(比反应器加入酶制剂之前的废水低58％)，悬浮不稳定性固体(SVS)的比例显著下降(降低73％)，这归因于脂肪积累所致阻碍以及污泥团中的气体；也恢复形成大的、更有效的颗粒；最后，废水的COD下降(降低55％)。
实施例3：修复处理富含脂肪废水的有氧反应器
在装有实际废水的1.0L需氧生物反应器中，利用本发明获得的制剂进行水解，评价申请的酶促预处理对富含脂肪的废水、特别是乳品废水的生物降解的作用。反应器首先利用输入的所述实际废水进行运转，其包含3000mg/L的COD以及大约400mg/L的脂肪水平，保留时间24小时。反应器接种来自生活污水处理的活性污泥，其初始浓度为2500mg SVS/L。连续供给反应器废水，引起COD去除效率逐渐损失，所处理废水的质量越来越差，污泥的沉积能力下降。如果开始按反应器每操作体积100 UI-1.000 UI的比例加入酶制剂，每周一至三次，则去除COD明显改善，而且获得的处理废水质量较好，混浊度低，污泥沉积更快，这证实本发明能够去除有机负荷以及积累的脂肪而修复低效有氧反应器。
实施例4：在分离装置中处理并回收积累的脂肪
在实验性乳品废水处理装置中，对申请的酶制剂进行去除油箱表面脂肪的测试。以标准脂肪酶活性为参考标准，按15 UI/g-50UI/g脂肪的浓度加入酶制剂，温度为30-35℃，持续10-200分钟，导致脂肪分解，游离脂肪酸浓度显著增加，这证明本发明能够处理并回收在处理装置的不同分离器装置中积累的脂肪，例如油箱、油水分离器和/或浮选装置。这些脂肪组成高污染性的固体废物，能够转化成氨基酸和游离脂肪酸混合物，可商品化为动物饲料添加剂，对产业主具有环境和经济利益。
实施例5：屠宰场、香肠加工厂和肉类加工产业废水的处理
屠宰场和香肠加工厂产生大量废水，用水方式往往效率低下。屠宰每只动物的耗水量依动物及各个工厂所采用的方法而不同，介于1.0-8.3m3。香肠加工厂的污水包含大量可生物降解的有机物，一般BOD5为1100-2400mg/L，可溶性组分占40-60％。不溶性组分由悬浮的胶体物质形成，为脂肪、蛋白质和纤维素形式，其可在生物反应器中缓慢降解。在7.2L UASB型无氧反应器中处理香肠加工厂的废水，其COD为2000-6200mg/L，蛋白质水平300-1300mg/L，脂肪水平40-600mg/L，评价加入固体形式的酶制剂的效果。该反应器按液压保留时间14-22小时运转80天。通过电子显微镜观察到，在此期间污泥颗粒上逐渐积聚脂肪。按0.1％浓度(湿重/废水体积)加入固体酶制剂，导致颗粒表面上白色斑点消失，表明脂肪积聚。在这种情况下，如表1所示，酶制剂制备为包含较多的蛋白酶，而对脂肪酶不利。
实施例6：清洁腐化池
根据对家用腐化池进行的测试，该酶制剂可用作改善这些池子运作的添加剂。按池子每操作体积0.5-5.0ml的比例，加入液体形式酶制剂，使浮渣形成减少，从而去渣更清洁，并延长了清洁操作的间隔时间。
实施例7：清洁居家和商业企业的油箱
以脂肪酶活性为参考标准，按箱子每升操作体积加入0.5-5mL的酶制剂，大大促进了家用油箱的清洁。
实施例8：酶制剂与商业产品酶促水解的比较
通过水解含1200mg/L脂肪的乳品废水的比较，得出本发明酶制剂的水解效率比商业制剂高出约10倍，也就是说，利用低10倍的浓度，有可能获得相同的效果，形成更易于在随后生物处理中吸收的单体单元(游离酸)。附图2显示依水解时间本发明酶制剂和进口商品形成的单体单元(游离酸)，二者按不同浓度加入。
从固体(发酵废料)或液体(酶提取液)酶制剂的实验有可能得出结论，它高效酶促预处理高水平脂肪、蛋白质和/或碳水化合物的废水，尤其是高水平脂肪的废水。在这种情况下，推荐以下添加方式：
a)固体酶制剂：对于大约150-4000mg/L的脂肪水平，加入0.1-5.0％(湿重/废水体积)每克含10-28单位脂肪酶的发酵废料，温度30-35℃，初始pH7.0。
b)液体酶制剂：对于大约150-4000mg/L的脂肪水平，加入2-30％(体积/废水体积)每克含2220-6220单位脂肪酶的液体制剂，温度30-35℃，初始pH7.0。
该酶制剂也可用于有效清除反应器、油箱以及腐化池(长期接受含高水平脂肪的废料)的油污。通过按以下方式加入该酶制剂，可有效清除这些设备的油污或进行疏通：
a)固体酶制剂：每克积聚的脂肪加入0.5-1.5克固体制剂(每克发酵废料包含10-28单位脂肪酶)，相当于每克脂肪15-50单位脂肪酶，温度30-35℃。
b)液体酶制剂：每克积聚的脂肪加入2.5-25.0mL液体制剂(每升包含2220-6220单位脂肪酶)，相当于每克脂肪15-50单位脂肪酶，温度30-35℃。

Claims (20)

1.酶制剂的生产方法，该酶制剂用于处理高水平的脂肪、蛋白质和/或碳水化合物的工业和生活废水，其特征在于该酶制剂通过真菌局限青霉产生并通过固态发酵方法获得。
2.权利要求1的方法，其特征在于用于固态发酵的培养基为半固体或固体产物或来自农业综合企业的废物。
3.权利要求1的方法，其特征在于该酶制剂为固体或液体。
4.权利要求1的方法，其特征在于该发酵方法包含在农业综合企业产物或废物中接种每克废料约107真菌局限青霉孢子，后者接种并于培养箱中30℃温育，通湿空气以保持发酵过程中废物湿度在40-70％，发酵时间24-72小时，此后磨碎的发酵产品或废物经处理，降低湿度，以获得具有目的酶活性的固体制剂。
5.权利要求1的方法，其特征在于加入缓冲水溶剂从发酵固体中抽提水解酶，抽提时间5-60分钟，抽提温度30-60℃。
6.酶制剂的组合物，用于处理高水平脂肪、蛋白质和/或碳水化合物的工业和生活废水，其特征在于该酶制剂由水解酶组成。
7.权利要求5的组合物，其特征在于该酶制剂由脂肪酶、蛋白酶和淀粉酶组成。
8.权利要求5的组合物，其特征在于该酶制剂为固体或液体。
9.权利要求7的组合物，其特征在于该固体制剂由酶活性为每克发酵产物或废物4-28单位的脂肪酶组成。
10.权利要求7的组合物，其特征在于该固体制剂由酶活性为每克发酵产物或废物5-30单位的蛋白酶组成。
11.权利要求7的组合物，其特征在于该固体制剂由酶活性为每克发酵产物或废物17-99单位的淀粉酶组成。
12.权利要求7的组合物，其特征在于该液体制剂由酶活性为每升酶制剂890-6220单位的脂肪酶组成。
13.权利要求7的组合物，其特征在于该液体制剂由酶活性为每升酶制剂1110-6670单位的蛋白酶组成。
14.权利要求7的组合物，其特征在于该液体制剂由酶活性为每升酶制剂3780-22000单位的蛋白酶组成。
15.处理高水平脂肪、蛋白质和/或碳水化合物的液体、膏体和半固体工业和生活废水的方法，其特征在于包括利用由脂肪酶、蛋白酶和淀粉酶组成的固体或液体酶制剂，在生物处理阶段之前进行酶促水解的阶段。
16.权利要求14的方法，其特征在于该处理方法包括，对于约150-4000mg/L的脂肪水平，加入0.01-5.0％(湿重/废水体积)的每克含有10-28单位脂肪酶的固体酶制剂，温度为30℃-35℃，初始pH7.0。
17.权利要求14的方法，其特征在于该处理方法包括，对于约150-4000mg/L的脂肪水平，加入2-30％(体积/废水体积)的每升含有2220-6220单位脂肪酶的液体酶制剂，温度为30℃-35℃，初始pH7.0。
18.修复因连续使用高水平脂肪、蛋白质和碳水化合物以致阻塞的生物反应器、油箱和腐化池的方法，其特征在于利用由脂肪酶、蛋白酶和淀粉酶这些水解酶组成的固体或液体酶制剂。
19.权利要求17的方法，其特征在于包括，每克积聚的脂肪加入0.05-1.5克固体制剂(每克发酵产物或废物包含10-28单位脂肪酶)，相当于每克脂肪15-50单位脂肪酶，温度30-35℃。
20.权利要求17的方法，其特征在于包括，每克积聚的脂肪加入2.5-25.0mL液体酶制剂(每升包含2220-6220单位脂肪酶)，相当于每克脂肪15-50单位脂肪酶，温度30-35℃。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102730817A (zh) * 2012-06-19 2012-10-17 常州大学 一种抑制好氧活性污泥膨胀的方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1693446A1 (fr) * 2005-02-16 2006-08-23 Realco Composition - substrat pour microorganismes denitrifiants
US8048652B2 (en) 2005-05-12 2011-11-01 Martek Biosciences Corporation Biomass hydrolysate and uses and production thereof
WO2019032477A1 (en) * 2017-08-07 2019-02-14 Novozymes A/S METHOD FOR TREATING WASTEWATER COMPRISING THE TREATMENT OF SLUDGE WITH HYDROLYTIC ENZYMES
CN108641985B (zh) * 2018-05-21 2021-04-09 万创青绿（北京）环境科技有限公司 一种用于河道污水净化的复合微生物净化剂及其制备方法
CN110395841A (zh) * 2019-05-17 2019-11-01 高邮市宇航化工机械厂 一种生物制药生产过程中发酵废液处理工艺

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US899376A (en) * 1907-09-03 1908-09-22 Otto Bergstraeesser Cigarette-machine.
GB1385319A (en) * 1971-09-22 1975-02-26 Nat Res Dev Enzyme preparations
JPS50124464A (zh) * 1974-03-18 1975-09-30

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102730817A (zh) * 2012-06-19 2012-10-17 常州大学 一种抑制好氧活性污泥膨胀的方法

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