RU2680305C1 - Водный композит для утилизации твердых коммунальных отходов - Google Patents
Водный композит для утилизации твердых коммунальных отходов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2680305C1 RU2680305C1 RU2018125988A RU2018125988A RU2680305C1 RU 2680305 C1 RU2680305 C1 RU 2680305C1 RU 2018125988 A RU2018125988 A RU 2018125988A RU 2018125988 A RU2018125988 A RU 2018125988A RU 2680305 C1 RU2680305 C1 RU 2680305C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waste
- enzymes
- hydrogen peroxide
- pepsin
- trypsin
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 16
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title abstract description 21
- 239000007787 solid Substances 0.000 title abstract description 5
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- KWIUHFFTVRNATP-UHFFFAOYSA-N Betaine Natural products C[N+](C)(C)CC([O-])=O KWIUHFFTVRNATP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 229960003237 betaine Drugs 0.000 claims abstract description 19
- 239000004382 Amylase Substances 0.000 claims abstract description 18
- 102000013142 Amylases Human genes 0.000 claims abstract description 18
- 108010065511 Amylases Proteins 0.000 claims abstract description 18
- 235000019418 amylase Nutrition 0.000 claims abstract description 18
- 239000008121 dextrose Substances 0.000 claims abstract description 18
- 150000002972 pentoses Chemical class 0.000 claims abstract description 18
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 102000057297 Pepsin A Human genes 0.000 claims abstract description 16
- 108090000284 Pepsin A Proteins 0.000 claims abstract description 16
- 108091005804 Peptidases Proteins 0.000 claims abstract description 15
- 229940111202 pepsin Drugs 0.000 claims abstract description 15
- 239000004365 Protease Substances 0.000 claims abstract description 14
- 102000004142 Trypsin Human genes 0.000 claims abstract description 14
- 108090000631 Trypsin Proteins 0.000 claims abstract description 14
- 239000012588 trypsin Substances 0.000 claims abstract description 14
- 102000016938 Catalase Human genes 0.000 claims abstract description 13
- 108010053835 Catalase Proteins 0.000 claims abstract description 13
- KWIUHFFTVRNATP-UHFFFAOYSA-O N,N,N-trimethylglycinium Chemical compound C[N+](C)(C)CC(O)=O KWIUHFFTVRNATP-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims abstract 4
- 102100037486 Reverse transcriptase/ribonuclease H Human genes 0.000 claims abstract 4
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 19
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 14
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 239000010791 domestic waste Substances 0.000 abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 2
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 54
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 54
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 53
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 description 15
- 102000035195 Peptidases Human genes 0.000 description 11
- -1 hydroxyl radicals Chemical class 0.000 description 11
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 11
- 230000009471 action Effects 0.000 description 10
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 9
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 9
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 7
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 6
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 101710177646 Catalase easC Proteins 0.000 description 4
- 101710188970 Catalase-2 Proteins 0.000 description 4
- 101710097430 Catalase-peroxidase Proteins 0.000 description 4
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 4
- 101710137908 Pepsin-2 Proteins 0.000 description 4
- 101710180316 Protease 2 Proteins 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 4
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 4
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 102000004157 Hydrolases Human genes 0.000 description 3
- 108090000604 Hydrolases Proteins 0.000 description 3
- 102000002568 Multienzyme Complexes Human genes 0.000 description 3
- 108010093369 Multienzyme Complexes Proteins 0.000 description 3
- 102000004316 Oxidoreductases Human genes 0.000 description 3
- 108090000854 Oxidoreductases Proteins 0.000 description 3
- 102100032491 Serine protease 1 Human genes 0.000 description 3
- 101710151387 Serine protease 1 Proteins 0.000 description 3
- 101710119665 Trypsin-1 Proteins 0.000 description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 3
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 3
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 3
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 3
- 150000002772 monosaccharides Chemical class 0.000 description 3
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 3
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 2
- 101710119640 Trypsin-4 Proteins 0.000 description 2
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 2
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 2
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 2
- 239000003657 drainage water Substances 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 239000003925 fat Substances 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 2
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 2
- 150000002402 hexoses Chemical class 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 235000019645 odor Nutrition 0.000 description 2
- 230000026731 phosphorylation Effects 0.000 description 2
- 238000006366 phosphorylation reaction Methods 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 2
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 2
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 2
- 241000271566 Aves Species 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101710188971 Catalase-3 Proteins 0.000 description 1
- 241000938605 Crocodylia Species 0.000 description 1
- 150000008574 D-amino acids Chemical class 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000010911 Enzyme Precursors Human genes 0.000 description 1
- 108010062466 Enzyme Precursors Proteins 0.000 description 1
- 108090000371 Esterases Proteins 0.000 description 1
- 208000010201 Exanthema Diseases 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000008575 L-amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 108090001060 Lipase Proteins 0.000 description 1
- 102000004882 Lipase Human genes 0.000 description 1
- 239000004367 Lipase Substances 0.000 description 1
- 241000124008 Mammalia Species 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010064851 Plant Proteins Proteins 0.000 description 1
- 101710180313 Protease 3 Proteins 0.000 description 1
- 102000002067 Protein Subunits Human genes 0.000 description 1
- 108010001267 Protein Subunits Proteins 0.000 description 1
- 101710119642 Trypsin-3 Proteins 0.000 description 1
- 102100034396 Trypsin-3 Human genes 0.000 description 1
- 102000018690 Trypsinogen Human genes 0.000 description 1
- 108010027252 Trypsinogen Proteins 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 230000000202 analgesic effect Effects 0.000 description 1
- 235000021120 animal protein Nutrition 0.000 description 1
- 230000003110 anti-inflammatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002421 anti-septic effect Effects 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000011942 biocatalyst Substances 0.000 description 1
- 238000005842 biochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010170 biological method Methods 0.000 description 1
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 1
- 229960000074 biopharmaceutical Drugs 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000034994 death Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 102000038379 digestive enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108091007734 digestive enzymes Proteins 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000006911 enzymatic reaction Methods 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 201000005884 exanthem Diseases 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000003480 fibrinolytic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 210000004051 gastric juice Anatomy 0.000 description 1
- 210000001156 gastric mucosa Anatomy 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 125000003147 glycosyl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000011090 industrial biotechnology method and process Methods 0.000 description 1
- 239000008235 industrial water Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 235000019421 lipase Nutrition 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000010534 mechanism of action Effects 0.000 description 1
- 210000004379 membrane Anatomy 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000006241 metabolic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001450 methanotrophic effect Effects 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 244000005706 microflora Species 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 150000002826 nitrites Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 229920001542 oligosaccharide Polymers 0.000 description 1
- 150000002482 oligosaccharides Chemical class 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 150000002927 oxygen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000006385 ozonation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 125000002081 peroxide group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 235000021118 plant-derived protein Nutrition 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 206010037844 rash Diseases 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000012048 reactive intermediate Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 229960001322 trypsin Drugs 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
- 239000002676 xenobiotic agent Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Изобретение относится к городскому коммунальному хозяйству, а именно к области переработки/утилизации твердых бытовых отходов методом биоремедиации. Водный композит для утилизации твердых коммунальных отходов содержит протеазу, каталазу, амилазу, трипсин, пентозу, пепсин, бетаин, димексид, пероксид водорода, декстрозу и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:Изобретение обеспечивает увеличение глубины утилизации, сокращение выделения свалочного газа и значительное сокращение времени деструкции органических веществ в отходах.
Description
Изобретение относится к городскому коммунальному хозяйству, а именно к области рекультивации/утилизации/переработки твердых коммунальных/бытовых отходов (ТКО) и загрязненных земель методом биоремедиации.
Биоремедиация - это использование биологических методов для деградации, дезинтеграции, трансформирования и/или устранения загрязнений из почвы, воздуха и воды. Процессы биоремедиации могут осуществляться природными микроорганизмами. Задачи этой природоподобной технологии заключаются в стимуляции (катализе) биодеградативной активности этих микроорганизмов. Если в почве, воде, слоях свалок загрязненной ксенобиотиками, отсутствуют микроорганизмы, способные к деградации данных соединений, применяют интродукцию (инъекция, внесение) туда микроорганизмов-биодеструкторов. В том случае, когда при биоремедиации используются биопрепараты, то речь идет о разработке и адаптации нескольких природоподобных технологий. Целью первой технологии является внесение препаратов с микроорганизмами, которые будут использоваться при осуществлении второго биотехнологического природоподобного процесса – собственно биоремедиации.
Так, из уровня техники известен состав для обработки рекультивируемых полигонов твердых бытовых отходов (патент РФ № 2297888, B09B 3/00, опубликован 27.04.2007), в котором в качестве реагентов используют смесь метанотрофных бактерий.
Наиболее близким по технической сущности является состав для переработки твердых бытовых отходов (патент РФ №2294319, B09B 3/00, опубликован 27.02.2007), в котором используется композицию из легкодоступных источников углерода, азота и фосфора и активаторов роста микроорганизмов в виде растворов в дозировках, обеспечивающих активную колонизацию субстрата аборигенными термофильными микроорганизмами.
Недостатком наиболее близкого аналога является малая глубина переработки и продолжительность деструкции органических веществ в отходах.
Задачей патентуемого решения является устранение указанных недостатков, устранение выбросов свалочных газов (парниковых газов), в первую очередь метана, запахов гниения отходов, регенерация земли под полигоном с защитой грунтовых вод, очищение дренажных вод, уменьшение количества депонированных отходов, продление срока службы полигонов, снижение эмиссионной экологической нагрузки на окружающую среду и возможность создания производства на основе всесторонней переработки вторичного сырья.
В отличие от промышленной биотехнологии, где имеется возможность выдерживать все параметры технологического процесса, биоремедиация, осуществляется в открытой системе, то есть, в окружающей среде. Поэтому в гораздо большей степени успех процесса биоремедиации зависит от разнообразия микроорганизмов, способных осуществлять реакции биодеградации.
Техническим результатом патентуемого решения является увеличение глубины переработки, значительное сокращение времени деструкции органических веществ в отходах.
Заявленный технический результат достигается в водном композите для утилизации твердых коммунальных отходов, содержащем протеазу, каталазу, амилазу, трипсин, пентозу, пепсин, бетаин, димексид, пероксид водорода, декстрозу и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Протеаза | 2 – 5 |
| Каталаза | 2 – 5 |
| Амилаза | 1 – 4 |
| Трипсин | 1 – 4 |
| Пентоза | 1 – 3 |
| Пепсин | 2 – 4 |
| Бетаин | 1 – 3 |
| Димексид | 1 – 3 |
| Пероксид водорода (Н2О2) | 1 – 3 |
| Декстроза | 1 – 3 |
| Вода техническая | остальное |
При использовании в составе ферментной (энзимной) системы мультимолекулярного ферментного комплекса – совокупности ферментов: протеазы, каталазы, амилазы, трипсина, пентозы, пепсина и бетаина происходит катализ последовательных стадий превращения органической части твердых бытовых отходов. Указанные ферменты в совокупности составляют надмолекулярный (или мульти молекулярный) ферментный комплекс, в состав которых входят не субъединицы (в каталитическом отношении однотипные протомеры), а разные ферменты, катализирующие последовательные ступени превращения какого-либо субстрата. Отличительными особенностями данного мульти ферментного комплекса является прочность ассоциации ферментов и определенная последовательность прохождения промежуточных стадий во времени, обусловленная порядком расположения каталитически активных (различных) белков в пространстве («путь» превращения в пространстве и времени). Молекулярные массы этих комплексов в зависимости от источника их происхождения варьируют от 2,3•106 до 10•106. Ассоциация отдельных ферментов в единый не диссоциирующий комплекс имеет определенный биологический смысл и ряд преимуществ. В частности, при этом резко сокращаются расстояния, на которые молекулы промежуточных продуктов должны перемещаться при действии изолированных ферментов. Такой мультиферментный комплекс можно назвать ферментным ансамблем высокоорганизованной надмолекулярной системы. При этом Димексид (пенетрат) усиливают действие указанных энзимов с кислородом, а также их проникающие способности, что приводит к увеличению глубины переработки и значительному сокращению времени деструкции органических веществ в отходах. Декстроза является стартовой питающей средой для пассивных аэробных микроорганизмов в различных слоях субстрата.
Мультиферментный комплекс обеспечивает деградацию и минерализацию органических соединений в различных условиях в водной среде при взаимодействии с гидроксильными радикалами, озоном, кислородом, пероксидом водорода, ферратами. Основную роль в этих процессах играют гидроксильные радикалы, характеризующиеся величиной стандартного восстановительного потенциала 2,7В, превосходящей этот показатель для озона (2,07 В) и уступающей только токсичному фтору. Озон, кислород и пероксид водорода могут непосредственно взаимодействовать с органическими соединениями или участвовать в трансформациях, приводящих к образованию гидроксильных радикалов. Высокореакционными промежуточными продуктами подобных трансформаций, помимо гидроксильных радикалов, являются и ряд других кислородных соединений. Гидроксильные радикалы в водной среде образуются также и в ходе физических процессов воздействия ультрафиолетового облучения, ионизирующего излучения, ультразвуковой, плазменной или микроволновой обработки. Помимо деградации органических соединений они могут стать альтернативой или дополнением к традиционным процессам обезвреживания и утилизации органики.
При этом, если стандартный восстановительный потенциал озона равен 2,07В, то у гидроксильных радикалов этот показатель достигает 2,8В. Образование гидроксильных радикалов в результате трансформации озона в водной среде увеличивается в присутствии пероксида водорода и катализаторов. Озонирование в присутствии пероксида водорода это процесс "Пероксон". Оптимальное образование гидроксильных радикалов в этом процессе зависит от соотношения Н2О2/О3, рН, концентрации кислорода, времени контакта, состава водной фазы. Концентрации кислорода и пероксида водорода подбираются экспериментально в зависимости от типа загрязняющих веществ и их исходной концентрации. Избыток пероксида водорода нежелателен ввиду его взаимодействия с гидроксильными радикалами. Процесс "Пероксон" используем вследствие его простоты реализации и максимальной эффективности.
Таким образом, действие мультиферментного композита в совокупности с димексидом, пероксидом водорода и декстрозой обеспечивает синергетический эффект - увеличение глубины переработки и значительное сокращение времени деструкции органических веществ в отходах в 5-10 раз.
Водный композит (водный раствор) для утилизации (переработки) твердых коммунальных отходов содержит протеазу, каталазу, амилазу, трипсин, пентозу, пепсин, бетаин, димексид, пероксид водорода, декстрозу и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: протеаза - 2 – 5, каталаза - 2 – 5, амилаза - 1 – 4, трипсин - 1 – 4, пентоза - 1 – 3, пепсин - 2 – 4, бетаин - 1 – 3, димексид - 1 – 3, пероксид водорода (Н2О2) - 1 – 3, декстроза - 1 – 3, вода техническая - остальное.
Протеаза – фермент из класса гидролаз, которые расщепляют пептидную связь между аминокислотами в белках. Протеазы имеют семь групп по строению активного центра фермента.
Каталаза – фермент, который катализирует разложение образующегося в процессе биологического окисления пероксид водорода на воду и молекулярный кислород, а также окисляет в присутствии пероксида водорода низкомолекулярные спирты и нитриты.
Амилаза - фермент, гликозил-гидролаза, расщепляющий крахмал до олигосахаридов, относится к ферментам пищеварения. Расщепляет α-1,4-гликозидную связь.
Трипсин - фермент, расщепляющий пептиды и белки, обладает также эстеразной (гидролиз сложных эфиров) активностью. Трипсин синтезируется в виде неактивного предшественника (профермента) трипсиногена.
Пентоза (формула C5Н10O5) – это группа моносахаридов.
Пепсин – протеолитический фермент класса гидролаз, вырабатываемый главными клетками слизистой оболочки желудка, осуществляет расщепление белков отходов до пептидов. Присутствует в желудочном соке человека, млекопитающих, птиц, пресмыкающихся и большинства рыб.
Бетаин – это органическое вещество, присутствующее в растениях и организмах животных и человека. Бетаин является важным составляющим, который выступает «донором» метильных групп и принимает участие в реакциях переметилирования.
Димексид (диметилсульфоксид, Dimexidum, C2H6OS) – вещество в жидком состоянии, обладает способностью проникать через биологические мембраны. Основанием для применения является его анальгетическое и противовоспалительное действие за счет инактивации гидроксильных радикалов и улучшения метаболических процессов в очаге деструкции органических отходов. Вещество обладает антисептическим и фибринолитическим эффектом и в совокупности с остальными компонентами состава в указанном соотношении компонентов для переработки отходов усиливает их проникающие способности, а также усиливает действие энзимов (ферментов) и кислорода.
Перекись водорода (водорода пероксид) – соединение водорода и кислорода Н2О2, содержащее 94% кислорода по массе. В молекулах Н2О2 содержатся пероксидные группы –О–О–, которые во многом определяют свойства этого соединения. Реакция разложения Н2О2 часто протекает по радикально-цепному механизму, при этом роль катализатора заключается в инициировании свободных радикалов.
Декстроза представляет собой природный моносахарид, который является изомером молекулы глюкозы, ее получают из крахмала зерновых культур в процессе гидролиза.
Поскольку декстроза состоит всего из одной молекулы (моносахарид), ее усвоение в теле полигона происходит крайне быстро. Метаболизм декстрозы начинается уже при попадании ее в субстрат. Другие углеводы начинают абсорбироваться только в процессе деструкции. Благодаря этому свойству она является «супербыстрым углеводом» для аэробных микроорганизмов.
Все эти ферменты (энзимы) мультиферментного композита класса оксидоредуктазы.
Фермент - от лат. fermentum - закваска; энзим - от греч. эн - внутри, зиме - закваска - это катализаторы белковой природы, образующиеся и функционирующие во всех живых организмах. В каждой клетке имеются сотни различных ферментов. С их помощью осуществляются многие химические реакции, которые могут с большой скоростью идти при температурах, подходящих для данного организма, т.е. в пределах от 5 до 400 С. Чтобы эти реакции с той же скоростью протекали вне организма, потребовались бы высокие температуры и резкие изменения некоторых других условий. Для клетки это означало бы гибель, так как вся работа клетки строится таким образом, чтобы избежать любых сколько-нибудь заметных изменений в нормальных условиях ее существования. Следовательно, перечисленные ферменты являются биологическими катализаторами, ускоряющие процессы деструкции органики. Они абсолютно необходимы, потому что без них реакции в клетках протекали бы слишком медленно. Совокупность биохимических реакций, катализируемых ферментами, составляет сущность обмена веществ, являющегося отличительной чертой всех живых организмов. Через ферментативный аппарат, регуляцию его активности происходит и регуляция скорости метаболических реакций, их направленности.
Являясь катализаторами, бетаин, трипсин, пепсин, пентоза, протеаза, каталаза и амилаза имеют ряд общих свойств:
1. Не входят в состав конечных продуктов реакции и выходят из нее, как правило, в первоначальном виде, т.е. они не расходуются в процессе катализа.
2. Не могут возбудить те реакции, протекание которых противоречит законам термодинамики, они ускоряют только те реакции, которые могут протекать и без них. Отсюда природоподобность технологии биоремедиации.
3. Не смещают положения равновесия, а лишь ускоряют его достижение.
Специфические свойства:
1. По своему химическому строению все ферменты являются белками.
2. Эффективность ферментов намного выше, чем небиологических катализаторов (скорость протекания реакции при участии фермента выше на несколько порядков).
3. Ферменты бетаин, трипсин, пентоза, протеаза, каталаза и амилаза обладают узкой специфичностью, избирательностью действия на субстраты, т.е. на вещества, превращение которых они катализируют. Высокая специфичность ферментов обусловлена конформационной и электростатической комплиментарностью между молекулами субстрата и фермента и уникальной структурой активного центра фермента, обеспечивающими “узнавание”, высокое сродство и избирательность протекания одной какой-либо реакции из тысячи других химических реакций, осуществляющихся одновременно в живых клетках.
В зависимости от механизма действия различают ферменты с относительной (или групповой) специфичностью и абсолютной специфичностью. Так, для действия некоторых гидролитических ферментов наибольшее значение имеет тип химической связи в молекуле субстрата. Например, пепсин расщепляет белки животного и растительного происхождения, хотя они могут существенно отличаться друг от друга как по химическому строению и аминокислотному составу, так и по физико-химическим свойствам. Однако пепсин не расщепляет углеводы или жиры. Объясняется это тем, что местом действия пепсина является пептидная -СО-NH- связь. Для действия липазы, катализирующей гидролиз жиров на глицерин и жирные кислоты, таким местом является сложноэфирная связь. Аналогичной относительной специфичностью обладают также некоторые внутриклеточные ферменты, например гексокиназаф, катализирующая в присутствии АТФ фосфорилирование почти всех гексоз, хотя одновременно в клетках имеются специфические для каждой гексозы ферменты, выполняющие такое же фосфорилирование.
Стереохимическая специфичность ферментов обусловлена существованием оптически изомерных L- и D-форм или геометрических (цис- и транс-) изомеров химических веществ. “Так, известны оксидазы L- и D-аминокислот, хотя в природных белках обнаружены только L-аминокислоты. Каждый из видов оксидаз действует только на свой специфический стереоизомер.
1. Регулируемость ферментов как биокатализаторов.
Через регуляцию ферментативного аппарата осуществляется скоординированность всех метаболических процессов во времени и пространстве, направленное на воспроизведение живой материи, поддержание постоянства внутриклеточной среды, на приспособление к меняющимся внешним условиям.
2. Термолабильность ферментов.
Скорость химических реакций зависит от температуры, поэтому катализируемые ферментами реакции также чувствительны к изменениям температуры. Однако вследствие белковой природы фермента тепловая денатурация при повышении температуры будет снижать эффективную концентрацию фермента с соответствующим снижением скорости реакции. Таким образом, термолабильность, или чувствительность к повышению температуры является одним из характерных свойств ферментов, резко отличающих их от неорганических катализаторов. При 100 оС почти все ферменты утрачивают свою активность. При низких температурах ферменты, как правило, не разрушаются, хотя активность их падает. Во всех случаях имеет значение время воздействия соответствующей температуры. Для пепсина, трипсина и ряда других ферментов существует прямая зависимость между скоростью инактивации фермента и степенью денатурации белка. На термолабильность ферментов определенное влияние оказывают концентрация субстрата, рН среды и другие факторы.
3. Зависимость активности ферментов от рН среды.
Ферменты бетаин, трипсин, пентоза, протеаза, каталаза и амилаза обычно наиболее активны в пределах узкой зоны концентрации водородных ионов, соответствующей для животных тканей в основном выработанным в процессе эволюции физиологическим значением рН среды 6.0 - 8.0.
При ферментативном катализе проявляются белковая природа ферментов, их термолабильность, влияние рН среды, специфичность действия, высокая каталитическая способность, чувствительность к активаторам и ингибиторам. Ферментативная реакция протекает согласно закону действия масс при снижении энергетического барьера реакций комплексом ферментов.
Водный композит заявленного состава вносят посредством насосов в инъекционные скважины тела полигона и на почву вокруг, чтобы получить начальную популяцию, составляющую приблизительно 100 миллиардов на тонну отходов. Практика показала, что эта концентрация гарантирует, что эффективная популяция организмов увеличится до тысячи раз, поскольку они переваривают загрязнители.
Суть восстановления загрязненных экосистем заключается в максимальной мобилизации внутренних ресурсов экосистемы на восстановление своих первоначальных функций. Естественные процессы восстановления природных систем весьма продолжительны по времени, а главными агентами их самоочищения являются аборигенные углеводородокисляющие микроорганизмы. Стимулирование почвенной углеводородокисляющей микрофлоры безопасными биологически активными препаратами является эффективным биоспособом рекультивации и регенерации земельного участка. Площадь обработанного участка полигона с помощью спецтехники: бульдозеров, экскаваторов и катков-уплотнителей разравнивают, выполаживают, уплотняют, перед этим выполнив демонтаж рабочих скважин. Обработанный участок полигона становится вновь пригодным к дальнейшему складированию отходов или рекультивации. Эффективно так же использование композитов методом мелкодисперсного распыления водных композитов и смачивании ТБО по всему их объему непосредственно перед депонированием.
Будучи натуральными, препараты совершенно безопасны для человека и окружающей среды. Все ингредиенты органического происхождения и легко разлагаются. Не токсичны, не раздражает кожу, не вызывает сыпи и ожогов, не содержат горючих материалов, невзрывоопасны. При правильном использовании они безопасны для здоровья людей, животных, рыб и растительности.
Далее изобретение поясняется с помощью примеров.
Пример 1.
В результате использования состава при следующем соотношении компонентов, мас.%: протеаза - 2, каталаза - 5, амилаза - 2, трипсин - 4, пентоза - 1, пепсин - 4, бетаин - 2, димексид - 1, пероксид водорода - 3, декстроза – 2 и вода – 74 глубина переработки составила 95% и в 7 раз сократилось время деструкции органических веществ в отходах по сравнению с наиболее близким аналогом.
Пример 2.
В результате использования состава при следующем соотношении компонентов, мас.%: протеаза - 3, каталаза - 2, амилаза - 1, трипсин - 3, пентоза - 2, пепсин - 2, бетаин - 3, димексид - 2, пероксид водорода - 1, декстроза – 3 и вода – 78 глубина переработки составила 93% и в 6 раз сократилось время деструкции органических веществ в отходах по сравнению с наиболее близким аналогом.
Пример 3.
В результате использования состава при следующем соотношении компонентов, мас.%: протеаза - 5, каталаза - 3, амилаза - 4, трипсин - 1, пентоза - 3, пепсин - 3, бетаин - 1, димексид - 3, пероксид водорода - 2, декстроза – 1 и вода – 74 глубина переработки составила 94% и в 6,5 раз сократилось время деструкции органических веществ в отходах по сравнению с наиболее близким аналогом.
Пример 4.
В результате использования состава при следующем соотношении компонентов, мас.%: протеаза - 5, каталаза - 5, амилаза - 4, трипсин - 4, пентоза - 3, пепсин - 4, бетаин - 3, димексид - 3, пероксид водорода - 3, декстроза – 3 и вода – 63 глубина переработки составила 96% и в 7,5 раз сократилось время деструкции органических веществ в отходах по сравнению с наиболее близким аналогом.
Пример 5.
В результате использования состава при следующем соотношении компонентов, мас.%: протеаза - 2, каталаза - 2, амилаза - 1, трипсин - 1, пентоза - 1, пепсин - 2, бетаин - 1, димексид - 1, пероксид водорода - 1, декстроза – 1 и вода – 87 глубина переработки составила 91% и в 5,8 раз сократилось время деструкции органических веществ в отходах по сравнению с наиболее близким аналогом.
Таким образом, в указанном составе достигается синергетический эффект - увеличение глубины переработки и значительное сокращение времени деструкции органических веществ в отходах.
Кроме того, обеспечивается устранение выбросов парниковых газов, в первую очередь метана, запахов гниения отходов, регенерация земли под полигоном с защитой грунтовых вод, очищение дренажных вод, уменьшение количества депонированных отходов, продление срока службы полигонов, снижение эмиссионной антропогенной нагрузки на окружающую среду и возможность создания производства на основе глубокой переработки вторичных ресурсов.
Claims (2)
- Водный композит для утилизации твердых коммунальных отходов, характеризующийся тем, что содержит протеазу, каталазу, амилазу, трипсин, пентозу, пепсин, бетаин, димексид, пероксид водорода, декстрозу и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
-
Протеаза 2–5 Каталаза 2–5 Амилаза 1–4 Трипсин 1–4 Пентоза 1–3 Пепсин 2–4 Бетаин 1–3 Димексид 1–3 Пероксид водорода 1–3 Декстроза 1–3 Вода техническая остальное
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018125988A RU2680305C1 (ru) | 2018-07-13 | 2018-07-13 | Водный композит для утилизации твердых коммунальных отходов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018125988A RU2680305C1 (ru) | 2018-07-13 | 2018-07-13 | Водный композит для утилизации твердых коммунальных отходов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2680305C1 true RU2680305C1 (ru) | 2019-02-19 |
Family
ID=65442694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018125988A RU2680305C1 (ru) | 2018-07-13 | 2018-07-13 | Водный композит для утилизации твердых коммунальных отходов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2680305C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1368323A1 (ru) * | 1985-07-02 | 1988-01-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт По Креплению Скважин И Буровым Растворам "Вниикрнефть" | Состав дл утилизации отработанного глинистого бурового раствора |
| WO1998041646A1 (de) * | 1997-03-18 | 1998-09-24 | 2B Ag | Verfahren zur verwertung von pflanzlicher biomasse und schneckenpresse zur durchführung dieses verfahrens |
| RU2228227C1 (ru) * | 2002-10-07 | 2004-05-10 | Омский государственный университет | Способ обезвреживания ртутьсодержащих отходов |
-
2018
- 2018-07-13 RU RU2018125988A patent/RU2680305C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1368323A1 (ru) * | 1985-07-02 | 1988-01-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт По Креплению Скважин И Буровым Растворам "Вниикрнефть" | Состав дл утилизации отработанного глинистого бурового раствора |
| WO1998041646A1 (de) * | 1997-03-18 | 1998-09-24 | 2B Ag | Verfahren zur verwertung von pflanzlicher biomasse und schneckenpresse zur durchführung dieses verfahrens |
| RU2228227C1 (ru) * | 2002-10-07 | 2004-05-10 | Омский государственный университет | Способ обезвреживания ртутьсодержащих отходов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Copete-Pertuz et al. | Elimination of Isoxazolyl-Penicillins antibiotics in waters by the ligninolytic native Colombian strain Leptosphaerulina sp. considerations on biodegradation process and antimicrobial activity removal | |
| Lai et al. | Application of immobilized horseradish peroxidase for the removal of p-chlorophenol from aqueous solution | |
| EP1657223A1 (en) | Method and equipment for treating microcystin-containing water | |
| Chang et al. | Biodegradation of three tetracyclines in swine wastewater | |
| Kang et al. | Removal of pharmaceuticals and personal care products using native fungal enzymes extracted during the ligninolytic process | |
| Maksimova | Microbial biofilms in biotechnological processes | |
| CN101244882A (zh) | 采用超声波在污水生物处理过程中减少污泥的方法 | |
| CN106011033A (zh) | 用于处理煤化工废水的菌藻复合剂及其制备方法 | |
| RU2680305C1 (ru) | Водный композит для утилизации твердых коммунальных отходов | |
| JP2009090183A (ja) | 土壌、地下水の浄化方法、微生物の培養方法及び栄養剤 | |
| Shackle et al. | Exogenous enzyme supplements to promote treatment efficiency in constructed wetlands | |
| JP2007229646A (ja) | 地下水の浄化方法 | |
| EP0962492A1 (en) | Use of chitin and/or derivatives thereof as biocatalysts in the remediation of contaminated soils and fluids | |
| KR100737122B1 (ko) | 음식물 쓰레기 소멸처리용 목질 바이오칩과 그 제조방법 | |
| RU2713344C1 (ru) | Способ рекультивации полигонов коммунальных бытовых отходов | |
| KR102205139B1 (ko) | 광생물 미세폭기 반응기에 의해 생성된 유용 미생물을 함유하는 미생물 탈취제의 제조방법 | |
| KR19980033946A (ko) | 폐수처리용 활성미생물 배양물질 및 그 사용방법 | |
| EP2189422B1 (en) | Activated sludge material, reduction method of excess sludge amount in bioreactor, and maintenance method of bioreactor | |
| Butnariu et al. | Microbial interventions and biochemistry pathways for degradation of agricultural waste | |
| CN111470640A (zh) | 一种含油底泥和水体的多维度原位生物修复方法 | |
| Jahandideh et al. | Fungal treatment of pharmaceuticals in effluents: current state, perspectives, limitations, and opportunities | |
| RU2301258C2 (ru) | Способ очистки почвы от нефтяных загрязнений | |
| Birmole et al. | Role of Various Physicochemical Factors in Enhancing Microbial Potential for Bioremediation of Synthetic Dyes | |
| Wu et al. | RETRACTED ARTICLE: The bioremediation of metolachlor in soil using Rhodospirillum rubrum after wastewater treatment | |
| KR930011713B1 (ko) | 미생물을 이용한 계분 및 인분 정화제 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200714 |