一种将生物酶固定在陶瓷填料中的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及在污水处理工艺领域中一种生物酶固定化的方法，具体是指一种将生 物酶固定在陶瓷填料中的方法。
【背景技术】
[0002] 在曝气生物滤池工艺是于20世纪80年代末开创的一种新型的污水处理技术，由 于具有水力负荷大、水力停留时间短、出水水质好、运行费用少等的特点而受到越来越多的 关注。而该工艺的实质是在生物反应池内充填填料，在其填料表面和内部布满生物膜，通过 生物膜中微生物氧化分解作用将污水中的有机污染物去除，为此填料表面和内部生物膜的 形成、脱落和更新的速度和质量，就会直接影响净化效果。与其他微生物处理方法相比，酶 技术的应用具有催化效率高、反应条件温和、对设备要求低、反应速度快等优点。可以说酶 技术应用在废水处理中是一种很有潜力的方法，但是酶在高温、强酸条件下稳定性差，易失 活，酶活性易受到废水中污染物的影响，不能重复利用。固定化酶就是人们在寻求克服这些 不足的过程中不断改进发展起来的一项技术。
[0003] 酶的固定化是用固体材料将酶束缚或限制于一定区域内，仍能进行其特有催化反 应、并可回收及重复利用的一类技术，就是通过化学或物理的处理方法，使原来水溶性的酶 与固态的水不溶载体相结合或被载体包埋。作为固定化酶的一部分，载体材料的结构和性 能对固定化酶的各种性能都有着巨大的影响。固定化酶不仅在化学、生物学及生物工程、医 学及生命科学等学科领域的研究异常活跃，得到迅速发展和广泛的应用，而且因为具有节 省资源与能源、减少环境污染而符合可持续发展的战略要求。
[0004] 陶瓷填料（瓷环）具有优异的耐酸耐热性能、能耐除氟氧酸以外的各种酸、碱的腐 蚀。陶瓷填料可用于化工、冶金、制酸、煤气、制氧、钢铁、制药、精细化工等行业的洗涤塔、冷 却塔、回收再生塔、脱硫塔、干燥塔、吸收塔及反应器的内衬。它是由许多具有相同几何形状 的填料单元体组成。由于陶瓷独特的结构，具有良好的亲水性能，其表面可形成极薄的液膜 的湍动及气流的倾斜曲折通道能促进气流但又不阻挡气流使陶瓷填料能与金属填料相匹 敌，而其耐腐蚀、耐高温性能金属填料却无法相比。表面结构有良好的湿润性能，能使液体 加快流动、使填料滞液量降至最低。从而降低了过热、聚合和结焦的机会。
[0005] 作为具有"活性"的陶瓷填料，必须具备以下几个条件：
[0006] 1)首先要求具有比较大的比表面积，为微生物的生长和繁殖提供必要的场所。
[0007] 2)要求填料的的结构和空间有利于促进水体运动、增大污水中有机物与填料的接 触面积，提高传质作用。
[0008] 3)具有容易附着和固定的载体，在填料的表面和内部持续进行酶促反应，保持微 生物的活性。
[0009] 有关于酶固定化和生物填料的研究，相关的报道有[张巍巍，《硕士学位论文》，生 物碳纤维的酶固定化研究，20100604];中国专利CN200510035661. 9公开了一种带有污水 生物菌群的多孔陶瓷，在多孔陶瓷的孔隙里包含有可对污水进行生物处理且经低温干燥处 理、处于休眠状态的菌群，在使用时可使有益微生物以最快的速度繁殖，从而加快污水的净 化处理速度，提高污水处理效果。但该方法不能反复利用且容易失效，不适用于工业生产。 中国专利CN1314600C"改性微生物填料及其制备方法"，该发明高密度聚乙烯，再生胶粉，轻 质碳酸钙，甲壳毒，炭黑混合加入到丙酮混合溶液，让丙酮自然挥发后，投入螺杆挤出机中， 熔融挤出成型。由于使用马来酸酐，过氧化二异丙苯以及丙酮的化学药剂性质，降低了材料 素质对微生物的亲和性，同时经过熔融挤压后，破坏了材料内部的微孔隙结构。
[0010] 如何选择一种生产费用低廉，适用范围广，操作简易且可以反复利用的酶固定化 工艺，便成为当前酶固定化研究的一种普遍共识。而如何有效地实现将生物酶固定在陶瓷 填料中，也就成为时下的一个研究热点。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的是为了针对现有陶瓷填料的不足之处，提供一种有效地实现将生物 酶固定在陶瓷填料中的方法，并且具有实际可操作性，工业应用价值明显的特点。
[0012] 本发明提供了一种将生物酶固定在陶瓷填料中的方法，该方法包括：
[0013] 步骤一、将生物酶进行处理的过程；
[0014] 步骤二、将陶瓷填料进行处理的过程；
[0015] 步骤三、将处理后的生物酶和陶瓷填料混合制得生物陶瓷填料的过程；
[0016] 所述的步骤一包括：用NaOH溶液将蒸馏水的pH调到8. 0~8. 5,并加入过氧化氢， 使NaOH水溶液中含有质量含量为0. 06%的过氧化氢，将NaOH水溶液加热至30~35°C ;
[0017] 将选购的生物酶以1 : 5的质量比分散于上述NaOH水溶液中，用频率40~50K 赫兹超声波振20分钟，然后用5000r/min进行离心15分钟，取上清液；加入pH为9. 0的 0. 2mol/L的硼酸盐缓冲液溶解沉淀，滤去不溶物后得到碱性蛋白改性酶液，存放在温度 4 °C的冰箱里备用；
[0018] 所述的步骤二包括：将陶瓷填料振动过筛除灰除尘，加入改性剂，所述陶瓷填料 重量与改性剂的重量比为3:1，所述改性剂为按重量百分比包含1%~5%的氨基葡萄糖、 5%~15%的玉米浆、1 %~5%过氧化苯甲酰，1 %~2%的硫酸铁、5%~20%的蛋白胨、 53 %~87 %的乙酸乙酯混合物；
[0019] 所述的步骤三包括向步骤二所获得的陶瓷填料中加入步骤一所制得的碱性蛋白 改性酶液，充分搅拌后静置，所述碱性蛋白改性酶液的加入量与陶瓷填料的质量比为1 : 100-500 ;使用负压真空栗抽真空后，通风干燥，最后制成含水量为8-10 %的生物酶陶瓷填 料。
[0020] 优选地，所述的将生物酶固定在陶瓷填料中的方法中的工艺处理中所使用的NaOH 溶液、过氧化氢、氨基葡萄糖、玉米浆、蛋白胨、过氧化苯甲酰、硫酸铁、乙酸乙酯均为分析纯 试剂。
[0021] 优选地，所述的将生物酶固定在陶瓷填料中的方法中步骤一中为用0. 5M NaOH将 蒸馏水的pH调到8. 0~8. 5,并加入30%过氧化氢，并使NaOH水溶液中含有质量含量为 0. 06 %的过氧化氢。
[0022] 优选地，所述的将生物酶固定在陶瓷填料中的方法中步骤一中的硼酸盐缓冲液制 备方法为：取硼酸溶解于水中，然后再用40%氢氧化钠溶液调节pH至9. 0,并使溶液浓度为 0· 2mol/L的硼酸盐缓冲液。
[0023] 优选地，所述的将生物酶固定在陶瓷填料中的方法中步骤二的陶瓷填料的应满足 比表面积大于200m2/g、颗粒直径为10~20mm，空隙率大于95%。
[0024] 优选地，所述的将生物酶固定在陶瓷填料中的方法步骤二中的加入改性剂的加入 方式为喷雾的方式，喷雾时间为15~20分钟，喷雾的过程中翻动填料。
[0025] 优选地，所述的将生物酶固定在陶瓷填料中的方法中的步骤三中向步骤二所获得 的陶瓷填料中加入步骤一所制得的碱性蛋白改性酶液，充分搅拌后静置15~30分钟，真空 栗的压力为65~75KPa，抽真空时间为20~40分钟，干燥温度小于45度。
[0026] 优选地，所述的将生物酶固定在陶瓷填料中的方法，该方法包括：
[0027] 步骤一、将生物酶进行处理的过程；
[0028] 步骤二、将陶瓷填料进行处理的过程；
[0029] 步骤三、将处理后的生物酶和陶瓷填料混合制得生物陶瓷填料的过程；