השימוש באנזימים בטיפול במים כדי לשבור את הזיהום האורגני

Enzymes הם זרזי הטבע, המסוגלים לצבור תגובות ביוכימיות ספציפיות עם דיוק יוצא דופן. בהקשר של טיפול במים, הם מציעים גישה ממוקדת וסביבתית שפירה של מזהמים אורגניים - החל משומן וחלבונים לתרכובות סינתטיות מורכבות.כפי שביקוש עולמי לעצימות מים נקיים ותקנות על מהירויות משוחררות, טכנולוגיה נזימטית היא כמו אנזים כימיים או שיטות מתקדמות, אשר משמשות, כגון שיטות מחקר כימיות, כגון שיטות מחקר כימיות, כגון שיטות מתקדמות, כגון שיטות מחקר עדכניות, חומרים כימיים ואפקטיביות, ואפקטים, כגון שיטות מדעיות ואפקטיביות, ואפקטיביות, ואפקטיביות, כגון אנזימים, כגון שיטות פיזיות, ואפקטיביות, ואפקטיביות, ואפקטיביות, ואפקטיביות של תרופות ביולוגיות, ואפקטיביות, ואפקטים, ואפקטים, שיטות מחקר עדכניות של חומרים כימיים ואפקטיביות, אשר משמשות של חומרים כימיים ואפקטים, כגון אלה, כגון שיטות טכנולוגיות מתקדמות, כמו שיטות מחקר עדכניות של חומרים כימיים, אשר משמשות, כגון שיטות טכנולוגיות מתקדמות, כגון שיטות פיזיות של תרופות ביולוגיות, כגון שיטות מתקדמות, כגון שיטות פיזיות, כגון שיטות מתקדמות

מה זה Enzymes?

Enzymes הם חלבונים - או, במקרים מסוימים, מולקולות RNA - שפועל כמו זרז ביולוגי.כל אנזים יש אתר פעיל עם צורה תלת-ממדית ייחודית שמתאימה למולקולות ספציפיות, הידועות כ substrates. על ידי המחייבת את תת-התת, האנזים מוריד את אנרגיית ההפעלה הנדרשת עבור התגובה להמשיך, באופן דרמטי להגדיל את השיעור שבו תת-התחול הופך למוצר כימי לעתים קרובות, הדורש תנאים קלים, כלומר, תחת טמפרטורות קלות, כמו גם כן, כמו גם טמפרטורות קלות, כמו גם כן, באופן אופטיממות, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם טמפרטורות טמפרטורות קלות, כמו גם טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות סבירות, כמו גם טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות קלות, טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות , באופן אופטימיות.

בטבע, אנזימים אחראים על פירוק החומר האורגני.מיקרואורגניזמים מזכירים אנזימים כדי לשבור פולימרים מורכבים (כמו חלבונים, שומנים ופחמימות) למולקולות קטנות יותר, משפחתיות. מחזור זה טבעי decomposition הוא הבסיס שעליו טיפול במים אנזים מהונדסיים בנוי.

כיצד Enzymes לעבוד בטיפול במים

בהקשר של טיפול במים, אנזימים פועלים על זיהום אורגני באותה הדרך שבה הם פועלים על תת-שכבות טבעיות.מנגנון התגובה הספציפי תלוי במעמד האנזים ובכימיה המקוטבת, אך התהליך הכולל כרוך:

(FLT:0) הכרה וחייב: FLT:1 האתר הפעיל של האנזים מזהה ומחייב את המולקולה המקוטבת (או קבוצה פונקציונלית מסוימת בתוכו).
(ב) [15] ⁇ : ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(FLT:0)Release: FLT:1 המוצרים המפוזרים - קטנים יותר, פחות רעילים, ומולקולות ביו-דידות יותר - משוחררים, והאנזימים חופשיים לקשור מולקולה נוספת.

לדוגמה, האנזים ליפיאז זרז את הידרוליזה של שומן triglyceride לתוך גליגליצרול וחומצות שומן חינם.מוצרים אלה הם אז נצרך בקלות על ידי חיידקים בשלבים הבאים של טיפול ביולוגי. בדומה, proteases cleaves אג"ח peptide חלבונים, מניב חומצות אמינו, בעוד amylass hydrozech לתוך סוכרים פשוטים.

Enzyme Kinetics in Wastewater

יעילות הטיפול האנזימטי תלויה במספר גורמים: ריכוז האנזים, ריכוז תת-קרקעי, טמפרטורה, pH, נוכחות מעכבים או פועלים.בשפכים אמיתיים, תנאים לעתים רחוקות הם אופטימליים, ולכן מהנדסים חייבים לתכנן בקפידה כורים כדי לשמור על פעילות אנזים מתאימה. Immobilization - אנזימים לתומכים מוצקים - משפרים לעתים קרובות את היציבות ומאפשרים שימוש מחדש, מה שהופך את התהליך הכלכלי יותר.

סוגים עיקריים של אנזים המשמשים לטיפול במים

ארסנל מגוון של אנזימים נחקרו ומיישמים טיפול במים.כל מחלקה מכוונת סוגים שונים של contaminants אורגניים, המאפשר פתרונות מותאמים לתעשיות מסוימות או זרמי פסולת.

המונחים:

Proteases (נקרא גם חלבונים או peptidaes) הידרוליזה את האג"ח peptide המקשר חומצות אמינו חלבונים.הם בשימוש נרחב בטיפול של שפכים מ עיבוד מזון (למשל, בשר, חלב, מאכל, מאכלי ים), בתי מטבחיים, וביוב המקומי, שבו חלבונים מהווים חלק משמעותי של העומס האורגני.

ליפיז

ליפיז שופכים את הידרוליזה של triglycerides (שומן ושמן) לתוך גליצרול וחומצות שומן חינם.הם לא יקר בטיפול שפכים במלכודת, שמן אכיל, ופסולת מסעדה.ללא טיפול טרום-טיפול, שומנים יכולים לחזק צינורות, clogs, וטיפוח ביולוגי, צמצום חמצן נגיש גם כדי להפוך את יעילותם של חיידקים קלים יותר.

איימילס

איימילס שוברים עמיבים לסוכרים פשוטים יותר (maltose ו גלוקוז) הם משמשים בדרך כלל בשפכים מצמחי עיבוד מזון, מאפיות, מבשלות, ומתקני מליכון רטובים תירס. על ידי צמצום צ'נקוסנטיה ו solubility, amylases להקל על השמדה ולשפר את הטיפול הכולל של effluent. כמה amyes גם להפגין פעילות נמוכה, שהופכת פסולת מתאימה.

תאים

Cellulas hydrolyze cellulose - פוליsaccharide ליניארי המורכב יחידות גלוקוז - לתוך cellobiose וגלוקוז. כיתה זה חיוני לטיפול פסולת מתעשיית נייר ופולס, ייצור טקסטיל, עיבוד חקלאי.טיפול Cellse להפחית את ההפרעה ואת התוכן fibrous של effluents יכול גם לשפר את הכדאיות של תאים בלחמה.

לקט ספרים

לקטונים שייכים למשפחה הרב-קולרית של oxidase וקטיש את החמצן של מגוון רחב של תת-סטריטים, כולל תרכובות פנוליטיות, קוויות וצבעים סינתטיים.הם יעילים במיוחד ב degrading recalcitrantמזהמים כגון chlorophenols, bisphenol A, וטרימטמים.

Peroxidas

Peroxidases (למשל, סוסי peroxidase, lignin peroxidase, Manganese peroxidase) oxidize substrates באמצעות מימן peroxidase כסוכן חמצון. הם יעילים נגד תרכובות פנוליטיות, amines ארומטיות, וצבעים מסוימים. Peroxidas יכול פולימרט או precipitate כמה conminants, אופטימיזציה, אופטימיזציה של הטקסטילציה שלהם הוא אופטימיזציה של התרופה שלהם.

היתרונות של שימוש באנזימים בטיפול במים

אימוץ טיפול נזימטי מציע יתרונות רבים על שני התהליכים הביולוגיים הכימיים והקונבנציונליים:

(FLT:0) תאימות סביבתית: ⁇ 1) אנזימים הם ביו-דידה ובדרך כלל לא רעילים.שימושם מפחית את הצורך בכימיקלים קשים (למשל, כלור, אוזון, אוזון או רטינטון) ואת הסיכון המשויך לייצור חומרים מזיקים.
(FLT:0) בחירה גבוהה: 1.10.10.Azy היעד contaminants ספציפיים מבלי להשפיע על מיקרואורגניזמים מועילים או תרכובות שאינן target.דיוק זה מקטין את הנזק הטמון במערכת האקולוגית.
(FLT:0) תנאי הפעלה: FLT:1 רוב האנזים עובדים הכי טוב בטמפרטורות בין 20-50 מעלות צלזיוס ו- pH ליד-neutral.זה מקטין צריכת אנרגיה וחילון ציוד בהשוואה לשיטות חמצון כימי הדורשות טמפרטורות גבוהות או pH קיצוני.
ייצור הזינוק:0 (ההפצה של אנזימים:0) התמוטטות אנזומטית מניבה לעתים קרובות מולקולות קטנות יותר אשר נצרכות בקלות רבה יותר על ידי ביומסה, ובכך מורידה את נפח העודף בהשוואה למשקעים פיזיים או כימיים.
(FLT:0) קינטיקה מקודמת:FLT:1 תגובות אנזים ניתן להזמין גודל מהר יותר מאשר חילוף החומרים המיקרוביאלי עבור תת-סטריטים ספציפיים, המאפשרים זמני שימור הידראוליים קצרים יותר בכורים.
(FLT:0) לסיכון רעילות: FLT:1, המוצרים המפוזרים הם בדרך כלל פחות רעילים מאשר המדבקות המקורית, שיפור איכות יעילה וצמצום הסיכון האקולוגי.

יישומים של Enzymes in different Water Treatment Stages

ניתן לשלב התערבויות נזימטיות בנקודות שונות בתוך רכבת טיפול במים, בהתאם למזהמים ולתוצאה הרצויה.

טיפול מוקדם

בשלבים המוקדמים של הטיפול, אנזימים משמשים לשומן טרום-מצוץ, שמנים, נזלת (FOG), חלקיקים אורגניים גדולים.לדוגמה, מלכודות מזון במסעדה לעתים קרובות לקבל ניסוחים ליקריד מצטבר, מניעת חוסמים, ריחות, וצמצום תדירות ניקוי ידני.

טיפול ביולוגי (טיפול שני)

Enzymes ניתן לעשות ישירות לתוך אגן סלים מופעל, מחסנים אצווה (SBRs), או membrane ביולוגיים (MBRs) כדי לשפר את ההשפלה של תרכובות recalcitrant. לדוגמה, תוספות laccase הוכח כדי לשפר את הסרת micropollutants כמו nonylphenol ו trican עירוניים בפסולת, הם צורך אנזימים חיצוניים כדי לייצר אנזימים.

טיפול דחוף ופולנית

עבור שימוש חוזר באיכות גבוהה, ליטוש אנזימטי יכול לכוון contaminants. Peroxidas ו laccases שימושיים במיוחד להסרת כימיקלים, תרופות, ואת שאריות חומרי הדברה. אנזימים Immobilized ממוקם לאחר טיפול משני להציע מחסום סופי לפני המים משוחרר או משוחזר עבור irrigation, תעשייתי, או אפילו רטיוז.

פסולת תעשייתית

כמה תעשיות אימצו טיפול נזימטי כפתרון מיוחד:

(FLT:0) תעשיית הפורטל: FLT:1 Laccases ו peroxidas decolorize צבע-bath effluents. Amylases להסיר סוכנים המבוססים על עמילנץ ממרקם מייצור מי פסולת.
(ב) ,0) תעשיית הטבע: 1FLT:1 Lipases ו proteases degrade חלב שומן וחלבונים, צמצום ה-COD ומניע ריחות רעים.
(ב) ויקרא י"א: ויקרא י"א): "ה' (ב"ב) ו'[[המאה ה-20]] ו[[1924]], [[1924]] ו[[1924]]
(ב) [15] מזון ומשקאות: 1FLT 1 Amylases ו glucanases תהליך פסולת עשירה ברעב מ מבשלים, מזקקות, וצמחי עיבוד פירות.
(FLT:0)Pharm אתית וכימיקלית: FIRLT:1 , ⁇ , peroxidas, ו nitrilases derated חומרים תרופות פעילים ספציפיים ו ביניים סינתטי.

אתגרים ומגבלות

למרות היתרונות ברורים, אימוץ נרחב של טיפול במים אנזים עומד בפני כמה מכשולים כי מחקר מתמשך נועד להתגבר.

יציבות zyme

Enzymes רגישים לתנאי סביבה.טמפרטורות גבוהות, pH קיצוני, מתכות כבדות וכוחות Shear גבוהים יכולים להרוס אותם, גרימת אובדן פעילות.בהרבה פסולת תעשייתית, תנאים אלה הם בלתי נמנעים.

עלויות הייצור וההפצה

ייצור אנזים באמצעות תסיסה מיקרוביאלית משתפר, אך העלות לקילוגרם נותרה גבוהה יותר מזו של כימיקלים רבים.ההוצאה מוצדקת לעתים קרובות עבור יישומים בעלי ערך גבוה או לטיפול במזהמים רעילים שבהם חלופות כימיות הן אפילו יקרות יותר.

אסטרטגיות Immobilization

אנזים ממריצים על תמיכה מוצקה (למשל, סיליקה, alginate beads, חלקיקים מגנטיים, membranes פולימרי) מאפשר שימוש ופעולה רציפה.עם זאת, אי-יציבות יכולה להפחית את הפעילות הקינטית של האנזים, ואת חומרי התמיכה להוסיף.פיתוח בעלות נמוכה, בעלות גבוהה כי תומך בפעילות האנזים נשאר עדיפות.

Inhibition by Contaminants

הרבה פסולת מים מכילים חומרים מעכבים - מתכות כבדות, פותרים אורגניים, גולשים, או ריכוזי מלח גבוהים - שיכולים לקשור לאתר הפעיל או לשבש את המבנה של האנזים.כמה contaminants לפעול כמעכבים תחרותיים, להתחרות ישירות עם היעד substrate. a secret Characterization of the Waste and, אם יש צורך, pre-טיפול מראש כדי להסיר את העלולים להיות נדרשים לפני טיפול יעיל יכול להיות טיפול zy יכול להיות יעיל.

התקדמות וחדשנות

ביוטכנולוגיה מרחיבה במהירות את תיבת הכלים של אנזימים הזמינים לטיפול במים ושיפור הביצועים שלהם בתנאים מאתגרים.

הנדסה Enzyme

אבולוציה ישירה ועיצוב רציונלי מאפשרים למדענים ליצור גרסאות אנזים עם יציבות משופרת, טווח תת-קרקעי רחב יותר, או פעילות גבוהה יותר.לדוגמה, החוקרים פיתחו גרסאות laccase שנשארו פעיל בנוכחות ריכוזים עתיריים גבוהים אופייניים של מי פסולת טקסטיל.

ננובינוטכנולוגיה

Immobilization על ננו-חומרים - כגון צינורות פחמן, תחמוצת גרפן, חלקיקים מגנטיים וננופיברים - מספק שטח על פני השטח גבוה, העברה המונית מוגברת, והחלמה קלה. Enzyme-nanoparticle congates לעתים קרובות להפגין יציבות משופרת ויכול להיות בשימוש פעמים רבות. היפרדות מגנטית של אנזימים לא מטופחים הוא אטרקטיבי במיוחד עבור תהליכים זורמים רצופים.

מערכות היברידיות

שילוב אנזימים עם טכנולוגיות טיפול מתקדמות אחרות יכול למנף את נקודות החוזק של כל אחת מהן:

(FLT:0) כורים של אנזיים-מברנן: ⁇ FLT ( 1 Enzymes) נשמרים בצד אחד של קרום סלקטיבית, המאפשר הסרת מוצר רציפה ואנזימים גבוהים.
(ב) ⁇ :0) ⁇ -פוטקטליטי: (הראשונה ל-Aceerph: 1) ⁇ או peroxidas לעבוד יחד עם photocatalysts (למשל, TiO2) כדי לזלזל במזהמים עמידים בפני כל שיטה בלבד.
(FLT:0) אנזימים-זנון: ⁇ 1 (Ozone pre- Treatmentment) יכול לשבור מולקולות מורכבות לתוך תת-שכבות קטנות יותר כי אנזימים יכולים בקלות רבה יותר.
(FLT:0) Enzyme-biofilm סינרגיה: ⁇ FLT 1:1 Enzymes נעשה לתוך כורי ביופיל כדי להפחית את עובי ולשפר את העברת ההמונים, שיפור הטיפול הביולוגי הכולל.

Bioinformatics ו Enzyme Discovery

מטאגנומיקים – המחקר של חומר גנטי החל מדגימות סביבתיות – חשף אלפי רצפי אנזימים חדשים מסביבות קיצוניות (למשל, מעיינות חמים, vents עמוקים-ים, אדמה מזוהמת) אנזימים אלה לעתים קרובות יש יציבות יוצאת דופן ופעילויות חדשניות.ההקרנה משלימה יכול לזהות במהירות מועמדים מבטיחים עבור contaminants ספציפיים, מאיצה את הצינור מגילוי ליישום.

פרספקטיבה עתידית

העתיד של טיפול במים אנזים הוא שילוב, התאמה אישית ועיצוב אינטליגנטי.כפי תקנות על מיקרופולנטים הידוק והביקוש לשימוש במים גדל, אנזימים מציעים אפשרות ללטש מדויקת וברת קיימא.

מערכות אנזים חכמות:0 (FLT:1) אנזימים ממאירים בשילוב עם חיישנים שמתאימים לעשייה בהתבסס על רמות זיהום בזמן אמת.
(ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
ייצור האנזים באתר:0 (FLT:1 ⁇ ) bioreactors בקנה מידה קטן המייצר אנזימים מזין זול, צמצום עלויות ההובלה והסיכוני שרשרת האספקה.
(FLT:0) שילוב הכלכלה של משק הדם:FLT:1 Enzymes שימש כדי לשחזר מוצרים יקרי ערך (למשל, חומצות שומן, סוכרים, חומצות אמינו) מזרמי פסולת, להפוך טיפול לתהליך רב-משאבים.

שיתוף פעולה מתמשך בין חוקרים אקדמיים, יצרני אנזימים וכלי מים יהיה חיוני להתגבר על מחסומים בעלי עלויות ויציבות שנותרו.הפוטנציאל ברור: אנזימים יכולים להפוך את הטיפול במים מתהליך אנרגיה כימי כבד לפעולה עדינה, יעילה וידידותית לסביבה המגינה על בריאות הציבור ועל מערכות אקולוגיות מימיות.

מסקנה

Enzymes מייצג קבוצה חזקה של כלים כדי לשבור את זיהום אורגני בטיפול מים.הפרטים הגבוהים שלהם, תנאי הפעלה קלים, ו biodegradability להפוך אותם אלטרנטיבה אטרקטיבית - או להשלים - שיטות קונבנציונליות.מהסתברות במי פסולת מזון לשקפות מזון לשקפות הכרחיות בפתרונות סביבתיים, כל רמה של אנזים מציעה יכולות השקעה ייחודיות שיכול להיות מותאם ליציבות מסוימת, בעוד עלויות, נשארות בעיות אנזים, כמו גם מבטיחות, כמו פתרונות פיתוח אוויריות, כמו גם כן, כמו גם פיתוח אוויריות.