آنزیم چیست؟
آنزیمها بیوکاتالیستهایی هستند که میتوانند آلایندههای آلی موجود در فاضلاب، مانند پروتئینها، روغنها، گریسها، آفتکشها، داروها، محصولات مراقبت شخصی و ترکیبات فنلی را به طور مؤثر تجزیه زیستی کنند. علاوه بر این، سیستمهای آنزیمی برای راندمان تصفیه فاضلاب بسیار مهم هستند.
انواع آنزیم در تصفیه فاضلاب
سیستمهای آنزیمی آزاد، آنزیم های تثبیت شده و سیستم های آنزیمی مرتبط با واسطه های آنزیمی، رایجترین سیستمهای آنزیمی در تصفیه فاضلاب هستند.
بافت ها یا اندام های حیوانات عملکردهای پیچیدهای دارند و معمولاً حاوی آنزیمهای متعددی هستند که حیوانات را به منابع آنزیمی بزرگی تبدیل میکند. در حال حاضر، آنزیمهای حیوانی در صنایع غذایی و دارویی و سایر زمینه ها استفاده می شوند. با این حال، کاربردهای محدودی در تصفیه فاضلاب دارند. لیپازها آنزیمهای حیوانی غالب موجود در فاضلاب هستند که بیشتر آنها به دلیل هزینه نسبتاً پایین از پانکراس خوک استخراج می شوند.
گیاهان یکی از منابع آنزیمی ضروری برای تصفیه فاضلاب هستند. پراکسیدازها یکی از آنزیمهای گیاهی مورد مطالعه در زیستپالایی فاضلاب هستند و ترب کوهی رایجترین منبع آنزیمی است. گیاهان دیگری مانند سویا، کلم بروکلی، برگهای سدرلا فیسیلیس ، برگهای کلم، کهور و برگهای چای نیز به عنوان منابع پراکسیداز برای حذف رنگها، ترکیبات فنلی دارویی و سایر آلایندههای نوظهور از فاضلاب استفاده شدهاند. نمونه های بیشتری در جدول زیر نشان داده شده است. پراکسیدازها آنزیمهای ضروری در تصفیه فاضلاب هستند زیرا می توانند اکسیداسیون طیف وسیعی از ترکیبات هالید/سودوهالید، از جمله رنگها، داروها، ترکیبات فنلی و سایر آلاینده های نوظهور را کاتالیز کنند.
آنزیمهای رایج حیوانی و گیاهی مورد استفاده در تصفیه فاضلاب
| انواع آنزیم | منابع آنزیم | سیستمهای آنزیمی | دوز آنزیم | کاربردها |
| لیپاز | پانکراس خوک | آنزیم آزاد | ۵۰ تا ۲۰۰۰ میکرولیتر، ۴.۷۶ درصد وزنی محلول لیپاز | هیدرولیز چربی حیوانی |
| لیپاز | پانکراس خوک | آنزیم تثبیتشده | ۰.۵ گرم لیپاز بیحرکت | حذف رنگ آزو |
| لاکاز | پنیرک پارویفلورا | آنزیم آزاد | ۷۶۰ واحد در میلیلیتر | تخریب رنگ |
| لاکاز | سماق(Rhus vernicifera) | با نانولولههای کربنی عاملدار (FCNTs) شبکهای شده | ۱ میلیگرم لاکاز به ۲۰ میلیلیتر محلول آبی FCNTs اضافه شد و سپس ۱۰ میکرولیتر از مخلوط به هر الکترود اعمال شد. | بیوسنسور، برای تشخیص پارا کرزول |
| پراکسیدازها و پلی فنل اکسیداز | چای سبز | تثبیتشده روی نانوذرات | ۰.۸ واحد در میلیلیتر | حذف فنل |
| پراکسیداز | ترب کوهی | تثبیتشده بر روی چارچوب آلی کووالانسی مبتنی بر آزا کالیکسآرن (COF) | ۰.۸ نانومتر | ۷ نوع حذف آلایندههای نوظهور |
| پراکسیداز | ترب کوهی | تثبیتشده روی نشاسته ذرت کاتیونی | 4 واحد در میلیلیتر | رنگزدایی رنگ آزو |
| پراکسیداز | ترب کوهی | تثبیتشده روی فوتوکاتالیست مبتنی بر g-C3N4 ACN45 | ۲۰ میلیگرم | حذف بیسفنول A |
| پراکسیداز | ترب کوهی | با واسطه ۲،۲-آزینو-بیس-(۳- اتیل بنزوتیازولین-۶-سولفونیک اسید) (ABTS) | ۰.۶ واحد در میلیلیتر | تخریب تتراسایکلین |
| پراکسیداز | ترب کوهی | آنزیم آزاد | ۰.۰۱–۰.۳۰ واحد در میلیلیتر | تخریب تریکلوزان |
| پراکسیداز | سویا | آنزیم آزاد | ۰.۰۱–۰.۳۰ واحد در میلیلیتر | تخریب تریکلوزان |
| پراکسیداز | سویا | آنزیم آزاد | ۰.۰۰۴–۰.۰۵۰ واحد در میلیلیتر | تخریب آریلامینها |
| پراکسیداز | سویا | آنزیم آزاد | برای ۳-هیدروکسی کینولین:۰.۱ واحد در میلیلیتر؛ برای ۳-آمینو کینولین:۵.۰ واحد در میلیلیتر | تخریب ۳-هیدروکسی کینولین و ۳- آمینوکینولین |
| پراکسیداز | سویا | تثبیتشده روی نانوذرات اکسید آهن سوپرپارامغناطیس روکششده با سیلیس | ۹.۰۲ × ۱۰۲− ۹ متر | تخریب رنگ |
| پراکسیداز | کهور(Prosopis juliflora) | آنزیم آزاد | ۰.۵ واحد در میلیلیتر | حذف فنل |
| پراکسیداز | تربچه ساتیووس واریته نیجر | آنزیم تثبیتشده | ۰.۱ تا ۱.۸ واحد در میلیلیتر | حذف ترکیبات فنلی |
| پراکسیداز | برگ کلم | آنزیم تثبیتشده | ۵ میلیگرم آنزیم تثبیتشده | رنگزدایی |
| پراکسیداز | برگهای سدرالا فیسیلیس | آنزیم آزاد | 10 میلیلیتر پراکسیداز تا حدی خالصشده به 100 میلیلیتر محلول رنگ اضافه شد. | رنگزدایی |
| پراکسیداز | گل کلم | آنزیم آزاد | فعالیت اولیه آنزیم 0.4 واحد بود | تخریب رنگ |
| پراکسیداز | میوه دی سی زانتوگزیلوم آرماتوم | آنزیم آزاد | ۲۰۰ واحد در میلیلیتر | حذف فنل |
| پراکسیداز | تربچه سیاه ترکی | نانوگلهای هیبریدی پراکسیداز-Cu2+ و آنزیم آزاد | غلظتهای یکسانی از نانوگل هیبریدی (4.04 واحد بر میلیگرم) و آنزیم آزاد (0.89 واحد بر میلیگرم) به ترتیب به حجم کاری 3 میلیلیتر اضافه شدند. | رنگزدایی |
| پراکسیداز | کلم بروکلی | آنزیم آزاد | ۰.۱۴ واحد در میلیلیتر | رنگزدایی رنگ آزو |
| پراکسیداز | زنجبیل | تثبیتشده روی نانوکامپوزیت پلیپیرول سلولز-اکسید گرافن | ۰.۰۸ واحد در میلیلیتر | تخریب رنگ |
میکروارگانیسمها منابع آنزیمی گسترده ای هستند که معمولاً برای تولید آنزیم تجاری استفاده می شوند. میکروارگانیسمهایی که به عنوان منبع آنزیم عمل میکنند، مزایای متعددی دارند. اولاً، کشت آنها آسان است و به دلیل سرعت رشد سریع، بازده بالایی دارند. ثانیاً، میکروارگانیسمها به دلیل گونهها/عملکردهای متنوع و ساختارهای سلولی ساده، در مقایسه با حیوانات و گیاهان به راحتی قابل انتخاب و اصلاح هستند. ثالثاً، میکروارگانیسمها، به عنوان تجزیهکننده، میت وانند آنزیمهای متنوعی را برای تجزیه ترکیبات مختلف در فاضلاب تولید کنند. کاندیدا روگوزا، سودوموناس آئروژینوزا UKHL1، آسپرژیلوس اوریزا و سایر میکروارگانیسمها به عنوان منابع لیپاز برای تجزیه روغنها و گریسها از فاضلاب استفاده شدهاند.
لاکازها آنزیمهای ضروری در زیستپالایی فاضلاب هستند و قارچ ترامتس ورسیکالر رایجترین منبع لاکازها است. لاکازها رایج هستند و حشرات، گیاهان و میکروارگانیسمهایی مانند قارچها و باکتریها همگی منابع احتمالی آنزیم لاکاز هستند. در حال حاضر، لاکازهای موجود در تصفیه فاضلاب عمدتاً از میکروارگانیسمهایی مانند Trametes versicolor، Sulfitobacter indolifex، B. amyloliquefaciens LC02 و Myceliophthora thermophilia مشتق میشوند.
آنزیمهای میکروبی برای تصفیه فاضلاب
| انواع آنزیم | منابع آنزیم | منبع میکروبی | سیستمهای آنزیمی | دوز آنزیم | کاربردها |
| لیپاز | کاندیدا روگوزا | یک نمونه هدیه | آنزیم آزاد | بارگذاری آنزیم 0.2٪ (وزنی/حجمی) | تصفیه فاضلاب لبنی |
| لیپاز | کاندیدا روگوزا | ارائه شده توسط سوختهای زیستی توسط واحد تحقیقات بیوکاتالیستها | آنزیم آزاد | ۲۰.۲ واحد در میلیلیتر | تری گلیسیرید |
| پروتئاز قلیایی | باسیلوس سودوفیرموس SVB1 | جدا شده از صنعت دباغی | آنزیم آزاد | ۱۸۵ واحد در میلیلیتر | لجن صنایع لبنی و خانگی |
| پروتئاز | لیزینیباسیلوس ماکروئیدس | جدا شده از خاک دباغی – کل جامدات محلول در فاضلاب دباغی | تثبیتشده روی کربن فعال نانومتخلخل عاملدار شده با EDA/گلوتارآلدهید | ۲۹۴ واحد/گرم | تخریب پروتئینها |
| پروتئاز | سویه باسیلوس سرئوسKM201428 | اشاره نکرد. | آنزیم آزاد | ۵۰ میلیلیتر حجم کاری به همراه ۱۰ میلیلیتر عصاره پروتئاز خام | تخریب رنگ |
| پروتئاز | ترامتهای ورسیکالر | جدا از یک پارک | آنزیم آزاد | ۲۸۰ واحد در میلیلیتر | فاضلاب آبی – تجزیه بیولوژیکی |
| پروتئاز | ترامتهای ورسیکالر | خریداری شده | تثبیتشده روی نانوگلهای هیبریدی Ni3(PO4)2 | ۰.۰۵ واحد در میلیلیتر | تخریب آنتیبیوتیکها |
| پروتئاز | ترامتهای ورسیکالر | ارائه شده توسط آزمایشگاهها | آنزیم آزاد | غلظت لاکاز:۰.۰۳–۰.۶ گرم در میلیلیتر | حذف ایبوپروفن |
| پروتئاز | ترامتهای ورسیکالر | خریداری شده | تثبیتشده روی نانوکامپوزیتهای نانولوله کربنی (CNTs) | ۰.۰۳ گرم در لیتر | حذف رنگ |
| پروتئاز | ترامتهای ورسیکالر | خریداری شده | تثبیتشده روی داربست پلیلاکتید چاپ سهبعدی | داربست پلیلاکتید چاپ سهبعدی با ۲۰ میلیگرم لاکاز به ۵۰ میلیلیتر فاضلاب اضافه شد. | حذف استروژن |
| پروتئاز | میسلیوفتورا ترموفیلا | خریداری شده | تثبیتشده روی میکروسفرهای لیگنین کرافت اصلاحشده با اکریلیک | ۵۰ میلیگرم لاکاز بیحرکت | تخریب رنگ |
| پروتئاز | B. amyloliquefaciens LC02 | اشاره نکرد. | تثبیتشده روی چارچوب مغناطیسی ایمیدازولات زئولیتی | ۱۰۰ واحد در لیتر | رنگزدایی |
| پراکسیداز | استرپتومایسس کولیکالر | جدا شده از جنگلهای حرا در ایالت کارناتاکای جلادی، هند. | آنزیم آزاد | ۱۰۰ واحد در لیتر | رنگزدایی |
| پراکسیداز | گونه Serratia | ارائه شده توسط آزمایشگاه | آنزیم آزاد، با واسطه ABTS | ۰.۲ میلیگرم بر میلیلیتر | تصفیه فاضلاب نساجی |
| پراکسیداز | P. chrysosporium BKMF1767 | خریداری شده | آنزیم آزاد | ۰–۸۰ واحد در لیتر | اکسیداسیون سولفامتوکسازول |
| پراکسیداز منگنز | میروزیما کارائیبیکاSSA1654 | جدا شده از همزیستهای روده موریانه | آنزیم آزاد | ۲۳–۲۷ واحد در میلیلیتر | تخریب رنگ |
| گلوکز اکسیداز | آسپرژیلوس نیجر | اشاره نکرد. | آنزیم آزاد | ۱۰۰ واحد در میلیلیتر | حذف آلایندههای آلی کمیاب |
| گلوکز اکسیداز | آسپرژیلوس نیجر | تهیه شده از مجموعه ملی میکروارگانیسمهای صنعتی (پونا، هند) | آنزیم آزاد | ۱۰۰–۱۰۰۰ واحد در لیتر | تخریب دارویی |
| گلوکز اکسیداز | آسپرژیلوس نیجر | خریداری شده | تثبیتشده روی نانوبیوکاتالیست مسطح دوبعدی متشکل از اکسید گرافن (GO) | حداکثر فعالیت آنزیم:168 ± 7.94 واحد/میلیگرم-GO؛بارگذاری آنزیم تثبیتشده:0.02-0.10 گرم-GO/m2 | ضد رسوب غشایی |
| گلوکز اکسیداز | میکروبی بیهوازی | مخلوط تخمیر شده از شکر زرد، ضایعات آلی و آب به نسبت ۱:۳:۱۰ | آنزیم آزاد | ۵ تا ۲۰ درصد (حجمی/حجمی) از کل حجم | زیست پالایی شیرابه محل دفن زباله شهری |
| گلوکز اکسیداز | میکروبی بیهوازی | مخلوط تخمیر شده از شکر زرد، پوست میوهها (آناناس، موز، پرتقال و لیمو) و آب به نسبت ۱:۳:۱۰ | آنزیم آزاد | ۵ تا ۲۰ درصد (حجمی/حجمی) از کل حجم | تصفیه زیستی شیرابه محل دفن زباله |
