[发明专利]用微生物胞外碳酸酐酶去除碳酸钙垢的方法

说明书

技术领域

本发明属于工业水处理技术领域，具体涉及利用微生物胞外碳酸酐酶去除碳酸钙垢的方法。

背景技术

工业用水系统中，碳酸钙垢的存在影响换热、循环水等的水质。运行一定时间后，工业锅炉的金属表面极易形成水垢，形成水垢的主要原因是锅炉给水中含有一定数量的钙、镁盐类，在锅炉内部受压力、温度等因素的影响发生物理和化学变化，生成各种类型的水垢。循环冷却水系统在工业生产用水中占有重要地位，占有工业用水量70％-80％。在冷却水循环利用过程中，水分不断蒸发，水中难溶盐离子浓度不断增加，逐渐达到饱和状态，可能从水中析出成垢。碳酸钙垢可能沉积在设备或管道表面结成水垢、污垢，不但降低了传热效率，增加能耗，给系统的安全、正常运行带来隐患，使得水处理剂无法及时到达金属表面而失效，加速了金属腐蚀的速度等，结垢严重时甚至可能导致停产。因此及时地去除水系统中的各类污垢，不仅仅是节能、安全的需要，也是延长设备使用寿命的需要。

阻垢剂的发展经历了从最初的天然有机物到无机聚磷酸盐，直至现在的全有机配方聚合物的过程。上世纪三十年代开始，人们开始研究冷却水。由于水资源的限制和成本的制约，冷却水已由直流水改为了循环水。水的循环使水中盐类浓缩，二氧化碳逸散，导致循环水系统结垢严重。为减轻结垢，采用CO₂或加H₂SO₄进行酸化处理，减轻结垢。这一阶段，人们对循环水引起的危害性认识不足，水处理技术处于初级阶段。上世纪五十年代至六十年代，随着认识的深化和工业的需求，开发了许多水处理剂，如聚磷酸盐、铬酸盐等水处理配方。其中铬酸盐/聚磷酸盐/锌盐水处理配方(一般称铬系配方)的应用最为成功。上世纪七十年代以来，国外冷却水技术发展迅速，采用了扩大的磷酸盐处理配方、全有机配方和碱性水等，磷系水处理剂被发现并应用于工业循环水中以来，因为其无毒、低价及具有良好的缓蚀与阻垢性能，目前在水处理剂中仍占绝对主导的地位。一方面，它为解决工业循环水系统的腐蚀与结垢问题做出了巨大的积极贡献。可以想象，没有聚合磷和有机磷存在，就不会有工业循环水系统和生产装置安全长周期运行。另一方面，因为磷系水处理剂会带来大量的含磷废水的排放，导致环境污染。

目前，循环水系统大量使用有机磷酸(盐)和聚丙烯酸(盐)等这些高效阻垢剂、分散剂来解决水中致垢盐的结垢问题。但是，磷酸盐一方面是循环水系统中微生物的营养源，有利于微生物生长而形成软垢，另一方面磷酸盐随着循环水系统排污而排放水体中，造成水体富营养化。现在全国每年用于缓蚀阻垢剂生产的磷近10万吨，这些磷几乎未经任何处理就被排到环境中，对环境造成污染。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种缓解工业循环冷却水系统结生碳酸盐垢现象的方法。该方法能减少含磷废水排入环境水体。

本发明的技术方案是利用微生物胞外碳酸酐酶去除碳酸钙垢的方法，包括如下步骤：1)制备分泌胞外碳酸酐酶的芽孢杆菌属细菌菌剂；2)冷冻离心，盐析粗提取出含碳酸酐酶的粗酶液；3)将粗酶液加入到生了碳酸盐水垢的水体中。

具体的，步骤1)所述的制备分泌胞外碳酸酐酶的芽孢杆菌属细菌菌剂包括如下操作：取循环水系统冷却水，将其均匀涂布于含有60g/L碳酸钙、1μmol/L ZnSO₄的牛肉膏蛋白胨琼脂平板上，将平板置于34～37℃下培养24h，挑出长好的菌落并采用划线法进行纯化；将纯化得到的菌种进行16S rRNA扩增，确定其种属；将确定后的菌种接种到LB液体培养基中进行扩大培养至稳定期，培养温度为29～31℃，摇床转速为120r/min。

具体的，步骤2)的操作具体如下：将1)中培养好的菌液在4℃、5000r/min下离心10min，取上清液，向上清液中加入(NH₄)₂SO₄使溶液饱和度达到70％，置于4℃下盐析12h后，4℃8000r/min离心30min得到蛋白质沉淀，将蛋白质沉淀溶解于25mmol/L pH7.5的Tris-H₂SO₄缓冲液中，通过G-100葡聚糖凝胶柱，洗脱收集粗酶液；

进一步的，在步骤2)中将粗酶液透析48h后用DE-52离子交换柱分离纯化，洗脱液为100mmol/L、pH7.5的Tris-H₂SO₄缓冲液，收集酶活性较高的CA溶液，用聚乙二醇20000浓缩备用。

具体的，步骤1)中分泌胞外碳酸酐酶的芽孢杆菌属细菌枯草芽孢杆菌和蜡样芽胞杆菌。