ES2964738T3 - Métodos para potenciar el drenaje de residuos con tratamiento enzimático - Google Patents
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Abstract
Se proporciona un método para mejorar la deshidratabilidad del lodo, que comprende agregar una celulasa o una mezcla de enzima celulasa/hemicelulasa y proteasa al lodo antes de las operaciones convencionales de acondicionamiento y deshidratación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Métodos para potenciar el drenaje de residuos con tratamiento enzimático
Referencia a lista de secuencias
Esta solicitud contiene una lista de secuencias en formato legible por ordenador.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a métodos para potenciar el drenaje de restos (es decir, residuos) generados por operaciones convencionales de tratamiento de aguas residuales.
Antecedentes de la invención
Los residuos, generados durante el transcurso de tratamiento convencional de aguas residuales, habitualmente se drenan o concentran antes de desecharlos por incineración, esparcimiento en la tierra, depósito en vertedero, compostaje, etc. Un escenario de drenaje básico implica formar masas floculentas fuertes de residuos, resistentes al cizallamiento a través de la adición de un agente acondicionador tal como sulfato férrico y/o un agente floculante (por ejemplo, polielectrólito) seguido de separación mecánica de sólidos/líquidos a través de espesadores de banda coladora, prensas de filtro en banda o centrífugas. Al drenar los residuos, la planta de tratamiento de aguas residuales (WWTP) potencia la cantidad de sólidos por unidad volumétrica de residuos (es decir, sólidos de torta) que finalmente deben desecharse. Los beneficios de mayores sólidos de torta incluyen: volumen reducido de residuos drenados (menos residuos a "gestionar" por la planta); menores costes anuales de transporte (desplazamiento de los residuos a vertederos o sitios de esparcimiento en la tierra); menos agua a evaporar antes de que los residuos puedan incinerarse (aumentando el valor neto de energía de los residuos cuando se usa incineración con propósitos de cogeneración); un aporte más concentrado a los digestores; y/o volumen reducido de residuos a depositar en vertedero o esparcir en la tierra.
La composición genérica de residuos en general es de aproximadamente un 90-99 % de agua, siendo la parte restante sólidos totales, representando la masa celular real (es decir, células bacterianas) aproximadamente un 10 % de los sólidos totales. El 90 % restante de los sólidos totales consiste en sustancia polimérica extracelular (EPS) que forma una matriz hidratada dentro de la que se dispersan las células bacterianas. La capacidad de drenaje de los residuos, independientemente del medio usado para generar los residuos, se ha asociado en gran medida con la fracción de EPS de los residuos completos. La EPS está compuesta de desechos de lisis celular (por ejemplo, ácido nucleico, lípidos/fosfolípidos, proteína, etc.), productos extracelulares secretados activamente (por ejemplo, polisacáridos y proteínas), productos de actividad enzimática extracelular, unidad a EPS (por ejemplo, polisacáridos), material adsorbido de las aguas residuales (por ejemplo, sustancias húmicas, cationes multivalentes). Debido a esta naturaleza completa de EPS y la presencia predominante de polisacáridos y proteína, la EPS se caracteriza tradicionalmente por la relación de carbohidratos a proteínas (EPS<carb:prot>). Aunque la EPS<carb:prot>puede variar de uno residuos primarios a otros dependiendo de numerosos parámetros operativos de la WWTP, la composición de la EPS dentro de los residuos secundarios es algo más específica de digestión: la EPS<carbprot>de residuos digeridos anaeróbicamente tienden a ser menos de la unidad, mientras que la EPS<carbprot>de residuos digeridos aeróbicamente es mayor de la unidad. En cualquier caso, estos componentes principales se considera que son las sustancias hidratables clave dentro de las masas floculentas de residuos que se unen de forma eficaz al agua y resisten el drenaje.
Se cree que métodos que alterar la capacidad de unión al agua y/o la integridad mecánica de las masas floculentas de residuos potencian la capacidad de drenaje de los residuos completos tras floculación polimérica. La mayoría de dichos métodos se ha centrado en la capacidad de químicas novedosas (por ejemplo, pretratamiento ácido, acondicionadores catiónicos multivalentes) y procesos (pretratamiento a alta temperatura, descarga eléctrica, sonicación) para alterar los componentes de la EPS y mejorar la capacidad de drenaje. Existen varios artículos que describen el uso de enzimas para hidrólisis selectiva dentro de la EPS para reducir el volumen de residuos, con resultados variables. Véanse, por ejemplo, los documentos DE 10249081, WO 91/10723 y DE 3713739.
El documento DE 10249081 divulga el tratamiento de residuos pretratados usando enzimas, tales como celulasa, hemicelulasa, proteasa y lisozima.
La técnica anterior de interés incluye la publicación de patente de Estados Unidos n.° US 2008/0190845 de DeLozieret al.que se refiere a métodos para potenciar la capacidad de drenaje de restos (es decir, residuos) generados por operaciones convencionales de tratamiento de aguas residuales. Los documentos WO 99/27082 y WO 2003/006602 son de interés ya que se refieren a proteasas y variantes de las mismas.
Como los residuos siguen siendo problemáticos y difíciles de drenar, hay una necesidad continua de mejorar los métodos para potenciar la capacidad de drenaje de los restos (es decir, residuos) generados por operaciones convencionales de tratamiento de aguas residuales.
Sumario de la invención
La presente divulgación se refiere a un proceso para potenciar la capacidad de drenaje de residuos, que comprende las etapas:
a) generar u obtener residuos, tales como, durante tratamiento convencional de aguas residuales;
b) tratar los residuos con una mezcla de enzima celulasa y hemicelulasa y una enzima proteasa, en donde la proteasa se selecciona de una proteasa que tiene al menos un 90 % de identidad de secuencia, al menos un 95 % de identidad de secuencia, al menos un 96 % de identidad de secuencia, al menos un 97 % de identidad de secuencia, al menos un 98 % de identidad de secuencia o al menos un 99 % de identidad de secuencia con una proteasa como se muestra en SEQ ID NO: 1;
c) acondicionar los residuos con aditivos coagulantes y/o floculantes;
d) drenar los residuos tratados con enzima con un equipo convencional.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista esquemática de tratamiento de aguas residuales de acuerdo con la presente divulgación.
La figura 2 es un gráfico de la dosis promedio de polímero requerida para drenaje para cada condición de dosificación de enzima donde la enzima 1 es proteasa de marca SAVINASE y la enzima 2 es complejo de celulasa y hemicelulasa de marca Cellic® CTec3.
La figura 3 es un gráfico del promedio de sólidos secos (DS) de las tortas de residuos producidas en los ensayos donde la enzima 1 es proteasa de la marca SAVINASE y la enzima 2 es complejo de celulasa y hemicelulasa de marca Cellic® CTec3.
La figura 4 es un gráfico del COD de muestras de filtrado tomadas durante los ensayos donde la enzima 1 es proteasa de marca SAVINASE y la enzima 2 es complejo de celulasa y hemicelulasa de marca Cellic® CTec3.
Descripción detallada de realizaciones preferidas
La presente divulgación se refiere a un método enzimático para facilitar y/o mejorar el proceso de drenaje de residuos, tales como residuos generados durante tratamiento convencional de aguas residuales.
Los diversos procesos para tratar aguas residuales industriales y municipales a menudo generan residuos como un subproducto del funcionamiento apropiado. Los residuos generados por la industria de tratamiento de aguas residuales se clasifican no solamente por la fuente de las aguas residuales (por ejemplo, municipales o industriales), sino también por las fases específicas del proceso de tratamiento de las aguas residuales. En la clasificación más amplia, los residuos se consideran primarios, secundarios o terciarios. Los residuos primarios habitualmente se consideran "sin procesar", ya que a menudo son el resultado de sedimentar los sólidos del afluente de aguas residuales sin procesar que pasó a través de aclaradores primarios. En la mayoría de casos, el agua aclarada entonces se envía a cubetas de residuos activados (ASB) en que las masas floculentas suspendidas de microorganismos eliminan los contaminantes solubles del agua. Como los microorganismos se replican, deben retirarse periódicamente de la ASB para evitar el crecimiento excesivo. Su retirada tiene lugar en un aclarador secundarios que recibe el afluente de la ASB. Estos "residuos secundarios" se consideran "residuos activados de desecho" (WAS) y tienen una presencia relativamente universal en las WWTP que emplean sistemas de eliminación de nutrientes biológicos (BNR). Para reducir el volumen de (y estabilizar) estos residuos secundarios, los residuos pueden enviarse a digestores aeróbicos (aireación ambiental u oxígeno puro) o anaeróbicos que pueden hacerse funcionar en condiciones mesófilas o termófilas. Los residuos "terciarios" resultantes entonces se conocen como "residuos digeridos" y pueden clasificarse además de acuerdo con las especificaciones de digestión (por ejemplo, residuos termófilos digeridos aeróbicamente). De modo que, como puede observarse, se producen innumerables tipos de residuos durante el tratamiento de aguas residuales. Sin embargo, pueden agruparse de forma poco precisa como:
1. Residuos primarios o sin procesar;
2. Residuos secundarios o activados de desecho; y
3. Residuos terciarios, estabilizados o digeridos.
Independientemente del medio por el que se generaron, los residuos producidos durante operaciones de tratamiento de aguas residuales, habitualmente empleando algún medio de eliminación de nutrientes biológicos, contendrán sustancias que sirve como sustratos para hidrólisis enzimática. En la mayoría de casos, este sustrato está presente como un componente de las sustancias poliméricas extracelulares (EPS) que comprende la mayoría de sólidos de residuos. La composición de la EPS varía de unos residuos a otros dependiendo del número de variables, incluyendo la naturaleza de las aguas residuales a tratar, el proceso de tratamiento empleado y las condiciones de tratamiento. Los monosacáridos específicos (por ejemplo, glucosa, manosa, galactosa, etc.) tienden a estar presentes de forma universal en la EPS de los residuos. Considerando esto, aunque la composición global de la EPS de los residuos puede diferir enormemente, hay algún grado de similitud en el tipo de enlaces glucosídicos presentes en los componentes de los residuos.
De acuerdo con la presente divulgación, la mezcla enzimática de celulasa o celulasa/hemicelulasa y proteasa descrita en este documento puede aplicarse a todos los residuos asociados con tratamiento convencional de aguas residuales específicamente para mejorar la capacidad de drenaje. La mezcla enzimática de celulasa o celulasa/hemicelulasa y proteasa y composiciones de las mismas se aplican a residuos terciarios generados durante el tratamiento de aguas residuales industriales y municipales. Las mezcla enzimática de celulasa o celulasa/hemicelulasa y proteasa y sus composiciones se aplican a formas de residuos digeridos tales como residuos digeridos anaeróbicamente o aeróbicamente. Un propósito de la presente divulgación es facilitar o mejorar el proceso de drenaje de residuos, incluyendo el tratamiento de residuos con una combinación de celulasa o mezcla enzimática de celulasa/hemicelulasa y proteasa, antes de las operaciones convencionales de acondicionamiento y drenaje de los residuos.
El proceso para potencia la capacidad de drenaje de los residuos de acuerdo con la presente divulgación comprende o consiste en las siguientes etapas:
a) generar u obtener residuos, tales como, durante tratamiento convencional de aguas residuales;
b) tratar los residuos con una mezcla de enzima celulasa y enzima hemicelulasa y una enzima proteasa, en donde la proteasa se selecciona de una proteasa que tiene al menos un 90 % de identidad de secuencia, al menos un 95 % de identidad de secuencia, al menos un 96 % de identidad de secuencia, al menos un 97 % de identidad de secuencia, al menos un 98 % de identidad de secuencia o al menos un 99 % de identidad de secuencia con una proteasa como se muestra en SEQ ID NO:1;
c) acondicionar los residuos con aditivos coagulantes y/o floculantes;
d) drenar los residuos tratados con enzima con un equipo convencional.
En un aspecto, la mezcla enzimática de celulasa o celulasa/hemicelulasa de la presente divulgación incluye una o más (por ejemplo, varias) proteínas seleccionadas del grupo que consiste en una celulasa, un polipéptido GH61 que tiene actividad potenciadora celulolítica, y una hemicelulasa. En realizaciones, la proteasa se añade a la corriente del proceso al mismo tiempo, o en combinación con la mezcla enzimática de celulasa o celulasa/hemicelulasa.
La celulasa es una o más (por ejemplo, varias) enzimas seleccionadas del grupo que consiste en una endoglucanasa, una celobiohidrolasa y una beta-glucosidasa.
La hemicelulasa es una o más (por ejemplo, varias) enzimas seleccionadas del grupo que consiste en una acetilmanano esterasa, una acetilxilano esterasa, una arabinanasa, una arabinofuranosidasa, una esterasa de ácido cumárico, un feruloil esterasa, una galactosidasa, una glucuronidasa, una glucuronoil esterasa, una mananasa, una manosidasa, una xilanasa y una xilosidasa.
La mezcla enzimática de celulasa o celulasa/hemicelulasa o composición enzimática incluye una o más (por ejemplo, varias) enzimas celulolíticas. En otro aspecto, la composición enzimática comprende o comprende además una o más (por ejemplo, varias) enzimas hemicelulolíticas. En otro aspecto, la composición enzimática comprende una o más (por ejemplo, varias) enzimas celulolíticas y una o más (por ejemplo, varias) enzimas hemicelulolíticas. En otro aspecto, la composición enzimática comprende una o más (por ejemplo, varias) enzimas seleccionadas del grupo de enzimas celulolíticas y enzimas hemicelulolíticas. En otro aspecto, la composición enzimática comprende una endoglucanasa. En otro aspecto, la composición enzimática comprende una celobiohidrolasa. En otro aspecto, la composición enzimática comprende una beta-glucosidasa. En otro aspecto, la composición enzimática comprende un polipéptido que tiene actividad potenciadora celulolítica. En otro aspecto, la composición enzimática comprende una endoglucanasa y un polipéptido que tiene actividad potenciadora celulolítica. En otro aspecto, la composición enzimática comprende una celobiohidrolasa y un polipéptido que tiene actividad potenciadora celulolítica. En otro aspecto, la composición enzimática comprende una beta-glucosidasa y un polipéptido que tiene actividad potenciadora celulolítica. En otro aspecto, la composición enzimática comprende una endoglucanasa y una celobiohidrolasa. En otro aspecto, la composición enzimática comprende una endoglucanasa y una beta-glucosidasa. En otro aspecto, la composición enzimática comprende una celobiohidrolasa y una beta-glucosidasa. En otro aspecto, la composición enzimática comprende una endoglucanasa, una celobiohidrolasa y un polipéptido que tiene actividad potenciadora celulolítica. En otro aspecto, la composición enzimática comprende una endoglucanasa, una beta-glucosidasa y un polipéptido que tiene actividad potenciadora celulolítica. En otro aspecto, la composición enzimática comprende una celobiohidrolasa, una beta-glucosidasa y un polipéptido que tiene actividad potenciadora celulolítica. En otro aspecto, la composición enzimática comprende una endoglucanasa, una celobiohidrolasa y una beta-glucosidasa. En otro aspecto, la composición enzimática comprende una endoglucanasa, una celobiohidrolasa, una beta-glucosidasa y un polipéptido que tiene actividad potenciadora celulolítica.
En otro aspecto, la composición enzimática comprende una galactosidasa (por ejemplo, alfa-galactosidasa y/o betagalactosidasa). En otro aspecto, la composición enzimática comprende una xilanasa. En un aspecto preferido, la xilanasa es una xilanasa de la familia 10. En otro aspecto, la composición enzimática comprende una xilanasa GH10 deAspergillus fumigatustal como se divulga en el documento WO 2006/078256. En otro aspecto, la composición enzimática comprende una xilosidasa (por ejemplo, beta-xilosidasa). En otro aspecto, la composición enzimática comprende beta-xilosidasa deAspergillus fumigatustal como se divulga en el documento WO 2011/057140.
Uno o más (por ejemplo, varios) componentes de la composición enzimática pueden ser proteínas naturales, proteínas recombinantes o una combinación de proteínas naturales y proteínas recombinantes. Por ejemplo, uno o más (por ejemplo, varios) componentes pueden ser proteínas naturales de una célula, que se usa como célula hospedadora para expresar de forma recombinante uno o más (por ejemplo, varios) componentes diferentes de la composición enzimática. Uno o más (por ejemplo, varios) componentes de la composición enzimática pueden producirse como monocomponentes, que entonces se combinan para formar la composición enzimática. La composición enzimática puede ser una combinación de preparaciones multicomponente y preparaciones proteínicas monocomponente.
Las enzimas usadas en los métodos de la presente divulgación pueden estar en cualquier forma adecuada para su uso, tal como, por ejemplo, una formulación de caldo de fermentación o una composición celular, un lisado celular con o sin desechos celulares, una preparación enzimática semipurificada o purificada, o una célula hospedadora como fuente de las enzimas. La composición enzimática puede ser un polvo seco o granulado, un granulado no espolvoreable, un líquido, un líquido estabilizado o una enzima protegida estabilizada. Las preparaciones enzimáticas líquidas pueden estabilizarse, por ejemplo, añadiendo estabilizantes tales como un glúcido, un alditol u otro poliol, y/o ácido láctico u otro ácido orgánico de acuerdo con procesos establecidos.
Los polipéptidos que tienen actividad enzimática celulolítica o actividad enzimática hemicelulolítica son adecuados para su uso de acuerdo con la presente divulgación, incluyendo, por ejemplo, polipéptidos GH61 que tienen actividad potenciadora celulolítica, que pueden derivar o obtenerse de cualquier origen adecuado, incluyendo origen bacteriano, fúngico, de levadura, vegetal o de mamífero. El término "obtenido" también significa en este documento que la enzima puede haberse producido de forma recombinante en un organismo hospedador empleando métodos descritos en este documento, en donde la enzima producida de forma recombinante es natural o exógena al organismo hospedador o tiene una secuencia de aminoácidos modificada, por ejemplo, que tiene uno o más (por ejemplo, varios) aminoácidos que están eliminados, insertados y/o sustituidos, es decir, una enzima producida de forma recombinante que es un mutante y/o un fragmento de una secuencia de aminoácidos natural o una enzima producida por procesos de reordenamiento de ácido nucleico conocidos en la técnica. Dentro del significado de una enzima natural están englobadas las variantes naturales y dentro del significado de una enzima exógena están las variantes obtenidas de forma recombinante.
La una o más (por ejemplo, varias) mezclas de celulasa o celulasa/hemicelulasa incluyen una preparación enzimática celulolítica comercial. Ejemplos de preparaciones enzimáticas celulolíticas comerciales adecuadas para su uso en la presente divulgación incluyen, por ejemplo, CELLIC® CTec (Novozymes A/S), CELLlC@ CTec2 (Novozymes A/S), CELLlC@ CTec3 (Novozymes A/S), CELLUCLAST™ (Novozymes A/S), NOVOZYM™ 188 (Novozymes A/S), CELLUZYME™ (Novozymes A/S), CEREFLO™ (Novozymes A/S), y ULTRAFLO™ (Novozymes A/S), ACCELERASE™ (Genencor Int.), LAMINEX™ (Genencor Int.), SPEZYME™ CP (Genencor Int.), FILTRASE® NL (DSM); METHAPLUS® S/L 100 (DSM), ROHAMENT™ 7069 W (Rohm GmbH), FIBREZYME® LDI (Dyadic International, Inc.), FIBREZYME® LBR (Dyadic International, Inc.), o VISCOSTAR® 150L (Dyadic International, Inc.). Las enzimas celulasa se añaden en cantidades eficaces de aproximadamente un 0,005 % en peso de sólidos, por ejemplo, aproximadamente un 0,01 % en peso de sólidos o aproximadamente un 0,1 % en peso de sólidos. Las enzimas celulasa se añaden en cantidades eficaces de aproximadamente un 0,005 a un 0,1 % en peso de sólidos.
Ejemplos de celobiohidrolasas útiles en la presente divulgación incluyen, aunque sin limitación, celobiohidrolasa II deAspergillus aculeatus(documento WO 2011/059740), celobiohidrolasa I deAspergillus fumigatus(documento WO 2011/057140), celobiohidrolasa II deAspergillus fumigatus(documento WO 2011/057140), celobiohidrolasa I deChaetomium thermophilum,celobiohidrolasa II deChaetomium thermophilum,celobiohidrolasa I deHumicola insolens,celobiohidrolasa II deMyceliophthora thermophila(documento WO 2009/042871), celobiohidrolasa II deThielavia hyrcanie(documento W o 2010/141325), celobiohidrolasa II deThielavia terrestris(CEL6A, documento WO 2006/074435), celobiohidrolasa I deTrichoderma reesei,celobiohidrolasa II deTrichoderma reeseiy celobiohidrolasa II deTrichophaea saccata(documento WO 2010/057086).
Ejemplos de beta-glucosidasas útiles en la presente divulgación incluyen beta-glucosidasas deAspergillus aculeatus(Kawaguchiet al.,1996, Gene 173: 287-288),Aspergillus fumigatus(documento WO 2005/047499), variante de betaglucosidasa deAspergillus fumigatus(documento WO 2012/044915),Aspergillus niger(Danet al.,2000, J. Biol. Chem.
275: 4973-4980),Aspergillus oryzae(documento WO 2002/095014),Penicillium brasilianumIBT 20888 (documentos WO 2007/019442 y WO 2010/088387),Thielavia terrestris(documento WO 2011/035029) yTrichophaea saccata(documento WO 2007/019442).
La beta-glucosidasa puede ser una proteína de fusión. En un aspecto, la beta-glucosidasa es una proteína de fusión con BG de variante de beta-glucosidasa deAspergillus oryzae(documento WO 2008/057637) o una proteína de fusión de beta-glucosidasa deAspergillus oryzae(documento WO 2008/057637).
Otras endoglucanasas, celobiohidrolasas y beta-glucosidasas útiles se divulgan en numerosas familias de glucosil hidrolasa usando la clasificación de acuerdo con Henrissat B., 1991, A classification of glycosyl hydrolases based on amino-acid sequence similarities, Biochem. J. 280: 309-316, y Henrissat y Bairoch, 1996, Updating the sequencebased classification of glycosyl hydrolases, Biochem. J. 316: 695-696.
En un aspecto, la una o más (por ejemplo, varias) enzimas hemicelulolíticas para su uso de acuerdo con la presente divulgación incluyen una preparación enzimática hemicelulolítica comercial. Ejemplos de preparaciones enzimáticas hemicelulolíticas comerciales adecuadas para su uso en la presente divulgación incluyen, por ejemplo, SHEARZYME™ (Novozymes A/S), CELLlC@ HTec (Novozymes A/S), CELLlC@ HTec2 (Novozymes A/S), CELLlC@ HTec3 (Novozymes A/S), VISCOZYME® (Novozymes A/S), ULTRAFLO® (Novozymes A/S), PULPZYME® HC (Novozymes A/S), MULTIFECT® xilanasa (Genencor), ACCELLERASE® XY (Genencor), ACCELLERASE® XC (Genencor), ECOPULP® TX-200A (AB Enzymes), HSP 6000 xilanasa (DSM), DEPOL™ 333P (Biocatalysts Limit, Gales, Reino Unido), DEPOL™ 740L. (Biocatalysts Limit, Gales, Reino Unido), y DEPOL™ 762P (Biocatalysts Limit, Gales, Reino Unido).
Ejemplos de xilanasas útiles en los métodos de la presente divulgación incluyen, aunque sin limitación, xilanasas deAspergillus aculeatus(GeneSeqP:AAR63790; documento WO 94/21785),Aspergillus fumigatus(documento WO 2006/078256),Penicillium pinophilum(documento WO 2011/041405),Penicilliumsp. (documento WO 2010/126772),Thielavia terrestrisNRRL 8126 (documento WO 2009/079210) yTrichophaea saccataGH10 (documento w O 2011/057083).
Ejemplos de beta-xilosidasas útiles en los métodos de la presente divulgación incluyen, aunque sin limitación, betaxilosidasas deAspergillus fumigatus(documento WO 2011/057140),Neurospora crassa(número de acceso de SwissProt Q7SOW4),Trichoderma reesei(número de acceso de UniProtKB/TrEMBL Q92458) yTalaromyces emersonii(número de acceso de SwissProt Q8X212).
Mezclas adecuadas de celulasa y celulasa/hemicelulasa para el uso de acuerdo con la presente divulgación se describen en el documento WO 2013/028928. Composiciones enzimáticas adecuadas para su uso de acuerdo con la presente divulgación incluyen celobiohidrolasa I deAspergillus fumigatus,celobiohidrolasa II deAspergillus fumigatus, una beta-glucosidasa deAspergillus fumigatuso variante de la misma, polipéptido GH61 dePenicillium sp.(emersonii) que tiene actividad potenciadora celulolítica, xilanasa deAspergillus fumigatuso beta-xilosidasa deAspergillus fumigatusu homólogos de los mismos, que pueden usarse.
La mezcla enzimática de celulasa o celulasa/hemicelulasa se aplica en cantidades eficaces para facilitar o mejorar el proceso de drenaje de residuos, que comprende poner en contacto o tratar los residuos con mezcla enzimática de celulasa o celulasa/hemicelulasa, preferiblemente, antes de las operaciones convencionales de acondicionamiento y drenaje de los residuos, tales como etapas de concentración y drenaje mecánico. Ejemplos de cantidades adecuadas incluyen de 10 a 2000 g de proteína por kg de sólidos suspendidos totales, de 10 a 1000 g de proteína por kg de sólidos suspendidos totales, de 50 a 500 g de proteína por kg de sólidos suspendidos totales, de 100 a 500 g de proteína por kg de sólidos suspendidos totales.
CELLIC® CTec3 (Novozymes A/S), se aplica a 0,01-2 kg por tonelada en seco de sólidos de residuos. En realizaciones, CELLlC@ CTec3 (Novozymes A/S), se aplica a 0,1-1 kg por tonelada en seco de sólidos de residuos. En realizaciones, CELLlC@ CTec3 (Novozymes A/S), se aplica a 0,5 kg por tonelada en seco de sólidos de residuos. En realizaciones, CELLlC@ CTec3 (Novozymes A/S), se aplica en cantidades adecuadas que incluyen de 0,002 a 0,4 g de proteína por kg de sólidos suspendidos totales, de 0,002 a 0,2 g de proteína por kg de sólidos suspendidos totales, de 0,01 a 0,1 g de proteína por kg de sólidos suspendidos totales, de 0,02 a 0,1 g de proteína por kg de sólidos suspendidos totales.
La mezcla enzimática de celulasa o celulasa/hemicelulosa puede aplicarse en condiciones adecuadas a las condiciones de procesamiento de los residuos, tales como, por ejemplo, temperaturas de 20 a 60 °C, condiciones de pH de 4 a 10, y durante un tiempo de tratamiento de 1 a 100 horas, de 16 a 72 horas, o 1,2, 3, 4, 5, 6, 7 días.
La mezcla enzimática de celulasa o celulasa/hemicelulosa se aplica en combinación con una proteasa que tiene al menos un 90 % de identidad con SEQ ID NO: 1 en cantidades eficaces para facilitar o mejorar el proceso de drenaje de residuos que comprende tratar los residuos con una mezcla enzimática de celulasa o celulasa/hemicelulosa y proteasa, preferiblemente, antes de las operaciones convencionales de acondicionamiento y drenaje de los residuos. Ejemplos de cantidades adecuadas de mezcla enzimática de celulasa o celulasa/hemicelulosa para combinar con proteasa incluyen de 0,002 a 0,4 g de proteína por kg de sólidos suspendidos totales, de 0,01 a 0,1 g de proteína por kg de sólidos suspendidos totales, de 0,02 a 0,1 g de proteína por kg de sólidos suspendidos totales. En realizaciones, la mezcla enzimática de celulasa o celulasa/hemicelulosa se dosifica a 1--100 g EP/DT. En realizaciones, la mezcla enzimática de celulasa o celulasa/hemicelulosa se dosifica a aproximadamente 50 g EP/DT (-50 ppm).
Mezclas adecuadas de celulasa y celulasa/hemicelulasa para el uso de acuerdo con la presente divulgación se describen en el documento WO 2013/028928. Composiciones enzimáticas adecuadas para su uso de acuerdo con la presente divulgación incluyen celobiohidrolasa I deAspergillus fumigatus, celobiohidrolasa II deAspergillus fumigatus, una beta-glucosidasa deAspergillus fumigatuso variante de la misma, polipéptido GH61 dePenicillium sp.(emersonii) que tiene actividad potenciadora celulolítica, xilanasa deAspergillus fumigatuso beta-xilosidasa deAspergillus fumigatusu homólogos de los mismos, que pueden usarse.
La proteasa de acuerdo con la presente divulgación incluye SAVINASE® comercializada por NOVOZYMES A/S. Es subtilisina 309 deB. lentus.SAVINASE® tiene la secuencia de aminoácidos mostrada en SEQ ID NO: 1.
En realizaciones, la proteasa es la composición enzimática de proteasa comercial proteasa de marca SAVINASE (disponible en Novozymes North America, Inc. o Novozymes A/S). En realizaciones, la composición enzimática comprende una proteasa que tiene al menos un 90 % de identidad de secuencia, al menos un 95 % de identidad de secuencia, al menos un 96 % de identidad de secuencia, al menos un 97 % de identidad de secuencia, al menos un 98 % de identidad de secuencia o al menos un 99 % de identidad de secuencia con una proteasa como se muestra en SEQ ID NO:1. Para los propósitos de la presente divulgación, la identidad de secuencia entre dos secuencias de aminoácidos se determina usando el algoritmo de Needleman y Wunsch (Needleman y Wunsch, 1970, J. Mol. Biol.
48: 443-453) como se implementa en el programa Needle del paquete EMBOSS (EMBOSS: The European Molecular Biology Open Software Suite, Riceet al.,2000, Trends Genet. 16: 276-277), preferiblemente versión 5.0.0 o posterior. Los parámetros usados son penalización por abertura de hueco de 10, penalización por extensión de hueco de 0,5 y la matriz de sustitución EBLOSUM62 (versión EMBOSS de BLOSUM62). El resultado de Needle marcado como "identidad más larga" (obtenido usando la opción -nobrief) se usa como el porcentaje de identidad y se calcula de la siguiente manera:
(Residuos idénticos x 100)/(longitud de alineación - número total de huecos en la alineación)
En realizaciones, la proteasa tal como SAVINASE mostrada en SEQ ID NO: 1 se aplica en cantidades eficaces para facilitar o mejorar el proceso de drenaje de los residuos, que comprende tratar los residuos con una celulasa y proteasa, preferiblemente, antes de las operaciones convencionales de acondicionamiento y drenaje de los residuos incluyendo, aunque sin limitación, concentración y drenaje mecánico. Ejemplos de cantidades adecuadas de proteasa incluyen de 0,004 a 0,09 g de proteína por kg de sólidos suspendidos totales, de 0,002 a 0,02 g de proteína por kg de sólidos suspendidos totales, de 0,004 a 0,02 g de proteína por kg de sólidos suspendidos totales. En realizaciones, la proteasa marca SAVINASE se dosifica a 0,4-90 g EP/DT. En realizaciones, la proteasa marca SAVINASE se dosifica a 20 g EP/DT (-20 ppm).
La proteasa SAVINASE puede aplicarse en condiciones adecuadas a las condiciones de procesamiento de los residuos, tales como, por ejemplo, temperaturas de 20 a 60 °C, condiciones de pH de 4 a 10, y durante un tiempo de tratamiento de 1 a 100 horas, de 16 a 72 horas, o 1,2, 3, 4, 5, 6, 7 días.
El tratamiento con celulasa/proteasa de acuerdo con la presente divulgación también puede implicar la adición de una o más enzimas adicionales.
El tratamiento con celulasa/proteasa de acuerdo con la presente divulgación también puede producir un efecto enzimático sinérgico inesperado en el proceso de drenaje. De acuerdo con esta divulgación, la aplicación del tratamiento con celulasa/proteasa provocará una potenciación significativamente mejor del proceso de drenaje en comparación con la suma del efecto sobre el proceso de drenaje cuando la aplicación de la celulasa y la proteasa se produce por separado.
En realizaciones, los tratamientos de acuerdo con la presente divulgación se aplican en la etapa de acondicionamiento de los residuos donde actualmente se están usando los polímeros. El producto enzimático es un consumible y no requerirá ningún equipo físico distinto de la capacidad de dosificarlo apropiadamente por la planta de tratamiento de aguas residuales. Puede aplicarse un depósito intermedio en realizaciones, de modo que la enzima pueda aplicarse en condiciones de acuerdo con la presente divulgación. En realizaciones, los tratamientos de acuerdo con la presente divulgación remplazarán completamente el uso de polímero en tratamiento de aguas residuales. En realizaciones, los tratamientos de acuerdo con la presente divulgación reducirán el uso de polímero en tratamiento de aguas residuales. En realizaciones, el uso de enzimas será independiente del sistema/configuración. Siempre que una planta particular esté acondicionando los residuos antes del drenaje, pueden usarse las composiciones de celulasa/proteasa propuestas de acuerdo con la presente divulgación.
Con referencia a la figura 1, se muestra un diagrama esquemático de realizaciones de la presente divulgación. Aquí, se muestra el tratamiento de aguas residuales (10) donde aguas residuales sin procesar (20) entran en el tratamiento y forma una corriente del proceso (22). En un ejemplo, la corriente del proceso (22) fluye a través de una cámara de arena (24), aclarador (26), tratamiento biológico (28) y aclarador (30) antes de que la corriente del proceso recircule, salga o avance. Se muestran residuos primarios (32) y residuos secundarios (34) avanzando hacia la concentración (36). Los residuos se muestran entrando en la digestión (38) y formando residuos terciarios o digeridos (40) que entran en el depósito intermedio (39) para su incubación antes del drenaje mecánico (42), el contacto con floculantes (44) y salida de residuos (46). La figura 1 muestra la enzima (48) de la presente divulgación tal como mezclas de celulasa o celulasa/hemicelulasa y proteasa que entran en contacto con la corriente del proceso antes de la concentración (36) y el drenaje mecánico (42). La enzima (48) puede entrar en contacto con la corriente del proceso después de la digestión y/o antes o durante el drenaje.
En realizaciones, y como se muestra en la figura 1, el tratamiento enzimático de acuerdo con la presente divulgación que incluye una cantidad eficaz de celulasa o cantidad eficaz de mezcla enzimática de celulasa/hemicelulasa y cantidad eficaz de proteasa se añade preferiblemente antes de acondicionar los residuos (es decir, antes de la coagulación y/o floculación) y el drenaje mecánico.
Ejemplos
Ejemplo 1
Materiales
Residuos digeridos de una planta de aguas residuales municipales
Complejo de celulasa y hemicelulasa de marca Cellic® CTec3 (disponible en Novozymes A/S).
Proteasa de marca SAVINASE (disponible en Novozymes A/S).
Cámara de calentamiento (30 °C)
Método de pretratamiento
1. Medir 30 ml de residuos en un tubo de 50 ml
2. Añadir cantidad suficiente de complejo líquido de celulasa y hemicelulasa de marca Cellic® Ctec3 y proteasa de marca SAVINASE a la muestra de residuos
3. Sellar el tubo de reacción y ponerlo en una cámara de calentamiento a 30 °C
4. Retirar de la cámara de calentamiento después de 24 h de tiempo de reacción
5. La muestra de residuos ahora es una composición de residuos pretratada y lista para su uso en ensayos de drenaje
Drenaje a escala de laboratorio: Materiales y método
Materiales
•Pasapurés de patata o prensa
• Floculante - polímero catiónico de poliacrilamida de alto peso molecular
• Un vaso de precipitados para mezclar los residuos y el floculante
• Un tejido de filtro
• Crisol para análisis de sólidos secos
Método
1. Se prepara la solución polimérica mezclando el polímero (en forma sólida o de emulsión) en la cantidad requerida de agua desionizada para preparar una solución activa al 0,25 %. Se prepara 30 min antes de lo requerido.
2. Una vez listo el polímero, se vierte la muestra de residuos en un vaso de precipitados.
3. Usando una pipeta, se añade un volumen conocido de solución polimérica. Se agita inmediatamente usando una acción uniforme, pero no demasiado vigorosa. Debe añadirse un máximo de 0,5 ml de una vez.
4. Se continúa añadiendo la solución polimérica a los residuos hasta que la mayoría de los sólidos de residuos están en una masa floculenta y el agua libre está transparente. Se registra el volumen de solución polimérica añadido y también se anota la calidad de la masa floculenta.
5. Una vez floculados los residuos, pueden prensarse. Se coloca el tejido de filtro en la prensa y se vierten los residuos en ella. Hay que tener cuidado de no perder nada de los residuos alrededor del tejido, y de colocar un vaso de precipitados bajo la prensa para capturar el filtrado.
6. Una vez los residuos están en el tejido de filtro, se envuelve cuidadosamente de modo que no pueden escapar los residuos una vez se aplique la prensa. Garantizar que todo el filtrado está capturado.
7. Prensar los residuos lo más posible, y después atar los asideros juntos usando una brida de sujeción rápida.
Esta será la presión de referencia para las siguientes muestras.
8. Después de 120-180 s, se libera la presión quitando la brida de sujeción rápida y desenrollando la torta de residuos.
9. Se desprende cuidadosamente la torta de residuos del tejido y se coloca en el crisol pesado previamente. Se pesa el crisol la torta y después se deja secar a 105 °C durante al menos 12 h.
10. Se retira el crisol después del secado y se pesa el crisol la torta seca. Entonces puede calcularse el contenido de sólidos secos de la torta.
11. Se toma el filtrado y se emprenden análisis de COD y turbidez, tomando nota del volumen usado. Se usa el resto para emprender un análisis de sólidos secos a 105 °C.
Resultados
Cada muestra se proceso por triplicado. Los resultados del ensayo están en la tabla 1:
Tabla 1: Resultados de los ensayos (promedio de resultados con la desviación típica en paréntesis por debajo)Tabla 1
Los resultados indican que la proteasa de marca SAVINASE® de Novozymes A/S y la celulasa tal como el complejo de celulasa y hemicelulasa de marca Cellic® Ctec3 de Novozymes A/S cuando se aplicaba en solitario, provocaban una reducción de un 5 % y un 2 % en los requisitos de polímero, respectivamente, en comparación con la muestra de solamente residuos. Cuando se aplicaba la misma dosis de enzimas conjuntamente, se lograba una reducción de un 18 % en los requisitos de polímero.
La combinación de proteasa y celulasa también da lugar a una calidad mejorada en el filtrado en comparación con cuando las enzimas se aplicaban individualmente. La aplicación de la proteasa y la celulasa conjuntamente no dio lugar a una menor sequedad de torta o degradación en la calidad del filtrado en comparación con la muestra de control de solamente residuos.
Conclusiones del ejemplo 1
• La aplicación de la proteasa y la celulasa por separado no proporcionó una disminución significativa en el consumo de polímero requerido para conseguir un buen nivel de floculación de sólidos y drenaje usando el método de prensa
• La aplicación de la proteasa y la celulasa conjuntamente dio lugar a una disminución significativa en los requisitos de polímero, mientras se mantenía la calidad del filtrado y la sequedad de la torta conseguidas en el proceso de drenaje
Ejemplo 2
Materiales
Residuos digeridos de una planta de aguas residuales municipales
Complejo de celulasa y hemicelulasa de marca Cellic® CTec3 (disponible en Novozymes A/S). Proteasa de marca SAVINASE (disponible en Novozymes A/S).
Cámara de calentamiento (30 °C)
Método
1. Medir 30 ml de residuos en un tubo de 50 ml
2. Añadir la cantidad requerida de producto enzimático líquido a la muestra de residuos
3. Sellar el tubo de reacción y ponerlo en una cámara de calentamiento a 30 °C
4. Retirar de la cámara de calentamiento después del tiempo de reacción requerido (24, 48 y 72 h)
5. La muestra de residuos ahora es lista para su uso en ensayos de drenaje
Tabla 2: Configuración del experimento usada en los ensayos realizados
Drenaje a escala de laboratorio: Materiales y método
Materiales
•Pasapurés de patata o prensa
• Floculante - Flopam FO-4490 (SNF) preparado en una solución al 0,3 % con agua desionizada
• Un vaso de precipitados para mezclar los residuos y el floculante
• Tejidos de filtro
• Crisol para análisis de sólidos secos
• Kits de COD Hach Lange (0-1500 mg/l)
Método
Se aplican las mismas etapas del método que se exponen en el ejemplo 1 anterior.
Resultados
Los resultados para los ensayos se centraron en tres parámetros clave para el drenaje:
1. Dosis de polímero requerida
2. Sólidos secos de la torta producida
3. COD en el filtrado producido en el proceso de drenaje
Cuando se considera la dosis de polímero requerida, los resultados se presentan en la figura 2. Se tomaron muestras después de 24, 48 y 72 h.
Después de 24 horas, se consiguió una reducción de un 24 % (equivalente a 2,85 kg de polímero/t-DS) de la dosis de polímero requerida para el drenaje cuando se usaban las enzimas 1+2 para pretratar los residuos. Después de 48 y 72 h, se consiguió una reducción de un 13 % en la dosis de polímero requerida (equivalente a 1,43 kg de polímero/t-DS), cuando las dos enzimas se usaban conjuntamente para pretratar los residuos.
Después de 24 horas, la adición de las enzimas Savinase y CTec3 conjuntamente dio lugar a una reducción significativamente mayor en los requisitos de polímero en comparación con cuando las enzimas se añadieron individualmente. Esto indica que las dos enzimas tienen un efecto sinérgico para reducir los requisitos de polímero cuando se usaban conjuntamente sobre residuos digeridos anaeróbicamente.
En cada caso, la reducción de polímero conseguida fue >10 %.
Los sólidos secos (DS) de las rotas producidas en los ensayos de drenaje se presentan en la figura 3. Se tomaron muestras después de 24, 48 y 72 h.
Después de 24 horas de tiempo de incubación, la aplicación de enzima 1 dio lugar a un promedio de aumento en DS de 2 puntos porcentuales. La aplicación de enzima 2 en solitario, o ambas enzimas conjuntamente dio lugar a un DS que fue igual que la muestra de control. Con la muestra de solamente residuos, donde el polímero se dosificó al nivel más bajo necesario en las muestras pretratadas con enzima, el DS de la torta fue significativamente menor que en las muestras de control o tratadas con enzima. Esto indica que el pretratamiento enzimático no solamente permite una disminución en la dosis de polímero necesaria para el drenaje, sino que tiene el potencial de mantener o mejorar el DS de la torta producida en comparación con una situación actual (muestra de control).
Después de 48 horas de incubación, no hubo impacto positivo de los pretratamientos enzimáticos sobre el DS de la torta en comparación con la muestra de control. Aunque las muestras incubadas con ambos productos enzimáticos podrían mantener el mismo DS que el control, las muestras incubadas con una sola enzima mostraron ligeros promedios de disminución en el DS de la torta. Todas las muestras pretratadas con enzima eran mejores que la muestra de solamente residuos.
Después de 72 horas de incubación, las muestras incubadas con ambas enzimas tenían un promedio de contenido de DS que era un 2 % mayor que en la muestra de control. No hubo impacto significativo sobre el DS de la torta cuando solamente se aplicaba una enzima a las muestras de residuos. Todas las muestras pretratadas con enzima eran mejores que la muestra de solamente residuos.
Los resultados de DS de la torta indican que el pretratamiento enzimático tiene un efecto positivo sobre el DS la torta conseguido. Después de 24 horas, el producto de enzima 1 podía proporcionar una aumento en el DS.
En todos los casos, el pretratamiento enzimático parece poder contraequilibrar la menor dosis de polímero proporcionada en la muestra de solamente residuos, lo que permite que el proceso de drenaje consigue el mismo DS de la torta o mejorado, con una dosis significativamente menor de polímero. Los resultados indican que un tiempo de retención más largo en el sitio podría dar lugar a beneficios positivos con respecto al aumento de DS en la torta producida en el proceso de drenaje.
La calidad del filtrado se supervisó durante los ensayos a través de la medición de COD en los filtrados. Se usó un COD total, que captura tanto las contribuciones de los componentes solubles como de los insolubles en el filtrado. Los resultados de este análisis se presentan en la figura 4. Se tomaron muestras después de 24, 48 y 72 h.
En todos los casos, cuanto más largo era el tiempo de retención, mayor era el COD en el filtrado. Esto está provocado probablemente por la solubilización de los residuos a través de procesos naturales en los residuos o asistida por actividad enzimática. Después de 24 h, el impacto de las enzimas en el COD en el filtrado es mínimo. Sin embargo, después de 48 y 72 h, hay un efecto claro de la actividad enzimática, que se observa en la concentración significativamente aumentada de COD en el filtrado. Esto indica que, después de 24 h, las enzimas han sido activas solamente en el componente biocoloide "soluble" de los residuos. Esto se confirma por la reducción significativa de la dosis de polímero observada después de 24 h. Sin embargo, según aumenta el tiempo de retención, las enzimas tienen un impacto más significativo sobre los sólidos voluminosos en los residuos. Esta actividad enzimática libera más materiales de tipo biocoloide en los residuos, aumentando de ese modo el COD del filtrado, pero permitiendo un mejor drenaje mecánico de los residuos (mejor que comprimir los sólidos). Estos resultados respaldan los resultados presentados anteriormente para la reducción de la dosis de polímero y el aumento de DS de la torta.
El COD en el filtrado de las muestras de solamente residuos (donde se usó una dosis menor de polímero sobre residuos que no se pretrataron con enzimas) siempre fue significativamente mayor que en la muestra de control, o las muestras pretratadas con enzima. Esto se debe a la peor captura de sólidos en estas muestras, con el aumento en COD provocado por los sólidos en el filtrado.
En resumen, las muestras que funcionan mejor para cada tiempo de retención se enumeran en la tabla 3:
Tabla 3:Sumario de los mejores escenarios de caso para cada tiempo de retención/incubación ensayado
24 h________________ 48 h_____________ 72 h________________ Reducción de polímeroEnzimas 1+2 Enzimas 1+2 Enzimas 1+2
-24 %_______________ -13 %____________ -13 %_______________Aumento de DS en laEnzima 1 Enzimas 1+2 Enzimas 1+2
torta+2 puntos porcentuales <1 punto porcentual 2 puntos porcentuales
Conclusiones del ejemplo 2
Globalmente, la aplicación de enzimas a la muestra de residuos digeridos mostró resultados positivos, tanto con respecto a la reducción de polímero como con respecto al aumento de sólidos en la torta. Las hallazgos clave de este ensayo sobre residuos digeridos incluyen:
• La combinación de Savinase y CTec3 dio lugar a un nivel significativamente mayor de reducción de polímero requerido en el proceso de drenaje en comparación con la muestra de control o cuando las enzimas se añadieron por separado. Esto indica que hay un efecto sinérgico cuando las enzimas se añaden conjuntamente.
• El efecto de las enzimas sobre la reducción de polímero disminuye a lo largo del tiempo, probablemente debido a la actividad de las enzimas sobre los sólidos de residuos, liberando más biocoloides "solubles". Esto se refleja en los resultados de COD del filtrado.
• Generalmente, los resultados indican que un tiempo de incubación más corto con la enzima es más adecuado para la reducción de polímero, mientras que un tiempo de retención más largo puede proporcionar beneficios significativos de DS de la torta. Este resultado encaja bien cuando se consideran los productos enzimáticos que se aplican, y se confirma su actividad sobre los sólidos voluminosos en los residuos en los resultados de COD.
Claims (1)
1. Un proceso para potenciar la capacidad de drenaje de residuos, que comprende las etapas:
a) generar u obtener residuos, tales como, durante tratamiento convencional de aguas residuales;
b) tratar los residuos con una mezcla de enzima celulasa y hemicelulasa y una enzima proteasa, en donde la proteasa se selecciona de una proteasa que tiene al menos un 90 % de identidad de secuencia, al menos un 95 % de identidad de secuencia, al menos un 96 % de identidad de secuencia, al menos un 97 % de identidad de secuencia, al menos un 98 % de identidad de secuencia o al menos un 99 % de identidad de secuencia con una proteasa como se muestra en SEQ ID NO:1;
c) acondicionar los residuos con aditivos coagulantes y/o floculantes;
d) drenar los residuos tratados con enzima con un equipo convencional.
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