熱預(yù)處理輔助酶催化水解提取污泥蛋白質(zhì)研究.pdf

1、隨著城市化進(jìn)程的加快，污水處理廠的數(shù)量和規(guī)模不斷增加，由此產(chǎn)生的剩余污泥量也在與日俱增，因此污泥處理處置問(wèn)題亟待解決。剩余污泥中含有大量的有機(jī)物，其蛋白質(zhì)含量可達(dá)30％～60％(相對(duì)于干污泥)，從剩余污泥中提取蛋白質(zhì)已成為當(dāng)前污泥資源化利用的新途徑。與目前常用的酸熱法、堿熱法提取污泥蛋白質(zhì)相比，酶水解法不僅反應(yīng)條件溫和，而且處理后對(duì)環(huán)境無(wú)二次污染，但是其提取效率較低。因此，本研究采用熱預(yù)處理輔助堿性蛋白酶水解的方式從污泥中提取蛋白質(zhì)，并

2、對(duì)其水解后的污泥脫水性能和污泥成分進(jìn)行了分析，得到的主要結(jié)論如下:
　　(1)以污泥水解后蛋白質(zhì)提取率和污泥比阻為指標(biāo)，通過(guò)單因素和響應(yīng)曲面試驗(yàn)得到熱預(yù)處理輔助堿性蛋白酶催化污泥水解提取蛋白質(zhì)的優(yōu)化條件為:熱預(yù)處理溫度105℃、時(shí)間3h;酶解污泥初始pH10.5、酶反應(yīng)溫度為55℃、時(shí)間3h、酶加量3000U/g干泥;污泥含水率95.5％。在此條件下，水解后污泥上清液中蛋白質(zhì)濃度為11277mg/L，蛋白質(zhì)提取率為56.48％，S

3、COD濃度及溶出率分別為16800mg/L、52.57％，污泥比阻值為3.387×109S2/g，污泥的脫水性能比原污泥提高了62.73％。與單獨(dú)酶水解污泥相比，該水解方法污泥上清液中蛋白質(zhì)濃度提高了43.6％，并且污泥比阻值減小了22.5％。
　　(2)對(duì)優(yōu)化條件下對(duì)熱預(yù)處理輔助酶催化污泥水解過(guò)程中蛋白質(zhì)濃度的變化進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，并與單獨(dú)酶法水解污泥做對(duì)比。結(jié)果表明:熱預(yù)處理輔助酶催化污泥水解前3h反應(yīng)符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，其方

4、程為:Ct=C0e-0.179t，其水解速率常數(shù)(kh=0.179)較單獨(dú)酶法(kh=0.048)高出2倍以上，表明熱預(yù)處理有效提高了污泥酶解的速率。
　　(3)分別從污泥水解效果、水解過(guò)程藥耗及能耗、水解后污泥成分變化三方面將熱預(yù)處理輔助酶法與堿熱法、酸熱法、酶法、超聲波輔助酶法等進(jìn)行比較。從提取效果上來(lái)說(shuō)，化學(xué)水解法(酸熱法和堿熱法)的蛋白質(zhì)提取率最高，但是其能耗較生物水解法(酶法、熱預(yù)處理輔助酶法和超聲波輔助酶法)平均高出5

5、0％以上;熱預(yù)處理輔助酶法及超聲波輔助酶法等強(qiáng)化酶法的蛋白提取效果較單獨(dú)酶法可提高30％以上，且二者的蛋白提取率相當(dāng)?？紤]到熱處理工藝設(shè)備相對(duì)比較成熟，更具工程應(yīng)用前景，因此熱預(yù)處理輔助酶法可作為污泥蛋白質(zhì)提取的有效方法之一。
　　(4)進(jìn)一步對(duì)上述不同水解方法得到的污泥上清液及殘?jiān)某煞诌M(jìn)行比較可以看出，化學(xué)法對(duì)污泥的水解更為徹底。對(duì)多肽和氨基酸含量進(jìn)行分析可以看出，單獨(dú)酶法及超聲波輔助酶法所獲得水解污泥中氨基酸含量較高，其蛋白