復(fù)合酶水解法提取剩余污泥中蛋白質(zhì)的研究.pdf

1、近年來，隨著城市污水處理廠及城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施的大量建設(shè)，我國已建成近8000多萬m3/d能力的污水處理廠，有效的遏制了水體污染。但與此同時(shí)，污水處理帶來了大量的剩余污泥，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國年排放干污泥總量達(dá)1.12×103萬噸，處理污泥的費(fèi)用占了污水處理廠總投資的20％-45％，并且還不包括污泥的處置費(fèi)用。因此從成本上分析，污泥已經(jīng)成為直接影響污水廠正常運(yùn)行的限制性因子。針對(duì)如此巨大的污泥量，如能對(duì)其進(jìn)行無害化，資源化處理，最終轉(zhuǎn)化為一種資源

2、加以充分利用，變廢為寶，是降低污泥處置成本的有效手段，是污泥處置與資源化結(jié)合的有效途徑。
　　據(jù)報(bào)道，剩余污泥中粗蛋白的含量約占污泥干重的30％-60％，針對(duì)這些豐富的蛋白質(zhì)資源，已有研究者采用了物理法、化學(xué)法以及綜合處理法提取污泥中的蛋白質(zhì)，并且取得了一定的研究成果，但采用酶法提取，尤其是復(fù)合酶法提取污泥蛋白質(zhì)的研究，國內(nèi)研究較少。本課題就是從復(fù)合酶法水解提取剩余污泥中的蛋白質(zhì)入手，以上海市青浦區(qū)某污水處理廠消化、脫水后的剩余污

3、泥為主要原料，首先在單酶水解提取污泥蛋白的基礎(chǔ)上，選取三種蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率較高的酶，構(gòu)成三組復(fù)合酶，以蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率為指標(biāo)，用凱氏定氮法測(cè)定蛋白質(zhì)含量，選取一組蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率最高的復(fù)合酶；然后用這組復(fù)合酶水解提取剩余污泥蛋白，并研究復(fù)合酶法水解提取剩余污泥蛋白的最佳條件；最后，結(jié)合不同的預(yù)處理工藝及金屬離子，研究預(yù)處理工藝及金屬離子對(duì)此種復(fù)合酶提取剩余污泥蛋白的影響，為提高酶法提取剩余污泥蛋白的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率，以及今后剩余污泥的資源化利用，奠定了

4、基礎(chǔ)。
　　課題研究的主要結(jié)論如下：
　?。?）實(shí)驗(yàn)室測(cè)得剩余污泥pH為6.8，含水率為82.7％，以蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率為指標(biāo)，用堿性蛋白酶，中性蛋白酶，木瓜蛋白酶三種單酶構(gòu)成的三組復(fù)合酶在各自適宜的水解條件下提取污泥蛋白，最終選定堿性蛋白酶和木瓜蛋白酶組成的復(fù)合酶為最優(yōu)復(fù)合酶，并進(jìn)行下一步的水解優(yōu)化試驗(yàn)。結(jié)果表明，復(fù)合酶最適工作條件為：pH值為7.0，溫度55℃，加酶量為5％，酶配比(堿性蛋白酶:木瓜蛋白酶)為1:12，反應(yīng)時(shí)間

5、4h，液固比4:1，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率最高為77.16％。
　　（2）用三種污泥預(yù)處理方法—超聲波，微波，熱水解分別與堿性蛋白酶和木瓜蛋白酶構(gòu)成的復(fù)合酶聯(lián)合提取剩余污泥蛋白，并通過改變單因素實(shí)驗(yàn)條件，來確定不同預(yù)處理聯(lián)合復(fù)合酶提取污泥蛋白的各自最高蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率。結(jié)果表明：在相同能耗的前提下，采用超聲波與復(fù)合酶聯(lián)合法提取污泥蛋白的蛋白轉(zhuǎn)化率最高，在超聲波工作條件為超聲時(shí)間70min，聲能密度1.2w/ml，復(fù)合酶工作條件為pH值為7.0，

6、溫度55℃，加酶量為5％，酶配比(堿性蛋白酶:木瓜蛋白酶)為1:12，反應(yīng)時(shí)間4h，液固比4:1的條件下，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率最高為85.7％，顯然優(yōu)于單獨(dú)用復(fù)合酶水解提?。煌ㄟ^對(duì)超聲波聯(lián)合復(fù)合酶提取污泥蛋白得到的蛋白提取液中的重金屬含量的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)重金屬元素浸出率都比較低，在相關(guān)規(guī)定的最低限制范圍內(nèi)，由此說明該方法制備得到的蛋白質(zhì)是安全可靠的。
　　（3）通過向超聲波聯(lián)合復(fù)合酶提取污泥蛋白的水解前的污泥溶液中加入不同金屬離子，來研究金屬

7、離子對(duì)該聯(lián)合提取法的影響。結(jié)果表明：一價(jià)金屬離子Na+、K+對(duì)酶活及蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率影響不大；不同的二價(jià)金屬離子對(duì)酶活及蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率的影響不同，堿土族金屬離子中，Mg2+有一定激活作用，而Ca2+有抑制作用，過渡態(tài)金屬離子中， Mn2+有較強(qiáng)激活作用，而Ni2+、Cu2+、Zn2+均為抑制作用；重金屬離子Pb2+、Cd2+對(duì)酶活及蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率均為抑制作用。其中當(dāng)Mn2+濃度為1mmol/L時(shí)，激活作用最強(qiáng)；金屬離子抑制作用的大小順序?yàn)椋篊d