复合酶水解法提取剩余污泥中蛋白质的研究

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1、复合酶水解法提取剩余污泥中蛋白质的研究第一章绪论1.1剩余污泥的产生与危害随着我国城市化进程的加快和污水处理率的不断提高，城镇污水处理厂污泥的产量也大幅增加，每年产生污泥预计高达3000万吨(以含水率80%计)，并以8%~10%的年增长率持续递增[1]。污泥的妥善处理已成为每个城市面临的难题，并且成为了制约污水处理厂进一步发展的重要因素。剩余污泥是指污水处理过程中所产生的固态、半固态及液态的废弃物,是污水处理厂的必然产物,含有大量的有机物、丰富的氮磷等营养物、重金属以及致病菌和病原菌等；常常伴有恶臭气体,且数量巨大,增长迅速,是亟待解决的城市废弃物。大量的污水处理厂不断建成并投入使用,

2、随之而来的污泥量越来越大。一般而言,污泥量占污水量的0.3%~0.5%[2]；如果对污水进行深度处理,污泥量会增加0.5~1倍,污水处理效率的提高必然导致污泥数量的增加。不同的污水处理工艺会产生不同的剩余污泥，其中有害物质的成分与含量也不尽相同，比如来自生活污水处理工艺的剩余污泥除了含细菌、微生物、悬浮物和胶体物质外，还会含有一定量的氮、磷等；而来自工业污水处理工艺的剩余污泥除了前面所述的物质外，还会有一些有毒有害的重金属和化学物质等。因此面对污泥量日益增长的严峻形势，如不对这些污泥进行妥善的处理，势必将给我们赖以生存的环境带来二次污染，对人类和动物的健康造成较大的危害。.1.2剩余污

3、泥处理、处置及资源化技术污泥是污水处理后的产物，是一种由细菌、微型动物为主的微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起形成的茶褐色的絮凝体。污泥具有含水率高、有机物含量高、易腐化发臭且颗粒细、比重小等特性。随着全球经济的不断发展、人口剧增,市政污水处理厂的建设规模与处理程度也在不断扩大和提高,从而导致剩余污泥的产量与日俱增。目前,世界上许多国家已不再将污泥作为无用的废弃物而简单处置并丢弃。在全球普遍倡导的可持续发展战略的影响下,污泥作为一种可以回收、利用的资源与能源的载体,对它们的处理，处置正朝着无害化、减量化、稳定化、资源化的方向发展。目前,污泥处置与利用的方式主要有填埋、焚烧、土地利用,

4、但由于各国国情不同,选择的方法各有侧重。表1-1是世界各国污泥产生量和最终处置情况。由表1-1可以看出,农用和陆地填埋是大多数国家污泥处置的最主要方法。农用和陆地填埋方案的选择很大程度上取决于各国政府相关的法律、法规和污染源控制状况,同时也与国家的大小和农业发展情况有关。近年来,随着污泥农用标准(特别是合成有机物和重金属等)的逐渐提高,许多国家如德国、意大利、西班牙等,污泥农用的比例不断降低,而污泥填埋的比例呈增加趋势.但也有一些国家如美国、英国、卢森堡等,污泥农用的比例呈增加趋势,填埋呈减少趋势。近10年来,世界各国污泥处理利用涌现出了许多新技术,例如污泥热化学液化处理使之转化为燃料

5、油；低温热化学过程将污泥转化为燃料；利用污泥制砖、制陶瓷等用作建筑材料；日本、新加坡都在研究污泥焚烧后残渣经1300℃的高温融铸成块石堆砌的处置方法；美国新泽西州尝试用污泥压制成粒,销售给农业和化肥工业。为了更详细地了解国外城市污泥的处置与利用状况,下面就欧洲，北美洲，亚洲等情况作进一步介绍。第二章复合酶法水解提取剩余污泥中蛋白质的研究2.1引言随着我国城市化进程的加快和污水处理率的不断提高，城镇污水处理厂污泥的产量也大幅增加，每年产生污泥预计高达3000万吨(以含水率80%计)，并以8%~10%的年增长率持续递增[57]。污泥的妥善处理已成为每个城市面临的难题，并且成为了制约污水处理

6、厂进一步发展的重要因素。剩余污泥中含有丰富的有机物，是一种潜在的可再生资源。研究表明，蛋白质、多糖和其他一些碳水化合物是污泥中有机物的主要组成部分，其中蛋白质的含量占到20%~60%（相对于干污泥）[58-60]。然而，剩余污泥中的大部分有机质存于剩余污泥细胞内部，剩余污泥细胞内有机质的溶出及其优质转化成为限制目前剩余污泥减量化和资源化的瓶颈技术［61］。酶生物处理方法是一种具有发展前景的剩余污泥处理技术，可裂解剩余污泥中微生物的细胞壁[62]，同热、碱处理等物化法相比，酶法处理具有反应条件温和、副产物少和能耗低等优点。章文锋等利用酶法水解提取剩余活性污泥中的蛋白质[63]，基本实现了

7、剩余污泥的无害化，减量化，但是由于酶反应的专一性[64]，单一酶作用范围小，得到的蛋白质转化率较低。本章从不同酶的活性、作用位点及和底物的相互作用都不同这一机理出发，针对单酶水解污泥得到的蛋白质转化率较低这一问题，以蛋白质转化率作为目标值，研究使用复合酶来提取剩余活性污泥中的蛋白质。结果表明，复合酶可以在短时间，低温的条件下从剩余污泥中提取较多的蛋白质，蛋白质转化率远高于单酶水解提取。..2.2试验材料、仪器和试剂2.2.1试验材料剩余活性污泥