表面活性剂促进剩余污泥酶水解的研究

论文摘要

由于城市废水产生量和下水道接管率的增加以及活性污泥系统的扩增，导致产生大量的剩余污泥，剩余污泥的减量化研究、资源化利用成为了新的国际趋势。污泥水解过程是限制其消化的主要原因，所以强化污泥水解程度是减量化的重要基础和前提。与臭氧氧化、氯氧化、机械破碎、热水解、酸、碱、外加酶和超声波等方法相比较，污泥酶水解技术不但能够缩短消化反应时间，提高污泥消化性能，节省能耗，而且反应易于控制，反应产物对环境也无二次污染。为了进一步提高污泥酶水解的效率，本文主要针对表面活性剂十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulfate, SDS）对胞外酶水解污泥的影响做了初步研究和探讨。本文首先对SDS促进污泥酶水解的影响因素进行分析，分别考察SDS投加量、温度、复合酶配比等因素对污泥酶水解厌氧消化的影响。结果表明SDS能极大的强化污泥酶水解且SCOD溶出率随SDS投加量成正比增加。在50℃条件下，SDS为0.20g/g时，SCOD/TCOD从初始污泥的1.3%上升到54.3%，同时VSS去除率显著提高，最高可达43.2%。酶的投加量为60mg/g的条件下，SDS分别联合三种酶（淀粉酶、蛋白酶、复合酶）进行处理时，SDS对复合酶（蛋白酶：淀粉酶=3:1）水解污泥的强化效果最好，同时确定出SDS的最佳投加量为0.10g/g，最佳反应温度为50℃。本文通过SDS对污泥pH值和酶活力的影响研究，从更深层次了解SDS强化污泥酶水解的机理。SDS的加入提高了酶的活性，当SDS为0.10g/g时，蛋白酶活和淀粉酶活分别是单独加酶组的2.3倍和1.2倍。50℃反应条件下，单独SDS处理污泥，pH值随SDS投加量的增大而稍有升高，但稳定在7.137.38之间，仍符合蛋白酶和淀粉酶的最适pH值范围，说明SDS促进酶水解反应速率的增大不是通过改变污泥体系的pH达到的。SDS能使污泥网络结构破坏，降低了酶被污泥包埋的机率，间接减小污泥液相中外加酶活力的损失，进而提高了污泥的酶水解效率。本文还研究了表面活性剂对污泥蛋白质、可溶性糖等的溶解增强作用。污泥水解过程的前4h，SDS+复合酶组的蛋白质、氨氮和可溶性糖浓度相应的分别提高了85.4%、92.5%和64.0%。此外，污泥水解过程的前4h符合一级反应动力学，以可溶性糖溶解为例，反应速率常数（K）值从空白组的0.23增加到0.41，说明SDS+复合酶的加入使得反应速率明显得到了提高。通常，污泥中的大分子物质被吸附在污泥的表面，但是SDS的增溶作用能够使这些大分子物质溶解并转移至液相。同时，SDS对污泥聚合物溶解性的增强作用能够打破污泥基质的紧密连接结构，从而释放出更多的蛋白质和糖类。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.1.1 课题研究的背景
• 1.1.2 课题研究的目的和意义
• 1.2 污水处理厂剩余污泥处理、处置与资源化
• 1.2.1 污泥处理技术
• 1.2.2 污泥的处置
• 1.2.3 污泥资源化研究进展
• 1.3 污泥厌氧消化
• 1.3.1 污泥厌氧消化原理
• 1.3.2 传统污泥预处理技术及发展前景
• 1.4 酶水解污泥的研究进展
• 1.4.1 酶水解污泥的理论背景
• 1.4.2 参与污泥厌氧水解的关键酶
• 1.4.3 酶水解的影响因素
• 1.4.4 酶水解的发展趋势
• 1.5 表面活性剂的功能与应用
• 1.5.1 表面活性剂的的定义
• 1.5.2 表面活性剂的特点与性质
• 1.5.3 表面活性剂在环境领域中的应用
• 1.6 本课题研究的内容
• 第2章 表面活性剂促进污泥酶水解的影响因素研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验装置和主要仪器
• 2.2.1 实验装置
• 2.2.2 主要仪器
• 2.3 材料与方法
• 2.3.1 实验材料
• 2.3.2 实验设计
• 2.3.3 测定分析方法
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 SDS 投加量不同对酶水解影响分析
• 2.4.2 温度对 SDS 促进污泥酶水解的影响分析
• 2.4.3 SDS 对单一酶与复合酶水解的影响比较
• 2.4.4 小结
• 第3章 表面活性剂对酶活和水解液 pH 的影响分析
• 3.1 前言
• 3.2 实验装置和主要仪器
• 3.3 材料与方法
• 3.3.1 实验材料
• 3.3.2 实验设计
• 3.3.3 测定与分析方法
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 酶活变化分析
• 3.4.2 pH 变化分析
• 3.5 小结
• 第4章 污泥水解过程主要物质变化分析
• 4.1 前言
• 4.2 实验装置和主要仪器
• 4.3 材料与方法
• 4.3.1 实验材料
• 4.3.2 实验设计
• 4.3.3 测定与分析方法
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 可溶性糖变化分析
• 4.4.2 蛋白质变化分析
• 4.4.3 氨氮变化分析
• 4.4.4 VSS 变化分析
• 4.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录