染料和助剂对碱性蛋白酶水解污泥的影响研究

发布时间：2020-05-31 14:55

【摘要】：纺织印染行业是我国国民经济的传统支柱行业,同时也是污染较大的行业之一。印染污泥作为印染废水处理后产生的主要污染物之一,对其有效、环保的处理与处置十分重要。印染污泥中物质成分十分复杂,含有在印染废水处理过程中未被完全降解的染料、印染助剂及重金属等物质,其对环境及人类的危害较大。目前,国内外对印染污泥的处理与处置主要采用焚烧和填埋,但能源消耗高,可能会对环境的造成二次污染,不符合可持续发展理念。因此,寻求一种绿色低污染的印染污泥处理手段显得尤为重要。酶法水解是一种温和低能耗的污泥处理技术。国内外有关酶法水解剩余污泥进行了大量的研究,污染物对酶水解影响也有一定研究,但将酶法应用到印染污泥处理中的研究却很少,特别是针对染料及助剂对酶水解污泥效果影响的研究更少。本论文主要研究内容:选取碱性蛋白酶作为水解酶,优化其水解条件(最适酶投加量、反应pH、反应温度、和反应时间);利用甲基橙和六偏磷酸钠为模拟染料和助剂,分别研究印染污泥中存在的这两种污染物对碱性蛋白酶水解污泥效果的影响;最后,利用碱性蛋白酶水解印染污泥,在其水解剩余污泥的基础上,优化其印染污泥水解条件(最适酶投加量、反应pH、反应温度、和反应时间),获得酶水解的最佳效果。通过测定污泥水解液中有机质含量、蛋白质与多糖含量,分析碱性蛋白酶的水解效果,对碱性蛋白酶水解印染污泥与剩余污泥进行对比,本论文得到的主要结论如下:(1)碱性蛋白酶水解剩余污泥过程研究表明,随着碱性蛋白酶浓度的增加,水解液中SCOD、蛋白质与多糖含量也都逐渐增加。说明随着酶浓度的增长,污泥水解率也越来越高。而当浓度达到0.1g/gtss后,其有机物溶出变平缓;当反应pH=11.0时,污泥水解液中SCOD、蛋白质与多糖均为最大值,有机物溶出最多;当温度为55℃时,其SCOD、蛋白质与多糖均为最大值,有机物溶出最多;在水解反应前2h,SCOD、蛋白质与多糖增长变化较明显,有机物溶出较快。2-4h间趋势变平缓,有机物溶出缓慢,而当反应时间超过4h后,SCOD、蛋白质与多糖增长较少,有机物溶出很少。本文选取碱性蛋白酶水解污泥的最适条件为投加量为0.1g/gtss,pH=11.0,温度为55℃,反应时间4h。在此水解条件下,EPS三维荧光光谱图中蛋白质和腐殖质的荧光强度和荧光面积都大大增加,说明污泥经酶水解后蛋白质与腐殖质大量溶出;污泥SEM显示絮体结构变松散,菌胶团变小,表面更破碎、模糊,呈松散的网状结构,说明碱性蛋白酶破坏了污泥的结构,促进了有机物的溶出。(2)六偏磷酸钠与甲基橙对碱性蛋白酶水解效果的影响研究结果表明,随着六偏磷酸钠浓度的增加,污泥水解液中SCOD、蛋白质与多糖含量也相应增加。六偏磷酸钠作为一种分散剂,能够使污泥与酶分散的更加均匀,同时能加速蛋白质与碳水化合物的溶解,破坏EPS结构,增加酶与底物的接触。加入六偏磷酸钠后SCOD值、蛋白质与多糖溶出量的增加,同时,其三维荧光图中蛋白质与腐殖质的荧光强度和荧光面积有所增加,污泥菌胶团粒径减小,网状结构更明显,表明六偏磷酸钠对碱性蛋白酶水解污泥有促进作用。随着甲基橙浓度的增加,污泥水解液中SCOD逐渐减少,多糖的含量也有小幅度减少,蛋白质溶出量有所增加,但幅度不大。原因在于甲基橙吸附在污泥颗粒表面,阻碍了有机质的溶出,而其毒性刺激了污泥中的微生物分泌少许蛋白质,在表面形成保护层。加入甲基橙后污泥水解液的三维荧光图中蛋白质的荧光强度和面积都有少许增加,腐殖质荧光强度和荧光面积大量减少,说明蛋白质溶出量有少许增加而腐殖质溶出量大大减少,与未加甲基橙时污泥SEM相比,其颗粒更大,表面更光滑且含有未被完全破坏的完整菌胶团,这说明甲基橙对碱性蛋白酶水解污泥有抑制作用。(3)碱性蛋白酶水解印染污泥的过程研究表明,随着碱性蛋白酶浓度的增加,水解液中SCOD、蛋白质与多糖含量也都逐渐增加。说明随着酶浓度的增长,印染污泥水解率也越来越高。当浓度达到0.12g/gtss后,其有机物溶出增量变少;在反应pH=11.0时,污泥水解液中SCOD、蛋白质与多糖均为最大值,有机物溶出最多;当温度为55℃时,污泥水解液SCOD、蛋白质与多糖均为最大值,有机物溶出最多;在水解反应前0.5h,SCOD、蛋白质与多糖溶出量增长变化较明显,有机物溶出较快。0.5h-4h间趋势变平缓,有机物溶出增量变缓慢,当反应时间超过4h后,SCOD、蛋白质与多糖溶出增长量较少。结合SEM图可以看出加酶水解后污泥菌胶团粒径减小,表面变模糊,呈松散的网状结构,说明碱性蛋白酶破坏了污泥的絮体结构,有助于有机物的溶出与脱水。综上所述,出于经济性考虑,结合水解效果,本文选取碱性蛋白酶水解印染污泥的最适条件为投加量为0.12g/gtss,pH=11.0,温度为55℃,反应时间4h。(4)碱性蛋白酶水解印染污泥与剩余污泥效果比较研究表明,在碱性蛋白酶投加量为0.05g/gtss、0.1g/gtss,反应pH=11,反应温度为55℃条件下分别水解印染污泥与剩余污泥,同等水解条件下,碱性蛋白酶水解剩余污泥的效果比印染污泥好,但相差不大,原因可能是印染污泥中不同种类的染料与助剂,部分对水解有促进作用,部分有抑制作用。
【图文】：

SEM图,污泥,碱性蛋白酶,菌胶团

东华大学硕士学位论文碱性蛋白酶强化污泥水解过程研究为 0.1g/gtss 条件下反应 4h 后的污泥微观结构图。从（a）图中可以看出，原污泥中主要含有球状菌和少量丝状菌，污泥菌胶团较大，结构较松散，微生物细胞轮廓清晰；从（b）图可以看出，经碱性蛋白酶水解之后，污泥表面较未处理前更破碎、模糊，原泥中较大的基团被破坏，污泥菌胶团粒径变小，污泥表面呈松散的网状结构[99]。从直观的 SEM 污泥结构图可以看出，污泥絮体结构在碱性蛋白酶的水解下被破坏，污泥细胞表面破损[82]，，这也说明了碱性蛋白酶的水解效果较好。

SEM图,污泥,甲基橙,溶出

入甲基橙后有机物的总量溶出减少了，但是蛋白质含量在加入甲基橙后有所增加，这是因为甲基橙吸附在污泥表面阻碍了酶与污泥底物的接触，同时限值了胞内有机物的溶出，而甲基橙的毒性刺激了污泥中的生命体，使其分泌 EPS，这与SCOD、蛋白质溶出变化情况相一致，表明甲基橙对碱性蛋白酶水解污泥具有抑制作用。4.4.3 污泥絮体结构变化（a）原污泥（b）污泥+酶
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X791

【相似文献】