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随着我国城镇化水平的不断提高,城镇污水处理厂产生的剩余污泥量日益增加,引起了严重的二次污染。剩余污泥中含有30~60%的蛋白质,经提取后可作为发泡剂、液态肥、动物饲料等,实现资源的有效回收利用,因此得到了业界的广泛关注。本文以郑州市某城市污水处理厂剩余污泥为研究对象,在高强度超声波强化酶解污泥提取蛋白工艺的基础上,对低强度超声波改善酶解污泥提取蛋白的效果和运行条件进行研究。论文的主要研究结果如下:(1)首先采用高强度超声波辅助碱性蛋白酶水解污泥提取蛋白质。将经高强度超声波处理后的污泥加入一定剂量的酶进行水解反应,研究了超声波声能密度、超声时间、酶加量、酶解时间、酶解pH值、酶解温度等主要因素对蛋白提取效果和污泥脱水性能的影响规律,并通过响应面曲线法确定其优化工艺条件为:声能密度1 W/mL,辐照时间23 min,酶加量3500 U/g,酶解pH 10.6,温度56.4℃,反应时间3 h。在此条件下污泥上清液蛋白质浓度为10500 mg/L左右,较单独酶法提高了50%左右,其蛋白提取率达到55%左右。同时,污泥比阻值下降到5.2×10~9 s~2/g,污泥脱水性能较原泥提高了38%。(2)在低强度超声波辅助酶法试验中,首先将碱性蛋白酶和污泥共同在低强度超声场中辐射处理一段时间以提高酶的活性,然后再继续进行水解反应。结果表明最优化的工艺条件为声能密度0.125 W/mL,辐照时间30 min,酶加量4000 U/g,酶解pH 10.8,温度59.2℃,反应时间3 h。在此条件下,超声处理后蛋白酶活性可提高约13%;水解后上清液蛋白质浓度为8000 mg/L左右,较单独酶法提高了20%,蛋白提取率达到了44%。同时,污泥比阻值为3.8×10~9s~2/g,污泥脱水性能较原泥提高了50%左右。(3)高强度超声波联合酶法、低强度超声波联合酶法和单独酶法处理污泥后其有机物含量发生了明显变化,其中污泥上清液中蛋白质、多糖、多肽、氨基酸和挥发性脂肪酸等物质显著增加;干污泥中脂类、腐殖酸和纤维素类等物质比例出现小幅下降。与单独酶法相比,低强度超声波联合酶法水解后,其上清液中蛋白质含量增加了20%,氨基酸含量增加了近1倍,且能耗相差不大;与高强度超声波联合酶法相比,低强度超声波联合酶法水解后蛋白质含量降低了20%左右,氨基酸含量相差不大,但能耗却降低了近50%,所以低强度超声波联合酶法提取污泥蛋白和氨基酸等更经济高效,其产物适宜作为液态肥或动物饲料等。高强度超声波联合酶法、低强度超声波联合酶法和单独酶法分别比原泥脱水性能提高了38%,50%和55%。因此,综合考虑污泥蛋白提取率、能耗、药耗和水解后污泥脱水性能,低强度超声波辅助酶法水解是污泥提蛋白经济高效的方法之一,具有良好的应用前景。