随污水处理厂处理规模的不断扩大,副产物剩余污泥产量不断增加,已成为污水处理厂面临的主要问题之一。剩余污泥含有大量有机物,如蛋白质、多糖、核酸等,其中,蛋白质约占细胞干重的50%,若能在水解基础上将剩余污泥中的蛋白质回收利用,则可实现真正意义上的变废为宝,同时实现剩余污泥减量化和无害化。本研究以无锡市滨湖区某污水处理厂剩余污泥为处理对象,以污泥蛋白质溶出率为评价指标,在研究热酸和热碱水解对剩余污泥蛋白质溶出效果影响的基础上,研究联合酶法水解剩余污泥的蛋白质溶出效果,获得剩余污泥水解溶出蛋白质的最佳工艺条件,然后,采用牛血清蛋白和纤维素标准品模拟剩余污泥中的蛋白质和多糖,研究热碱水解期间蛋白质的溶出、转化和降解规律,可为剩余污泥中蛋白质的回收提供技术支撑。主要研究内容和结果如下:(1)基于蛋白质回收的剩余污泥热酸水解技术研究。当热酸水解p H为1.0、反应温度为125oC、反应时间为6.0 h和污泥浓度为30 g/L时,剩余污泥蛋白质溶出效果最佳,上清液中蛋白质浓度及其溶出率分别为1686 mg/L和24.01%。在最佳热酸水解条件下,剩余污泥中53.43%的粗蛋白质未能从污泥细胞中破胞释放,同时不同程度地分解或转变成其他物质,仅有24.01%的污泥蛋白质以可溶蛋白质形式溶解在水解上清液中。(2)基于蛋白质回收的剩余污泥热碱水解技术研究。当热碱水解p H为12.5、反应温度为80oC、水解时间为3.0 h和污泥浓度为30 g/L时,剩余污泥蛋白质溶出效果最佳,上清液中蛋白质浓度及其溶出率分别达2436 mg/L和42.24%。与热酸水解相比,热碱法水解剩余污泥的蛋白质溶出效果较好,污泥蛋白质溶出率高出18.23%左右,同时,热碱水解剩余污泥的水解时间较短,成本较低。(3)基于蛋白质回收的剩余污泥酶解技术研究。碱性蛋白酶和木瓜蛋白酶复合联合热碱水解法水解剩余污泥,效果优于其他复合酶。当二者配比为1:12时,蛋白质溶出率达81.84%。与单一酶解效果相比,碱性蛋白酶与木瓜蛋白酶复配,其蛋白质溶出率比二者单独水解分别提高了48.02%和34.81%。当污泥浓度为30 g/L时,复合酶(碱性蛋白酶:木瓜蛋白酶为1:12)投加量为1%,在体系p H为7.0和反应温度为55oC条件下酶解2.0 h,再调节p H至12.5和反应温度为90oC条件下热碱水解1.5 h后,剩余污泥蛋白质溶出效果最佳,上清液中蛋白质浓度和蛋白质溶出率分别达6050 mg/L和84.33%。(4)热碱水解过程中剩余污泥蛋白质的转化规律研究。当热碱水解温度从80°C升高到100°C时,纤维素标准品水解程度大幅增加,产生大量单糖(还原糖),同时大分子蛋白质体积分数明显下降。依据UV254吸光度的变化,80°C对纤维素标准品造成焦糖化反应程度是微不足道的,与100°C相比,80°C更能有效抑制还原糖与酰胺(蛋白质、多肽、氨基酸)之间的美拉德反应,进而提高蛋白质回收率。在上述最佳水解温度下,剩余污泥中67.59%蛋白质从胞内释放溶出,32.41%蛋白质仍保留在污泥残渣中。其中,36.64%以可溶蛋白质形式存在,剩余30.95%蛋白质被分解或转化为其他小分子物质,如多肽、氨基酸、氨氮、硝态氮、挥发性脂肪酸以及未知物质。