【摘要】：紡織印染行業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的傳統(tǒng)支柱行業(yè),同時(shí)也是污染較大的行業(yè)之一。印染污泥作為印染廢水處理后產(chǎn)生的主要污染物之一,對(duì)其有效、環(huán)保的處理與處置十分重要。印染污泥中物質(zhì)成分十分復(fù)雜,含有在印染廢水處理過(guò)程中未被完全降解的染料、印染助劑及重金屬等物質(zhì),其對(duì)環(huán)境及人類的危害較大。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)印染污泥的處理與處置主要采用焚燒和填埋,但能源消耗高,可能會(huì)對(duì)環(huán)境的造成二次污染,不符合可持續(xù)發(fā)展理念。因此,尋求一種綠色低污染的印染污泥處理手段顯得尤為重要。酶法水解是一種溫和低能耗的污泥處理技術(shù)。國(guó)內(nèi)外有關(guān)酶法水解剩余污泥進(jìn)行了大量的研究,污染物對(duì)酶水解影響也有一定研究,但將酶法應(yīng)用到印染污泥處理中的研究卻很少,特別是針對(duì)染料及助劑對(duì)酶水解污泥效果影響的研究更少。本論文主要研究?jī)?nèi)容:選取堿性蛋白酶作為水解酶,優(yōu)化其水解條件(最適酶投加量、反應(yīng)pH、反應(yīng)溫度、和反應(yīng)時(shí)間);利用甲基橙和六偏磷酸鈉為模擬染料和助劑,分別研究印染污泥中存在的這兩種污染物對(duì)堿性蛋白酶水解污泥效果的影響;最后,利用堿性蛋白酶水解印染污泥,在其水解剩余污泥的基礎(chǔ)上,優(yōu)化其印染污泥水解條件(最適酶投加量、反應(yīng)pH、反應(yīng)溫度、和反應(yīng)時(shí)間),獲得酶水解的最佳效果。通過(guò)測(cè)定污泥水解液中有機(jī)質(zhì)含量、蛋白質(zhì)與多糖含量,分析堿性蛋白酶的水解效果,對(duì)堿性蛋白酶水解印染污泥與剩余污泥進(jìn)行對(duì)比,本論文得到的主要結(jié)論如下:(1)堿性蛋白酶水解剩余污泥過(guò)程研究表明,隨著堿性蛋白酶濃度的增加,水解液中SCOD、蛋白質(zhì)與多糖含量也都逐漸增加。說(shuō)明隨著酶濃度的增長(zhǎng),污泥水解率也越來(lái)越高。而當(dāng)濃度達(dá)到0.1g/gtss后,其有機(jī)物溶出變平緩;當(dāng)反應(yīng)pH=11.0時(shí),污泥水解液中SCOD、蛋白質(zhì)與多糖均為最大值,有機(jī)物溶出最多;當(dāng)溫度為55℃時(shí),其SCOD、蛋白質(zhì)與多糖均為最大值,有機(jī)物溶出最多;在水解反應(yīng)前2h,SCOD、蛋白質(zhì)與多糖增長(zhǎng)變化較明顯,有機(jī)物溶出較快。2-4h間趨勢(shì)變平緩,有機(jī)物溶出緩慢,而當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過(guò)4h后,SCOD、蛋白質(zhì)與多糖增長(zhǎng)較少,有機(jī)物溶出很少。本文選取堿性蛋白酶水解污泥的最適條件為投加量為0.1g/gtss,pH=11.0,溫度為55℃,反應(yīng)時(shí)間4h。在此水解條件下,EPS三維熒光光譜圖中蛋白質(zhì)和腐殖質(zhì)的熒光強(qiáng)度和熒光面積都大大增加,說(shuō)明污泥經(jīng)酶水解后蛋白質(zhì)與腐殖質(zhì)大量溶出;污泥SEM顯示絮體結(jié)構(gòu)變松散,菌膠團(tuán)變小,表面更破碎、模糊,呈松散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),說(shuō)明堿性蛋白酶破壞了污泥的結(jié)構(gòu),促進(jìn)了有機(jī)物的溶出。(2)六偏磷酸鈉與甲基橙對(duì)堿性蛋白酶水解效果的影響研究結(jié)果表明,隨著六偏磷酸鈉濃度的增加,污泥水解液中SCOD、蛋白質(zhì)與多糖含量也相應(yīng)增加。六偏磷酸鈉作為一種分散劑,能夠使污泥與酶分散的更加均勻,同時(shí)能加速蛋白質(zhì)與碳水化合物的溶解,破壞EPS結(jié)構(gòu),增加酶與底物的接觸。加入六偏磷酸鈉后SCOD值、蛋白質(zhì)與多糖溶出量的增加,同時(shí),其三維熒光圖中蛋白質(zhì)與腐殖質(zhì)的熒光強(qiáng)度和熒光面積有所增加,污泥菌膠團(tuán)粒徑減小,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更明顯,表明六偏磷酸鈉對(duì)堿性蛋白酶水解污泥有促進(jìn)作用。隨著甲基橙濃度的增加,污泥水解液中SCOD逐漸減少,多糖的含量也有小幅度減少,蛋白質(zhì)溶出量有所增加,但幅度不大。原因在于甲基橙吸附在污泥顆粒表面,阻礙了有機(jī)質(zhì)的溶出,而其毒性刺激了污泥中的微生物分泌少許蛋白質(zhì),在表面形成保護(hù)層。加入甲基橙后污泥水解液的三維熒光圖中蛋白質(zhì)的熒光強(qiáng)度和面積都有少許增加,腐殖質(zhì)熒光強(qiáng)度和熒光面積大量減少,說(shuō)明蛋白質(zhì)溶出量有少許增加而腐殖質(zhì)溶出量大大減少,與未加甲基橙時(shí)污泥SEM相比,其顆粒更大,表面更光滑且含有未被完全破壞的完整菌膠團(tuán),這說(shuō)明甲基橙對(duì)堿性蛋白酶水解污泥有抑制作用。(3)堿性蛋白酶水解印染污泥的過(guò)程研究表明,隨著堿性蛋白酶濃度的增加,水解液中SCOD、蛋白質(zhì)與多糖含量也都逐漸增加。說(shuō)明隨著酶濃度的增長(zhǎng),印染污泥水解率也越來(lái)越高。當(dāng)濃度達(dá)到0.12g/gtss后,其有機(jī)物溶出增量變少;在反應(yīng)pH=11.0時(shí),污泥水解液中SCOD、蛋白質(zhì)與多糖均為最大值,有機(jī)物溶出最多;當(dāng)溫度為55℃時(shí),污泥水解液SCOD、蛋白質(zhì)與多糖均為最大值,有機(jī)物溶出最多;在水解反應(yīng)前0.5h,SCOD、蛋白質(zhì)與多糖溶出量增長(zhǎng)變化較明顯,有機(jī)物溶出較快。0.5h-4h間趨勢(shì)變平緩,有機(jī)物溶出增量變緩慢,當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過(guò)4h后,SCOD、蛋白質(zhì)與多糖溶出增長(zhǎng)量較少。結(jié)合SEM圖可以看出加酶水解后污泥菌膠團(tuán)粒徑減小,表面變模糊,呈松散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),說(shuō)明堿性蛋白酶破壞了污泥的絮體結(jié)構(gòu),有助于有機(jī)物的溶出與脫水。綜上所述,出于經(jīng)濟(jì)性考慮,結(jié)合水解效果,本文選取堿性蛋白酶水解印染污泥的最適條件為投加量為0.12g/gtss,pH=11.0,溫度為55℃,反應(yīng)時(shí)間4h。(4)堿性蛋白酶水解印染污泥與剩余污泥效果比較研究表明,在堿性蛋白酶投加量為0.05g/gtss、0.1g/gtss,反應(yīng)pH=11,反應(yīng)溫度為55℃條件下分別水解印染污泥與剩余污泥,同等水解條件下,堿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種類的染料與助劑,部分對(duì)水解有促進(jìn)作用,部分有抑制作用。
【圖文】：

東華大學(xué)碩士學(xué)位論文 堿性蛋白酶強(qiáng)化污泥水解過(guò)程研究為 0.1g/gtss 條件下反應(yīng) 4h 后的污泥微觀結(jié)構(gòu)圖。從（a）圖中可以看出，原污泥中主要含有球狀菌和少量絲狀菌，污泥菌膠團(tuán)較大，結(jié)構(gòu)較松散，微生物細(xì)胞輪廓清晰；從（b）圖可以看出，經(jīng)堿性蛋白酶水解之后，污泥表面較未處理前更破碎、模糊，原泥中較大的基團(tuán)被破壞，污泥菌膠團(tuán)粒徑變小，污泥表面呈松散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[99]。從直觀的 SEM 污泥結(jié)構(gòu)圖可以看出，污泥絮體結(jié)構(gòu)在堿性蛋白酶的水解下被破壞，污泥細(xì)胞表面破損[82]，，這也說(shuō)明了堿性蛋白酶的水解效果較好。

入甲基橙后有機(jī)物的總量溶出減少了，但是蛋白質(zhì)含量在加入甲基橙后有所增加，這是因?yàn)榧谆任皆谖勰啾砻孀璧K了酶與污泥底物的接觸，同時(shí)限值了胞內(nèi)有機(jī)物的溶出，而甲基橙的毒性刺激了污泥中的生命體，使其分泌 EPS，這與SCOD、蛋白質(zhì)溶出變化情況相一致，表明甲基橙對(duì)堿性蛋白酶水解污泥具有抑制作用。4.4.3 污泥絮體結(jié)構(gòu)變化（a）原污泥 （b）污泥+酶
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X791

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本文編號(hào)：2690029