染料和助劑對堿性蛋白酶水解污泥的影響研究
發(fā)布時間:2020-05-31 14:55
【摘要】:紡織印染行業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的傳統(tǒng)支柱行業(yè),同時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),其對環(huán)境及人類的危害較大。目前,國內(nèi)外對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,可能會對環(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,特別是針對染料及助劑對酶水解污泥效果影響的研究更少。本論文主要研究內(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)時間),獲得酶水解的最佳效果。通過測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,對堿性蛋白酶水解印染污泥與剩余污泥進(jìn)行對比,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。說明隨著酶濃度的增長,污泥水解率也越來越高。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,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,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)與多糖增長變化較明顯,有機(jī)物溶出較快。2-4h間趨勢變平緩,有機(jī)物溶出緩慢,而當(dāng)反應(yīng)時間超過4h后,SCOD、蛋白質(zhì)與多糖增長較少,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,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),這說明甲基橙對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。說明隨著酶濃度的增長,印染污泥水解率也越來越高。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,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,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)與多糖溶出量增長變化較明顯,有機(jī)物溶出較快。0.5h-4h間趨勢變平緩,有機(jī)物溶出增量變緩慢,當(dāng)反應(yīng)時間超過4h后,SCOD、蛋白質(zhì)與多糖溶出增長量較少。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,這是因為甲基橙吸附在污泥表面阻礙了酶與污泥底物的接觸,同時限值了胞內(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)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2018
【分類號】:X791
【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,這是因為甲基橙吸附在污泥表面阻礙了酶與污泥底物的接觸,同時限值了胞內(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)
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【分類號】:X791
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4 盧t熀
本文編號:2690029
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