復合酶水解法提取剩余污泥中蛋白質(zhì)的研究.pdf

1、近年來，隨著城市污水處理廠及城鎮(zhèn)污水處理設施的大量建設，我國已建成近8000多萬m3/d能力的污水處理廠，有效的遏制了水體污染。但與此同時，污水處理帶來了大量的剩余污泥，據(jù)統(tǒng)計，我國年排放干污泥總量達1.12×103萬噸，處理污泥的費用占了污水處理廠總投資的20％-45％，并且還不包括污泥的處置費用。因此從成本上分析，污泥已經(jīng)成為直接影響污水廠正常運行的限制性因子。針對如此巨大的污泥量，如能對其進行無害化，資源化處理，最終轉(zhuǎn)化為一種資源

2、加以充分利用，變廢為寶，是降低污泥處置成本的有效手段，是污泥處置與資源化結(jié)合的有效途徑。
　　據(jù)報道，剩余污泥中粗蛋白的含量約占污泥干重的30％-60％，針對這些豐富的蛋白質(zhì)資源，已有研究者采用了物理法、化學法以及綜合處理法提取污泥中的蛋白質(zhì)，并且取得了一定的研究成果，但采用酶法提取，尤其是復合酶法提取污泥蛋白質(zhì)的研究，國內(nèi)研究較少。本課題就是從復合酶法水解提取剩余污泥中的蛋白質(zhì)入手，以上海市青浦區(qū)某污水處理廠消化、脫水后的剩余污

3、泥為主要原料，首先在單酶水解提取污泥蛋白的基礎上，選取三種蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率較高的酶，構(gòu)成三組復合酶，以蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率為指標，用凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)含量，選取一組蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率最高的復合酶；然后用這組復合酶水解提取剩余污泥蛋白，并研究復合酶法水解提取剩余污泥蛋白的最佳條件；最后，結(jié)合不同的預處理工藝及金屬離子，研究預處理工藝及金屬離子對此種復合酶提取剩余污泥蛋白的影響，為提高酶法提取剩余污泥蛋白的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率，以及今后剩余污泥的資源化利用，奠定了

4、基礎。
　　課題研究的主要結(jié)論如下：
　?。?）實驗室測得剩余污泥pH為6.8，含水率為82.7％，以蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率為指標，用堿性蛋白酶，中性蛋白酶，木瓜蛋白酶三種單酶構(gòu)成的三組復合酶在各自適宜的水解條件下提取污泥蛋白，最終選定堿性蛋白酶和木瓜蛋白酶組成的復合酶為最優(yōu)復合酶，并進行下一步的水解優(yōu)化試驗。結(jié)果表明，復合酶最適工作條件為：pH值為7.0，溫度55℃，加酶量為5％，酶配比(堿性蛋白酶:木瓜蛋白酶)為1:12，反應時間

5、4h，液固比4:1，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率最高為77.16％。
　?。?）用三種污泥預處理方法—超聲波，微波，熱水解分別與堿性蛋白酶和木瓜蛋白酶構(gòu)成的復合酶聯(lián)合提取剩余污泥蛋白，并通過改變單因素實驗條件，來確定不同預處理聯(lián)合復合酶提取污泥蛋白的各自最高蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率。結(jié)果表明：在相同能耗的前提下，采用超聲波與復合酶聯(lián)合法提取污泥蛋白的蛋白轉(zhuǎn)化率最高，在超聲波工作條件為超聲時間70min，聲能密度1.2w/ml，復合酶工作條件為pH值為7.0，

6、溫度55℃，加酶量為5％，酶配比(堿性蛋白酶:木瓜蛋白酶)為1:12，反應時間4h，液固比4:1的條件下，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率最高為85.7％，顯然優(yōu)于單獨用復合酶水解提取；通過對超聲波聯(lián)合復合酶提取污泥蛋白得到的蛋白提取液中的重金屬含量的檢測，發(fā)現(xiàn)重金屬元素浸出率都比較低，在相關(guān)規(guī)定的最低限制范圍內(nèi)，由此說明該方法制備得到的蛋白質(zhì)是安全可靠的。
　?。?）通過向超聲波聯(lián)合復合酶提取污泥蛋白的水解前的污泥溶液中加入不同金屬離子，來研究金屬

7、離子對該聯(lián)合提取法的影響。結(jié)果表明：一價金屬離子Na+、K+對酶活及蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率影響不大；不同的二價金屬離子對酶活及蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率的影響不同，堿土族金屬離子中，Mg2+有一定激活作用，而Ca2+有抑制作用，過渡態(tài)金屬離子中， Mn2+有較強激活作用，而Ni2+、Cu2+、Zn2+均為抑制作用；重金屬離子Pb2+、Cd2+對酶活及蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率均為抑制作用。其中當Mn2+濃度為1mmol/L時，激活作用最強；金屬離子抑制作用的大小順序為：Cd