游離酶固定化及其水解污泥效果研究.pdf

1、隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，對水的需求量也一直呈加速上升趨勢，污水處理廠的工作負(fù)荷越來越大，產(chǎn)生的剩余污泥也越來越多。剩余污泥的含水率很高，因此污泥脫水是處理污泥中的一道重要環(huán)節(jié)。降低污泥中的EPS含量，破壞其絮體結(jié)構(gòu)，釋放其中的有機(jī)質(zhì)和水分，將對提高污泥的脫水性能起到積極的作用。固定化酶具有易回收、易儲藏、可降低成本等優(yōu)勢，但游離酶的活性很容易受到反應(yīng)體系中的 pH、溫度、離子濃度等因素的影響，可能會使部分游離酶失活

2、，導(dǎo)致固定化酶酶活降低。目前主流的酶固定化載體有氧化石墨烯、殼聚糖、高分子聚合物，凝膠載體，多孔活性炭，納米金剛石、介孔氧化硅以及玻璃珠等。但是這些載體在回收上存在困難，需要通過離心、沉降等復(fù)雜操作。因此，本研究中選用磁性材料作為載體，增強(qiáng)固定化酶的可回收性。但直接使用磁性Fe3O4細(xì)顆粒很難實現(xiàn)對生物分子高效穩(wěn)定的固定。故還需要在磁性顆粒表面包覆纖維素，這樣一方面改善了細(xì)顆粒的分散性和相容性；另一方面改變了細(xì)顆粒的表面活性，增加了可供

3、交聯(lián)的活性基團(tuán)。本課題選用纖維素基磁性納米顆粒作為載體，以戊二醛作為交聯(lián)劑，利用醛基與蛋白質(zhì)中的氨基能夠通過耦合實現(xiàn)穩(wěn)定交聯(lián)，制作可磁力回收的固定堿性蛋白酶和α-淀粉酶酶，實現(xiàn)酶的回收，降低酶水解污泥的生產(chǎn)成本。通過考察固定化酶在不同條件下的酶活性和酶固載率來考察Fe3O4的固載效果。之后通過比較污泥水解前后的COD、NH4+-N、還原糖、VSS、TSS等多項指標(biāo)來考察其水解污泥的實際效果。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴使用水熱合成

4、法制備微米級的磁性Fe3O4顆粒，并在其表面包覆纖維素以增加可交聯(lián)的活性基團(tuán)。將制備好的磁性顆粒作為固載酶的載體。通過VSM、SEM、XRD等方法，對磁性Fe3O4顆粒進(jìn)行表征。結(jié)果表明所制備的Fe3O4為粒徑在0.8-4μm之間，球形圓滑，具有超順磁性的磁性細(xì)顆粒。⑵以磁性顆粒為載體，用戊二醛交聯(lián)法分別制備固定化堿性蛋白酶和固定化淀粉酶。結(jié)果表明在溫度為25℃，pH值為8，酶用量為600μl，戊二醛濃度為2%，交聯(lián)時間4h，吸附時間1

5、h，固定化堿性蛋白酶和淀粉酶擁有最佳的酶活68.71%和67.51%。⑶在最佳條件下制備的固定化酶用于催化水解剩余污泥。通過檢測SCOD/TCOD、VSS去除率、氨氮濃度變化和還原性糖濃度變化等指標(biāo)，研究固定化酶對污泥的催化水解效果。結(jié)果在使用堿性蛋白酶催化水解后，SCOD/TCOD比值上升了19.1%，VSS去除率為27.4%，還原性糖濃度上升了26.7mg·g-1，氨氮濃度上升了58.4 mg·L-1；在使用堿性蛋白酶催化水解后SC