游離酶固定化及其水解污泥效果研究.pdf_第1頁(yè)
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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(duì)水的需求量也一直呈加速上升趨勢(shì),污水處理廠的工作負(fù)荷越來(lái)越大,產(chǎn)生的剩余污泥也越來(lái)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(duì)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(chǔ)藏、可降低成本等優(yōu)勢(shì),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(huì)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(guò)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)耦合實(shí)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(shí)現(xiàn)酶的回收,降低酶水解污泥的生產(chǎn)成本。通過(guò)考察固定化酶在不同條件下的酶活性和酶固載率來(lái)考察Fe3O4的固載效果。之后通過(guò)比較污泥水解前后的COD、NH4+-N、還原糖、VSS、TSS等多項(xiàng)指標(biāo)來(lái)考察其水解污泥的實(shí)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(jí)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(guò)VSM、SEM、XRD等方法,對(duì)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(shí)間4h,吸附時(shí)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(guò)檢測(cè)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(duì)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

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