剩余污泥酶法水解制備復(fù)合氨基酸及其銅衍生物研究.pdf

1、剩余污泥是污水處理廠生物法處理工藝產(chǎn)生的副產(chǎn)物，隨著污水處理量的日益提高，剩余污泥的產(chǎn)生量顯著增加。中國(guó)每年污水排放的總量達(dá)到640億噸，產(chǎn)生的干污泥總量達(dá)1.12×103萬(wàn)噸，處理污泥的費(fèi)用占了污水處理廠總投資的20％-45％。針對(duì)如此巨大的污泥量，如能對(duì)其進(jìn)行無(wú)害化、資源化處理，最終轉(zhuǎn)化為一種資源加以充分利用，不僅使污泥變廢為寶，而且有利于環(huán)境保護(hù)，能帶來(lái)良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
　　 據(jù)報(bào)道，剩余污泥中粗蛋白的含量約占污泥干

2、重的30％-60％，針對(duì)這些豐富的蛋白質(zhì)資源，已有研究者采用了物理法、化學(xué)法和綜合處理法提取污泥中蛋白，取得了一定的研究成果，但采用酶法提取污泥蛋白的報(bào)道卻不多。本課題就是從酶法提取剩余污泥蛋白質(zhì)入手，以上海市青浦區(qū)某污水處理廠消化、脫水后的剩余污泥為主要原材料，首先，用蛋白酶水解剩余污泥提取污泥蛋白，用凱氏定氮法測(cè)定蛋白質(zhì)的含量，研究酶法提取污泥蛋白的最佳條件;然后，以提取的污泥蛋白為原料，用蛋白酶對(duì)污泥蛋白進(jìn)一步水解，以柱前衍生反相

3、高效液相色譜法測(cè)得復(fù)合氨基酸的產(chǎn)率為指標(biāo)，研究酶法水解污泥蛋白制備復(fù)合氨基酸的最佳工藝;最后，用污泥蛋白水解得到的復(fù)合氨基酸與銅進(jìn)行螯合反應(yīng)，以銅元素螯合率為衡量標(biāo)準(zhǔn)，初步探討復(fù)合氨基酸螯合銅的合成條件，制得的復(fù)合氨基酸螯合銅可以用來(lái)作為第三代飼料添加劑，具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　 課題研究的主要結(jié)論如下:
　　 (1)實(shí)驗(yàn)室測(cè)得剩余污泥混合液pH為6.85，剩余污泥含水率為84.3％，用堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶、酸性蛋白

4、酶、中性蛋白酶、胃蛋白酶和胰蛋白酶等六種蛋白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作為最優(yōu)酶，并進(jìn)行下一步的水解條件優(yōu)化試驗(yàn)。結(jié)果表明:在pH為8、加酶量為2％、反應(yīng)溫度為55℃、液固比為4∶1、反應(yīng)時(shí)間為4h條件下，污泥蛋白的提取效果最好，提取率為52.4％。
　　 (2)提取的污泥蛋白先用堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶、酸性蛋白酶、中性蛋白酶和胃蛋白酶等五種蛋白酶在各自適宜水解條件下對(duì)其進(jìn)行酶解，最終選定堿性蛋白酶

5、作為酶解的最優(yōu)酶，并進(jìn)行下一步酶法水解污泥蛋白制備復(fù)合氨基酸的最佳工藝研究。結(jié)果表明:在pH為10.0、加酶量為9mg/mL、反應(yīng)時(shí)間為8h、反應(yīng)溫度為55℃條件下，污泥蛋白水解得到的復(fù)合氨基酸產(chǎn)率為10.62g/100g干污泥;污泥蛋白水解液中存在有17中氨基酸，其中包括7種必需氨基酸和10種非必需氨基酸，它們的產(chǎn)率分別為4.621g/100g干污泥和5.999g/100g干污泥，可見(jiàn)污泥蛋白水解液具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值;另外，還發(fā)現(xiàn)剩余

6、污泥經(jīng)蛋白酶水解最后得到的剩余污泥復(fù)合氨基酸溶液中，重金屬元素浸出率都比較低，在飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低限值范圍內(nèi)，由此說(shuō)明剩余污泥酶法水解制備復(fù)合氨基酸是安全可靠的。
　　 (3)制備的復(fù)合氨基酸與銅發(fā)生螯合反應(yīng)制備復(fù)合氨基酸螯合銅，在pH值為6、反應(yīng)時(shí)間為6h、反應(yīng)溫度為60℃、配位體摩爾比為2∶1的條件下，復(fù)合氨基酸螯合銅的螯合率為35.96％;螯合產(chǎn)物經(jīng)醇洗、純化后，用Na2S化學(xué)鑒定法對(duì)其進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)純化后的螯合物溶液

7、中沒(méi)有游離的氨基酸，加入硫化鈉生成金屬無(wú)機(jī)鹽沉淀后，又出現(xiàn)了游離的氨基酸，說(shuō)明純化后的螯合物不是簡(jiǎn)單的氨基酸鹽，而是氨基酸和金屬形成的一種特殊物質(zhì)，即復(fù)合氨基酸螯合銅;此外，還對(duì)螯合產(chǎn)物進(jìn)行紅外光譜分析，發(fā)現(xiàn)復(fù)合氨基酸中的氨基和羰基的吸收峰都發(fā)生了明顯的紅移，由原來(lái)的3441.27cm-1和1632.57cm-1移至3467.03cm-1和1638.08cm-1處，說(shuō)明復(fù)合氨基酸中的氨基和羰基與銅離子發(fā)生了螯合反應(yīng)，生成了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的螯合