污水處理技術(shù)篇：怎樣提高污泥水解速率

　　1引言：厭氧消化因能產(chǎn)生生物氣(如甲烷和氫氣)等能源物質(zhì)而被廣泛運(yùn)用于污泥穩(wěn)定和污泥減量過程，其一般包括水解、酸化和甲烷化3個(gè)步驟(Bouškováetal.,2005).目前，研究人員越來越關(guān)注污泥水解和酸化過程中短鏈脂肪酸(SCFAs)的產(chǎn)生，因其不但可以作為生物脫氮除磷過程中微生物所需的碳源物質(zhì)(Maureretal.,1997)，同時(shí)還可以作為合成可降解塑料-聚羥基烷酸的原料(Lemosetal.,2006).顆粒有機(jī)物的水解是厭氧消化過程的限速步驟(Guoetal.,2007)，低效率的水解會(huì)延長消化時(shí)間，最終導(dǎo)致工藝負(fù)荷降低、運(yùn)行不穩(wěn)定和處理費(fèi)用增加(Gavalaetal.,2003)，因此，研發(fā)提高污泥水解速率的技術(shù)具有重要的意義.

　　Cadoret等(2002)指出，污泥水解效率除受酶活影響外，還取決于酶表面活性部位在污泥基體中的分布，并提出胞外聚合物(EPS)阻隔降低了酶和底物的接觸機(jī)會(huì)，同時(shí)降低了底物的擴(kuò)散效率，故酶在污泥處理過程中的利用效率不高.研究表明，蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等可以加速污泥的水解，但外源性酶一般被束縛、吸附和隱藏在污泥基體中，從而降低了酶的水解活性(Luoetal.,2011).Wawrzynczyk等(2008)指出，增加酶和底物的接觸機(jī)會(huì)和面積，可以提高污泥的水解效率.EPS是污泥絮體的重要組成部分，主要是由碳水化合物、蛋白質(zhì)、腐殖酸等組成，污泥中的這些有機(jī)物主要是由金屬離子通過橋接作用結(jié)合在一起的.絡(luò)合劑具有螯合金屬離子的作用，其可以通過絡(luò)合Ca2+、Mg2+、Fe2+等金屬離子破壞污泥的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而釋放出蛋白質(zhì)、碳水化合物、腐殖酸等物質(zhì)，原來被束縛、隱藏于污泥基體中的水解酶也得到釋放，水解活性得以表達(dá)，從而促進(jìn)有機(jī)物的進(jìn)一步降解(Wawrzynczyketal.,2008).

　　目前，國內(nèi)外針對絡(luò)合劑對剩余污泥酶水解的研究已有相關(guān)報(bào)道，而對于后續(xù)酸化過程的基礎(chǔ)研究尚鮮有報(bào)道.為此，筆者研究了絡(luò)合劑檸檬酸鈉(SC)對剩余污泥酶水解和后續(xù)酸化過程的影響，以期為污泥處理技術(shù)的研究和實(shí)際運(yùn)用提供借鑒和參考.

　　2材料與方法

　　2.1實(shí)驗(yàn)材料

　　試驗(yàn)所用剩余污泥取自長沙市第二污水處理廠(國楨污水處理廠)二沉池，污泥先經(jīng)30min沉淀，去除上清液，再經(jīng)0.71mm的篩網(wǎng)過濾處理去除雜質(zhì)后，置于4℃的冰箱中保存?zhèn)溆?試驗(yàn)所用污泥基本特性為：pH值6.9，TCOD8700mg-L-1，SCOD100mg-L-1，TSS10.2g-L-1，VSS6.9g-L-1，溶解性蛋白質(zhì)73.0mg-L-1，溶解性碳水化合物14.2mg-L-1.

　　絡(luò)合劑為二水合檸檬酸鈉.酶選用由上海杰輝生物科技有限公司提供的中性蛋白酶、α-淀粉酶2種工業(yè)酶，其基本特性分別為：中性蛋白酶酶活5000U-g-1，最適pH值7.0~7.8，最適溫度40~50℃;α-淀粉酶酶活6000U-g-1，最適pH值5.5~7.5，最適溫度50~60℃.

　　2.2分析項(xiàng)目及方法

　　TSS/VSS采用重量法測定;COD采用微波密封消解，重鉻酸鉀法測定，其中，SCOD為離心(轉(zhuǎn)速為10000r-min-1)10min后上清液的化學(xué)需氧量，TCOD為污泥懸浮液的總化學(xué)需氧量;上清液中的蛋白質(zhì)采用Folin-酚法測定，以牛血清蛋白為標(biāo)準(zhǔn)物;溶解性糖采用苯酚-硫酸法進(jìn)行測定，以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)物;NH+4-N采用納氏試劑分光光度法測定.上清液中的蛋白酶活力采用Folin-酚試劑比色法測定，以牛血清蛋白為標(biāo)準(zhǔn)物;淀粉酶活力采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定(Pineta1.，1995).

　　SCFAs采用Agilent6890NGC型氣相色譜儀測定，分析條件為：色譜柱型號(hào)DB-FFAP(30m×0.25mm×0.25mm)，檢測器為氫火焰檢測器FID，載氣(N2)流速為2.6mL-min-1，進(jìn)樣量為1.0mL，分流比為10∶1，進(jìn)樣器溫度為250℃，檢測器溫度為300℃.整個(gè)過程采用程序升溫，起始爐溫為70℃，持續(xù)運(yùn)行3min，再以20℃-min-1的速度升溫5.5min，然后在180℃下停留3min，一個(gè)樣品的整個(gè)運(yùn)行時(shí)間為11.5min.

　　污泥經(jīng)過12h的真空干燥，隨后進(jìn)行SEM測定(SEM，JSM-6700F，Japan).

　　2.3實(shí)驗(yàn)方法

　　SC對污泥酶水解影響：設(shè)立2批次實(shí)驗(yàn)(每批次包括6個(gè)實(shí)驗(yàn)組)，各批次均取400mL污泥，分別投加蛋白酶、淀粉酶0.06g-g-1(以TS計(jì)，下同)，SC以粉末形式投加，SC的投加量分別為0、0.144、0.288、0.432、0.576、0.864g-g-1，隨后向各錐形瓶中通入氮?dú)饧s4min以完全驅(qū)除殘留空氣，加塞置于50℃水浴振蕩器上反應(yīng)，4h后取樣測定水解產(chǎn)物及蛋白酶和淀粉酶的活性，并進(jìn)行分析.同時(shí)設(shè)定空白對照組，除不加酶和SC外，其它條件與實(shí)驗(yàn)組均相同.

　　SC對污泥產(chǎn)酸影響：設(shè)立4組實(shí)驗(yàn)，各組均取400mL污泥，先投加蛋白酶0.06g-g-1，SC以粉末形式投加，每組SC的投加量分別為0、0.144、0.432、0.864g-g-1，隨后向各錐形瓶中通入氮?dú)饧s4min以完全驅(qū)除殘留空氣，加塞置于50℃水浴振蕩器上反應(yīng)，反應(yīng)裝置在此條件下反應(yīng)12d，每天對酸化產(chǎn)物SCFAs進(jìn)行測定.同時(shí)設(shè)定空白對照組，除不加酶和SC外，其它條件與實(shí)驗(yàn)組均相同.