基于微波预处理的酶强化污泥水解酸化研究

第３６卷第１期２０１６年１月环境科学学报ＡｃｔａＳｃｉｅｎｔｉａｅＣｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅＶｏｌ．３６，Ｎｏ．１Ｊａｎ．，２０１６基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（Ｎｏ．２０１２ＺＸ０７２０２⁃００５，２０１５ＺＸ０７２０３⁃００５）；中国科学院重大突破择优支持项目（Ｎｏ．ＺＤＴＰ２０１４０２０１）ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＭａｊｏｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＰｒｏｇｒａｍｆｏｒＷａｔｅｒＢｏｄｙＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＲｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ（Ｎｏ．２０１２ＺＸ０７２０２⁃００５，２０１５ＺＸ０７２０３⁃００５）ａｎｄｔｈｅＭａｊｏｒＢｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈＭｅｒｉｔＳｕｐｐｏｒｔＰｒｏｇｒａｍｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ（Ｎｏ．ＺＤＴＰ２０１４０２０１）作者简介：贾瑞来（１９９０—），男，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｊｉａｒｕｉｌａｉ．ｄｌｕｔ＠ｑｑ．ｃｏｍ；∗通讯作者（责任作者），Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｙｓｗｅｉ＠ｒｃｅｅｓ．ａｃ．ｃｎＢｉｏｇｒａｐｈｙ：ＪＩＡＲｕｉｌａｉ（１９９０—），ｍａｌｅ，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｊｉａｒｕｉｌａｉ．ｄｌｕｔ＠ｑｑ．ｃｏｍ；∗Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｙｓｗｅｉ＠ｒｃｅｅｓ．ａｃ．ｃｎＤＯＩ：１０．１３６７１／ｊ．ｈｊｋｘｘｂ．２０１５．０４８４贾瑞来，魏源送，刘吉宝．２０１６．基于微波预处理的酶强化污泥水解酸化研究［Ｊ］．环境科学学报，３６（１）：１５６⁃１６５ＪｉａＲＬ，ＷｅｉＹＳ，ＬｉｕＪＢ．２０１６．Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｅｎｚｙｍａｔｉｃｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓａｃｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｓｌｕｄｇｅｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｂｙｍｉｃｒｏｗａｖｅ⁃Ｈ２Ｏ２⁃ａｌｋａｌｉｎｅｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＡｃｔａＳｃｉｅｎｔｉａｅＣｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅ，３６（１）：１５６⁃１６５基于微波预处理的酶强化污泥水解酸化研究贾瑞来１，魏源送１，２，∗，刘吉宝１１．中国科学院生态环境研究中心环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京１０００８５２．中国科学院生态环境研究中心鄂尔多斯固体废弃物资源化工程技术研究所，鄂尔多斯０１７０００收稿日期：２０１５⁃０３⁃２６修回日期：２０１５⁃０５⁃１１录用日期：２０１５⁃０５⁃２３摘要：微波预处理能显著提高污泥上清液中溶解性有机物含量，进而可作为内碳源补充强化生物脱氮，但释放的大量溶解性有机物却存在碳源可利用性偏低问题．因此，为了提高上述碳源的可利用性，本研究通过批量试验，考察了添加中性蛋白酶和中温α⁃淀粉酶对微波预处理污泥水解酸化的强化效果，同时研究了水解酸化过程中污泥上清液中有机物的变化特征．结果表明，经过微波⁃过氧化氢⁃碱预处理的污泥进行水解酸化能产生较多的挥发性脂肪酸（ＶＦＡ），碳源可利用性提高，但由于在水解酸化最初的２ｄ内存在产酸滞后期，导致水解酸化时间被延长．加入中性蛋白酶和中温α⁃淀粉酶不仅促进了预处理后污泥的水解酸化，而且解除了微波⁃过氧化氢⁃碱预处理导致的产酸滞后现象．在５５℃、Ｉ／Ｓ（接种比）＝０．０７条件下，酶的最佳投加量分别为３０ｍｇ·ｇ－１（蛋白酶／总固体浓度ＴＳ）和９０ｍｇ·ｇ－１（淀粉酶／ＴＳ），最佳水解时间为０．５ｄ，最佳酸化时间为４ｄ．水解酸化过程中溶解性ＣＯＤ（ＳＣＯＤ）、溶解性蛋白质、溶解性糖类和ＶＦＡ浓度均呈现先增加后降低的变化规律．水解０．５ｄ时，３０ｍｇ·ｇ－１（蛋白酶／ＴＳ）组和９０ｍｇ·ｇ－１（淀粉酶／ＴＳ）组的ＳＣＯＤ、溶解性蛋白质、溶解性糖类浓度均达到最大值．水解酸化４ｄ时，３０ｍｇ·ｇ－１（蛋白酶／ＴＳ）组和９０ｍｇ·ｇ－１（淀粉酶／ＴＳ）组的总ＶＦＡ浓度分别为３３７３．３９ｍｇ·Ｌ－１（以ＣＯＤ计，下同）和３２２６．７９ｍｇ·Ｌ－１，比预处理组分别提高了８２．３７％、７４．４５％．３０ｍｇ·ｇ－１（蛋白酶／ＴＳ）组和９０ｍｇ·ｇ－１（淀粉酶／ＴＳ）组的ＶＦＡ主要组分均为乙酸、正丁酸和异戊酸，其中，乙酸占总ＶＦＡ的比例分别为４６．５３％、４５．９４％，污泥上清液中的ＣＯＤ／总氮（ＴＮ）比分别为１３．２６、１４．４１．在碳源组成方面，在水解酸化０．５～４．０ｄ之内，３０ｍｇ·ｇ－１（蛋白酶／ＴＳ）组和９０ｍｇ·ｇ－１（淀粉酶／ＴＳ）组的ＳＣＯＤ浓度基本不变，但随着水解酸化时间的延长，溶解性蛋白质占ＳＣＯＤ的比例均在下降，总ＶＦＡ占ＳＣＯＤ的比例均在提高，实现了在不改变碳源总量的条件下增加易生物降解有机物比例的目的．关键词：微波⁃过氧化氢⁃碱；污泥预处理；水解酸化；蛋白酶；α⁃淀粉酶文章编号：０２５３⁃２４６８（２０１６）０１⁃１５６⁃１０中图分类号：Ｘ７０３文献标识码：ＡＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｅｎｚｙｍａｔｉｃ