CN111662895A - 一种复合水解酶及利用该复合水解酶进行污泥脱水调理的方法 - Google Patents

一种复合水解酶及利用该复合水解酶进行污泥脱水调理的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合水解酶，是厌氧菌Aspergillus oryza所分泌的胞外蛋白酶、α‑淀粉酶和脂质酶三者的混合复配物，三者的混合质量比为(5～10):(5～10):(1～2)。所述复合水解酶应用于污泥脱水调理的技术方法，将复合水解酶干粉加入30～40℃水中搅拌3～5h以配制复合水解酶的储备液(质量浓度2～5wt.％)；向待调理污泥加入上述复合水解酶储备液，使得复合水解酶最终投加量为待调理污泥干基质量的0.5～1％；在特定反应温度(20～30℃)和污泥初始pH值(6～11)的条件下密闭孵育10～20h，过程中施以100～300rpm磁力搅拌，充分反应后即可实现污泥脱水性能的有效提升，污泥毛细吸水时间大幅降低。

Description

一种复合水解酶及利用该复合水解酶进行污泥脱水调理的 方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，涉及利用复合水解酶进行污泥脱水调理的方法。
背景技术
市政污水处理厂排放大量含水率高于95％的生物处理副产物——污泥。大量产生的污泥如不妥善处置将会造成严重的环境污染风险。住房和城乡建设部发布的《全国城乡统计年鉴》，我国干污泥产生量已达917万吨，由于资金、技术等因素限制，目前仍有超过70％的污泥未得到安全处理与资源化利用，污泥处置成为削减污水处理二次污染的关键技术环节。
目前，包括聚丙烯酰胺、聚合氯化铁、石灰在内的传统脱水调理剂被广泛用于污泥浓缩、脱水处理的调理过程，投加量通常高达污泥干基质量的5～10％，因此，可能会造成生物毒性、设备腐蚀及污泥焚烧过程中的二噁英产生风险，严重影响污泥的后续处理处置与资源化利用。为降低药剂投加造成的二次污染，以超声处理、微波辐射、冻融和电脱水为代表的物理技术手段也被用于提高污泥脱水性能，但是这些技术的能耗过高、反应条件比较苛刻，限制了其大规模工程化应用。因此，低耗、高效的环境友好型污泥脱水技术仍具有广泛市场应用前景。
胞外聚合物是由于细胞裂解、胞内物质释放而产生的附着于微生物细胞外周的有机高分子聚合物。胞外聚合物占污泥有机质总含量的30～50％，对于污泥絮体持水性能的形成具有重要作用。目前，普遍认为降解污泥胞外聚合物、裂解微生物细胞可以强化污泥絮体中的水分流出，以酶水解反应促进胞外聚合物的有效分解就成为改善污泥脱水性能的潜在技术途径。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种复合水解酶。
本发明的另一个目的是提供一种利用上述复合水解酶提高污泥脱水性能的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种复合水解酶，为厌氧菌Aspergillus oryza所分泌的胞外蛋白酶、α-淀粉酶和脂质酶三者的混合复配物，三者的复配质量比为(5～10):(5～10):(1～2)。
一种利用权利要求1所述的复合水解酶进行污泥脱水调理的方法，包括以下步骤：配制所述复合水解酶的储备液；向待调理污泥加入所述复合水解酶储备液，使得复合水解酶最终投加量为待调理污泥干基质量的0.1～1％；密闭孵育，过程中施以磁力搅拌，充分反应。
可选地，将复合水解酶干粉加入30～40℃水中搅拌3～5h以配制所述复合水解酶的储备液。
可选地，所述复合水解酶的储备液的质量浓度为2～5wt.％。
可选地，所述复合水解酶最终投加量为待调理污泥干基质量的0.1～1％。
可选地，所述密闭孵育的反应温度为20～30℃。
可选地，所述污泥初始pH范围为6～11。
可选地，所述密闭孵育时间为10～20h。
可选地，所述磁力搅拌的速度为100～300rpm。
可选地，所述待调理污泥的含水率≥95％。
可选地，所述用于污泥初始pH调节的硫酸或氢氧化钠溶液的浓度为1～3mol/L。
可选地，将胞外蛋白酶、α-淀粉酶和脂质酶按质量比5:5:1混合复配，再加入35℃水中搅拌3h以配制复合水解酶的储备液，酶的质量浓度为2wt.％；向待调理污泥加入上述复合水解酶储备液，使得复合水解酶最终投加量为待调理污泥干基质量的1％；利用1mol/L氢氧化钠溶液调节污泥初始pH值为8.5，然后在30℃和污泥初始pH值8.5的条件下密闭孵育10h，过程中施以300rpm磁力搅拌，充分反应。
本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
本发明公开的复合水解酶可大幅提升污泥脱水性能。
本发明所提供的复合水解酶，可通过生物酶水解作用对裂解污泥胞外聚合物，以降低污泥絮体的持水能力、提高污泥脱水性能；复合水解酶较传统以混凝剂、絮凝剂为代表的污泥脱水调理药剂具有投加量低、反应条件温和、无毒无害、对污泥后续处理处置无不利影响等显著优势，为环境友好型的污泥脱水调理提供了新的技术选择途径，具有广阔的市场应用前景和重要的社会环境效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1——上海市某城市污水处理厂污泥脱水调理
(1)复合水解酶应用于污泥脱水调理
将采购于美国Winston公司(Tulsa,OK,USA)的胞外蛋白酶(ECPase)、α-淀粉酶(α-amylase)和脂质酶(Liposomase)按质量比5:5:1混合复配，再加入35℃水中搅拌3h以配制复合水解酶的储备液(酶的质量浓度为2wt.％)；向待调理污泥(含水率96.4％)加入上述复合水解酶储备液，使得复合水解酶最终投加量为待调理污泥干基质量的1％；利用1mol/L氢氧化钠溶液调节污泥初始pH值为8.5，然后在30℃和污泥初始pH值8.5的条件下密闭孵育10h，过程中施以300rpm磁力搅拌，充分反应后测定污泥脱水性能。
(2)实验结果
定义污泥毛细吸水时间(CST)削减率为：
(未调理原污泥的CST-调理后污泥的CST)/未调理原污泥的CST×100％
在本实施例中，较未调理的原污泥，酶处理后污泥毛细吸水时间削减率达68.5％，脱水性能大幅提升。
实施例2——上海市某城市污水处理厂污泥脱水调理
(1)复合水解酶应用于污泥脱水调理
将采购于美国Winston公司(Tulsa,OK,USA)的胞外蛋白酶(ECPase)、α-淀粉酶(α-amylase)和脂质酶(Liposomase)按质量比10:10:1混合复配，再加入30℃水中搅拌5h以配制复合水解酶的储备液(酶的质量浓度为5wt.％)；向待调理污泥(含水率97.5％)加入上述复合水解酶储备液，使得复合水解酶最终投加量为待调理污泥干基质量的0.1％；利用3mol/L氢氧化钠溶液调节污泥初始pH值为11，然后在20℃和污泥初始pH值11的条件下密闭孵育10h，过程中施以100rpm磁力搅拌，充分反应后测定污泥脱水性能。
(2)实验结果
定义污泥毛细吸水时间(CST)削减率为：
(未调理原污泥的CST-调理后污泥的CST)/未调理原污泥的CST×100％
在本实施例中，较未调理的原污泥，酶处理后污泥毛细吸水时间削减率达48.8％，脱水性能大幅提升。
实施例3——无锡市某城市污水处理厂污泥脱水调理
(1)复合水解酶应用于污泥脱水调理
将采购于美国Winston公司(Tulsa,OK,USA)的胞外蛋白酶(ECPase)、α-淀粉酶(α-amylase)和脂质酶(Liposomase)按质量比7.5:7.5:2混合复配，再加入40℃水中搅拌4h以配制复合水解酶的储备液(酶的质量浓度为2.5wt.％)；向待调理污泥(含水率96.4％)加入上述复合水解酶储备液，使得复合水解酶最终投加量为待调理污泥干基质量的0.5％；利用1mol/L硫酸调节污泥初始pH值为6，然后在25℃和污泥初始pH值6的条件下密闭孵育20h，过程中施以200rpm磁力搅拌，充分反应后测定污泥脱水性能。
(2)实验结果
定义污泥毛细吸水时间(CST)削减率为：
(未调理原污泥的CST-调理后污泥的CST)/未调理原污泥的CST×100％
在本实施例中，较未调理的原污泥，酶处理后污泥毛细吸水时间削减率达38.1％，脱水性能有效提升。
实施例4——西安市某城市污水处理厂污泥脱水调理
(1)复合水解酶应用于污泥脱水调理
将采购于美国Winston公司(Tulsa,OK,USA)的胞外蛋白酶(ECPase)、α-淀粉酶(α-amylase)和脂质酶(Liposomase)按质量比7.5:7.5:1混合复配，再加入35℃水中搅拌4h以配制复合水解酶的储备液(酶的质量浓度为2.5wt.％)；向待调理污泥(含水率99.0％)加入上述复合水解酶储备液，使得复合水解酶最终投加量为待调理污泥干基质量的1％；利用3mol/L硫酸调节污泥初始pH值为6，然后在25℃和污泥初始pH值6的条件下密闭孵育20h，过程中施以200rpm磁力搅拌，充分反应后测定污泥脱水性能。
(2)实验结果
定义污泥毛细吸水时间(CST)削减率为：
(未调理原污泥的CST-调理后污泥的CST)/未调理原污泥的CST×100％
在本实施例中，较未调理的原污泥，酶处理后污泥毛细吸水时间削减率达34.8％，脱水性能有效提升。
可见，本发明提供了一种利用复合水解酶进行污泥脱水调理的技术方法，通过厌氧菌Aspergillus oryza分泌产生的蛋白酶、淀粉酶及脂质酶混合物水解市政污泥胞外聚合物，实现污泥胶状絮体的有效裂解，进而促进网状絮体结构中间隙水、毛细水的有效释放；同时，复合水解酶具有无毒、无害、可生物降解等优点，可显著提高环境友好型污泥高效、低耗脱水调理技术水平，具有广阔的市场应用前景与重要的社会环境效益。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种复合水解酶，其特征在于：为厌氧菌Aspergillus oryza所分泌的胞外蛋白酶、α-淀粉酶和脂质酶三者的混合复配物，三者的复配质量比为(5～10):(5～10):(1～2)。
2.一种利用权利要求1所述的复合水解酶进行污泥脱水调理的方法，其特征在于：包括以下步骤：配制所述复合水解酶的储备液；向待调理污泥加入所述复合水解酶储备液，密闭孵育，过程中施以磁力搅拌，充分反应。
3.根据权利要求2所述的复合水解酶进行污泥脱水调理的方法，其特征在于：
将复合水解酶干粉加入30～40℃水中搅拌3～5h以配制所述复合水解酶的储备液。
4.根据权利要求2所述的复合水解酶进行污泥脱水调理的方法，其特征在于：所述复合水解酶的储备液的质量浓度为2～5wt.％。
5.根据权利要求2所述的复合水解酶进行污泥脱水调理的方法，其特征在于：所述复合水解酶最终投加量为待调理污泥干基质量的0.1～1％。
6.根据权利要求2所述的复合水解酶进行污泥脱水调理的方法，其特征在于：所述密闭孵育的反应温度为20～30℃。
7.根据权利要求2所述的复合水解酶进行污泥脱水调理的方法，其特征在于：所述污泥初始pH值范围为6～11。
8.根据权利要求2所述的复合水解酶进行污泥脱水调理的方法，其特征在于：所述密闭孵育时间为10～20h。
9.根据权利要求2所述的复合水解酶进行污泥脱水调理的方法，其特征在于：所述磁力搅拌的速度为100～300rpm。
10.根据权利要求2所述的利用复合水解酶进行污泥脱水调理的方法，其特征在于：所述待调理污泥的含水率≥95％。
11.根据权利要求2所述的利用复合水解酶进行污泥脱水调理的方法，其特征在于：所述用于污泥初始pH调节的硫酸或氢氧化钠溶液的浓度为1～3mol/L。
12.根据权利要求2所述的利用复合水解酶进行污泥脱水调理的方法，其特征在于：
将胞外蛋白酶、α-淀粉酶和脂质酶按质量比5:5:1混合复配，再加入35℃水中搅拌3h以配制复合水解酶的储备液，酶的质量浓度为2wt.％；向待调理污泥加入上述复合水解酶储备液，使得复合水解酶最终投加量为待调理污泥干基质量的1％；利用1mol/L氢氧化钠溶液调节污泥初始pH值为8.5，然后在30℃和污泥初始pH值8.5的条件下密闭孵育10h，过程中施以300rpm磁力搅拌，充分反应。
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