城镇污水剩余污泥生物法水解研究进展

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-0950

摘要/Abstract

摘要：

城镇污水处理厂产生的剩余污泥（ES）逐渐增多，对其进行无害化处理以及资源化利用逐渐成为新挑战。生物法具有绿色环保、反应温和、成本较低等优点，在ES处理方面具有广阔的应用前景。综述了生物法水解ES的研究进展，主要介绍了生物酶法、嗜热菌法及联合处理法。首先，简述了单一生物酶对ES中蛋白质、SCOD等有机物释放的影响，比较了生物酶预处理对ES厌氧消化产气的影响，随后介绍了不同复合酶水解ES的效果。嗜热菌法解决了生物酶购置成本高的问题，介绍了嗜热菌的产酶性能及其对ES的水解效率。其次，分析了利用超声、热处理、表面活性剂和金属离子等物化法联合生物酶水解ES的作用机理和水解效率，讨论了紫外光照射、常压室温等离子体、化学诱变剂等物化诱变方法促进嗜热菌产酶、提升ES水解效率的机理。最后，对未来生物法如何实现更高的ES水解效率进行了展望。

关键词: 生物法, 剩余污泥, 水解, 蛋白提取, 生物酶, 嗜热菌

Abstract:

The excess sludge（ES） produced by urban sewage treatment plants is gradually increasing，and the effective harmless treatment and resource utilization of ES have gradually become a new challenge. Biological hydrolysis of ES has the advantages of green environmental protection，mild reaction and low cost，and has a broad application prospect in ES treatment. The research progress of ES hydrolysis by biological method was reviewed. The biological enzyme method，thermophilic bacteria method and their combined treatment methods were mainly introduced. Firstly，the effects of single biological enzyme on the release of organic matter such as protein and SCOD in ES were briefly described，and the effects of pretreatment with biological enzyme on the gas production by anaerobic digestion of ES were compared. Then，the effects of hydrolysis of ES by complex enzymes were introduced. Thermophilic bacteria method could solve the problem of high purchase cost of biological enzymes. The enzyme production performance of thermophilic bacteria and the hydrolysis efficiency of ES were introduced. Secondly，the mechanism and efficiency of hydrolysis of ES by combined physicochemical methods including ultrasound，heat treatment，surfactant and metal ions with biological enzyme were analyzed. The mechanism of mutagenesis induced by ultraviolet irradiation，atmospheric plasma，chemical mutagen to promote enzyme production and hydrolysis efficiency of thermophilic bacteria was discussed. Finally，how to achieve higher hydrolysis efficiency by biological methods in the future was prospected.

Key words: biological method, excess sludge, hydrolysis, protein extraction, enzyme, thermophiles

中图分类号:

X703

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https://www.iwt.cn/CN/Y2022/V42/I10/38

图/表 3

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蛋白酶	处理条件				蛋白质提取率/%	SCOD溶出率/%	产气量	参考文献
蛋白酶	pH	温度/℃	酶加量	反应时间/min	蛋白质提取率/%	SCOD溶出率/%	产气量	参考文献
碱性蛋白酶	10.1	57.3	6 500 U/g	240	34.1	43.0	—	〔17〕
碱性蛋白酶	7.75	35	0.06 mg/L	240	—	—	3.29 mL/（g·h），较未接种组增加1倍	〔18〕
木瓜蛋白酶	6.8	72.5	7.5 mg/L	5	27.0	59.9	3 405 mL/d，较未接种组增加460 mL/d	〔19〕
中性蛋白酶	7.4	50.0	4 000 U/g	240	27.4	—	—	〔20〕
中性蛋白酶	7.0	50.0	60 mg/g	240	—	12.15	较未接种组提高7.3%	〔21〕
酸性蛋白酶	3.5	50.0	4 000 U/g	240	26.1	28.5	—	〔17〕

蛋白酶	处理条件				蛋白质提取率/%	SCOD溶出率/%	产气量	参考文献
蛋白酶	pH	温度/℃	酶加量	反应时间/min	蛋白质提取率/%	SCOD溶出率/%	产气量	参考文献
碱性蛋白酶	10.1	57.3	6 500 U/g	240	34.1	43.0	—	〔17〕
碱性蛋白酶	7.75	35	0.06 mg/L	240	—	—	3.29 mL/（g·h），较未接种组增加1倍	〔18〕
木瓜蛋白酶	6.8	72.5	7.5 mg/L	5	27.0	59.9	3 405 mL/d，较未接种组增加460 mL/d	〔19〕
中性蛋白酶	7.4	50.0	4 000 U/g	240	27.4	—	—	〔20〕
中性蛋白酶	7.0	50.0	60 mg/g	240	—	12.15	较未接种组提高7.3%	〔21〕
酸性蛋白酶	3.5	50.0	4 000 U/g	240	26.1	28.5	—	〔17〕

复合蛋白酶	复合质量比	处理条件				蛋白质提取率/%	产气效果	VSS去除率/%	参考文献
复合蛋白酶	复合质量比	pH	温度/℃	酶加量（m _酶/m _ES）	反应时间	蛋白质提取率/%	产气效果	VSS去除率/%	参考文献
中性、碱性蛋白酶	1∶3	9.0	55	5%	4 h	65.9	—	—	〔27〕
中性蛋白酶、α-淀粉酶	1∶3	7.0	50	6%	4 h	92.7	—	68.43	〔28〕
中性蛋白酶、纤维素酶	1∶2	6.8	35	8%	7 d	—	较未接种组提高93%	43.5	〔29〕
中性蛋白酶、淀粉酶	1∶2	6.2~7.2	35	0.4%	31 d	—	较未接种组提高11.14%	43.5	〔30〕

复合蛋白酶	复合质量比	处理条件				蛋白质提取率/%	产气效果	VSS去除率/%	参考文献
复合蛋白酶	复合质量比	pH	温度/℃	酶加量（m _酶/m _ES）	反应时间	蛋白质提取率/%	产气效果	VSS去除率/%	参考文献
中性、碱性蛋白酶	1∶3	9.0	55	5%	4 h	65.9	—	—	〔27〕
中性蛋白酶、α-淀粉酶	1∶3	7.0	50	6%	4 h	92.7	—	68.43	〔28〕
中性蛋白酶、纤维素酶	1∶2	6.8	35	8%	7 d	—	较未接种组提高93%	43.5	〔29〕
中性蛋白酶、淀粉酶	1∶2	6.2~7.2	35	0.4%	31 d	—	较未接种组提高11.14%	43.5	〔30〕

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