城市污水处理厂的兴建与运行,是保护水资源和防治水体污染的重要举措。但是上个世纪九十年代以来,随着我国城市化进程的加快,城市污水处理率逐年提高,城市污水处理厂的污泥产量也急剧增加。大量的污泥因无稳定合理的处置出路,侵占人们本来就紧张的生活空间,而未经适当处理处置的污泥进入环境后,直接给水体和大气带来二次污染,不但降低了污水处理系统的有效处理能力,而且对生态环境和人类活动构成了严重威胁。按照减量化、无害化和资源化的要求,污泥应被视为一种资源加以有效利用,在治理污染的同时变废为宝。因此,剩余污泥的处理处置及其资源化利用等问题日益受到人们的关注。青岛市现有规模较大的污水处理厂四座(李村河、海泊河、团岛、麦岛),其中,除了麦岛污水处理厂采用污水一级处理工艺外(无剩余污泥产生),其余三座均采用二级生化处理工艺(产生剩余污泥)。这些污水处理厂每天产出大量剩余污泥堆放在厂区,定期运送到垃圾填埋场填埋或将剩余污泥自然风干脱水后,焚烧供热。这些处理方式不仅使污泥中的有害成分对环境造成二次污染,而且污泥中的营养成分得不到有效利用,浪费了资源,因此,需要探讨一种合适的处理处置方法以实现剩余污泥的减量化、无害化和资源化。本研究首先对李村河、海泊河、团岛三座污水处理厂剩余污泥的物理、化学性质和成分进行分析。结果表明,三座污水处理厂的污泥均呈灰黑色,粘着成块状,不易分散。pH值呈碱性(pH=8.68~8.81),含水率(70%~83%)较高。污泥中有机质、氮、磷、钾含量丰富,重金属和硼的含量较低,符合国家《农用污泥中污染物控制标准》。依据污泥的上述特征,结合青岛市历史上污泥处理利用中出现的问题以及经济、安全方面的考虑,提出污泥最为适宜的利用方式是在堆肥稳定化处理后,作为林地、花卉、苗圃、草地的肥料。同时,根据生态工程中通过“加环”延长食物链的原理,提出污泥利用的新途径,即首先将污泥中的细胞蛋白提取后作为饲料蛋白添加剂,剩余部分再用作肥料。然后,对污泥中的细胞蛋白提取和沉淀分离技术进行了研究。采用正交试验优化了酸水解、碱水解、超声波与碱耦合三种方法提取污泥蛋白的工艺条件。其中,酸水解法的适宜条件为:水解温度121℃、水解时间5h、体系pH值1.25、加水体积为样品质量的2.5~3倍;碱水解法的适宜条件为:水解温度70℃、水解时间5h、体系pH值12.5、加水体积为样品质量的4~4.5倍;超声波与碱耦合法的适宜条件为:超声功率650W、超声时间35min、体系pH值12.0、加水体积为样品质量的6~6.5倍。在每种提取方法的优化条件下,分别对三座污水处理厂的脱水污泥进行重复提取,结果表明,李村河污泥适于采用超声波与碱耦合提取方法;海泊河污泥蛋白提取适于采用酸水解法;而团岛污泥提取适于采用碱水解法。蛋白质提取效率为62.71%~69.60%,污泥消减率可达到29.95%~34.21%,剩余污泥体积可减少将近1/3。三座污水处理厂剩余污泥提取液中的蛋白质等电点均为5.5。沉淀物中蛋白质纯度(干基)分别为:团岛83.52%,李村河81.85%,海泊河79.66%。最后,对蛋白质沉淀物的营养性和安全性进行分析。蛋白质沉淀物中的氨基酸含量较高,约占粗蛋白质量的55%~65%。除色氨酸测定时被破坏外,人体和动物生长所需要的另外七种必需氨基酸均可以检测到,且含量很高,为沉淀物干重的21%~24%,约占所有检出氨基酸总量的50%。另外,在蛋白质沉淀物中还检测出八种非必需氨基酸,占所有检出氨基酸总量的50%左右。蛋白质沉淀物中重金属含量非常少,Pb、Cd含量符合国家《饲料卫生标准》;Zn含量符合《饲料中锌的允许量》(NY929-2005)的规定;Cu含量也远低于实际生产对饲料中Cu含量的要求。综上所述,从营养性和安全性两方面考虑,将青岛市污水处理厂污泥的蛋白质提取分离后作为动物饲料添加剂是可行的。