活性污泥微生物中功能成分与资源化利用研究

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剩余活性污泥是指城市污水厂在污水处理过程中产生的一类固态、半固态及液态的废弃物,主要由细菌、病毒、真菌、藻类、原生动物及所述生物死亡后的残留物组成。其中含有大量的有机物、重金属以及致病菌和病原菌等,如果不加处理任意排放,会对环境造成严重的污染。据报道,污泥中含有丰富的有机物及氮磷钾等营养物质,具有较高的热值,可作为一种可再生资源。因此,寻求经济有效的污泥处理技术,使其无害化、资源化已成为污水处理领域重要的研究方向。本课题组前期从生物废弃材料中筛选蛋白酶等水解酶源,发现活性污泥中含有高活性的蛋白酶,开发出一种新的复合蛋白酶制剂。本论文在此基础上,进一步研究剩余活性污泥中功能成分与资源化利用,为活性污泥资源化处理提供理论基础。主要研究结果如下:  1.活性污泥中聚脂肪酸酯的提取及产品的脱色。研究了不同提取方法对活性污泥聚脂肪酸酯提取的影响。获得最佳的提取条件是以10倍体积的NaClO-CHCl3溶液(30% NaClO∶CHCl3=1∶3)作为提取溶剂,磁力搅拌2h,4000rpm离心20min,过滤收取下层氯仿相。用此方法,提取广州四个不同来源污泥中的聚脂肪酸酯,含量分别是:广州开发区西区污水厂70.12mg/g、永和污水厂30.33mg/g、黄陂污水厂30.76mg/g、珠江啤酒厂20.89mg/g。探究了几种不同脱色方法的脱色效果,确定了最佳的脱色方法是活性炭法,脱色处理失重约10%。  2.活性污泥抗菌活性物质的研究。珠江啤酒厂活性污泥的提取液经不同的溶剂萃取后,采用TLC-生物自显影法检测不同萃取相对3种供试菌的抑制活性。结果表明乙醇相对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌有明显的抑菌效果,对黑曲霉孢子无抑菌效果。利用硅胶柱层析进一步对乙醇相进行分离,以二氯乙烷-甲醇作为洗脱剂梯度洗脱,得到目标化合物。经结构鉴定,推断为3,4,5-三羟基苯甲酸。经过与标准品的HPLC比对,确定该活性化合物为3,4,5-三羟基苯甲酸。HPLC法测得珠江啤酒厂污泥提取液中3,4,5-三羟基苯甲酸的含量为9.24±2.0mg/g、西区污水厂西区污水厂中含量为19.81±0.94mg/g,黄陂污水厂中含量为7.31±0.35mg/g,永和污水厂中含量为4.83±0.18 mg/g。  3.活性污泥中氨基葡萄糖胺的含量测定。以提取酶、聚脂肪酸酯后的污泥残渣为实验材料。探究不同方法水解细胞成分肽聚糖而制备氨基葡萄糖的效果。经溶菌酶法、化学法、微波酸水解法处理后,与未处理的对照组相比,6M酸水解及微波酸水解法能显著提高水解液中总糖含量,含量分别达到28.65mg/g和36.25mg/g,但这三种处理液中N-乙酰葡糖胺的含量均比较低,得率分别为526.4μg/g、507.64μg/g、562.12μg/g,相比较对照组,分别提高19.95%、15.67%、28.09%。  4.利用活性污泥残渣制备具有缓释肥功能的高吸水性树脂。以提取酶和上述功能成分后的剩余活性污泥残渣作为合成高吸水性树脂的原料,用水溶液聚合法系统研究了高吸水性树脂的制备及各原料配比对树脂吸水率的影响。获得了吸水树脂制备的最佳原料配比和制备工艺。其最佳原料配比分别为污泥残渣与丙烯酸、水、氢氧化钠、过硫酸钾、甘油的质量比1∶7、1∶12、1∶0.25、1∶0.03、1∶0.5,反应最佳温度为70℃,制备的树脂对蒸馏水的吸液率达到131.25 g/g。在有机肥料缓释的实验中,树脂吸水48h后剩余液体营养成分平均含量(g/kg干树脂)为:总有机质含量95.63±2.58,总氮含量0.91±0.108,总磷含量2.242±0.082。与传统农家肥相比较,树脂营养成分的种类和含量相近,可作传统农家肥的替代物,用于农、林业生产。
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