城市污水厂污泥回收蛋白质的技术研究

摘要

作为污水处理厂的必然产物,水体污染物的最终归趋,脱水污泥的处理处置问题已成为当前环保工作的重点。如果不经过合理、安全的处置,污泥中所含的病原体、重金属、持久性有机污染物等物质将有可能带来二次污染,对生态系统及人类健康安全构成严重威胁。填埋、焚烧、堆肥等传统的污泥处理方法存在处理成本过高,对污泥中所含的生物质资源利用不充分等问题。在当前循环经济的指导思想下,如何在安全高效的处理基础上,将污泥资源化成为了环境科技领域的研究重点。
　　本文旨在研究处理污泥的同时,尝试利用其中所含的生物质资源,即:通过强酸加热、强碱加热、微波及强碱超声等处理手段,对污泥进行处理,回收蛋白质;分析了能量输入、pH、处理时间、污泥含水率等因素对污泥蛋白质回收效率的影响;对比了不同处理手段在最优工艺条件下的污泥蛋白质回收率及经济成本。
　　为确定最优回收方案,本文研究了不同因素对污泥蛋白质回收效率的影响。结果显示,能量输入对污泥蛋白质回收率影响显著。加热和微波辐射等手段回收污泥蛋白质时,液相温度显著影响回收效果:酸热法最佳反应温度为120℃;碱热法最佳反应温度为100℃;微波法最佳反应温度为110℃;均属于中等温度范围,对设备要求不高。能密度在超声回收污泥蛋白质过程影响较显著,最佳的能密度值为7W/ml。
　　污泥混合液pH在回收污泥蛋白质过程中影响显著,碱法时最佳反应pH为12.5,酸法时为2。此外,无论初始酸性或碱性有多强,反应完全后污泥混合液pH均趋于中性。微波辐射法处理污泥时,污泥混合液为酸性环境时蛋白质回收率很低,碱性条件下污泥蛋白质回收率相对较高。
　　在达到相同的回收效果时,微波和超声所需要的时间较短,加热法所需要的时间较长,微波和超声的最佳辐射时间分别为3min和20min,强酸加热和强碱加热的最佳处理时间分别为4h和4.5h。污泥含水率对污泥蛋白质提取的影响程度相对较小,现行污水处理厂产生的脱水污泥可直接用以提取污泥蛋白质,无需其他预处理工序。
　　应用四因素四水平的L16(4^5)正交实验取得各回收方法的最优方案,强碱加热和强碱超声法在最优回收工艺下的蛋白质回收率分别为73.56％和66.30%,强酸加热和微波法在最优回收工艺下的蛋白质回收率分别为48.12%和54%。从蛋白质回收率、回收液蛋白质浓度和污泥减少率三方面综合考虑各法的处理能力,结果显示强碱超声的处理能力最好,其次为强酸加热法和强碱加热法,微波法的综合处理能力最弱。
　　对比了四种回收方法得到的蛋白质发泡特性。结果显示,上述方法得到的蛋白质的发泡倍数均可达到泡沫发泡剂的生产要求;微波和强碱超声法处理所得蛋白质的泡沫半衰期较高,分别为33.58min和29.47min,而强酸加热和强碱加热得到的蛋白质的泡沫半衰期相对较低。
　　最后,从药剂投加成本及能耗两方面入手,对以上四种处理方法进行了成本分析。结果显示,强碱超声法处理污泥的经济成本最低,且超声、微波等手段处理污泥时所消耗的能量不足常规加热处理消耗能量的三分之一。

目录

城市污水厂污泥回收蛋白质的技术研究

THE TECHNOLOGY RESEARCH OFRECYCLING PROTEIN FROM URBAN SEWAGETREATMENT PLAN SLUDGE

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1课题研究的背景

1.1.1污泥的产生及处理的必要性

1.1.2污泥的特征

1.2污泥处理的研究现状

1.2.1污泥的传统处理方式

1.2.2新兴的污泥处理方式

1.3污泥回收蛋白质的研究现状

1.4污泥蛋白质的利用前景

1.4.1污泥蛋白质做动物饲料

1.4.2污泥蛋白质做泡沫灭火剂

1.5课题的来源

1.6课题研究的内容

第2章实验材料与方法

2.1实验材料

2.1.1实验所用污泥来源

2.1.2实验所用化学试剂

2.2实验方法及设备

2.2.1强酸加热和强碱加热回收污泥蛋白质的实验方法和实验设备

2.2.2微波回收污泥蛋白质的实验方法及设备

2.2.3强碱超声回收污泥蛋白质的实验方法和设备

2.2.4污泥蛋白质发泡特性的测定

2.3分析项目

2.4统计分析方法

第3章强酸加热回收污泥蛋白质的实验研究

3.1引言

3.2强酸加热回收污泥蛋白质的影响因素研究

3.2.1pH对强酸加热回收污泥蛋白质的影响

3.2.2温度对强酸加热回收污泥蛋白质的影响

3.2.3反应时间对强酸加热回收污泥蛋白质的影响

3.2.4污泥含水率对强酸加热回收污泥蛋白质的影响

3.3强酸加热回收污泥蛋白质工艺条件的优化

3.4本章小结

第4章强碱加热回收污泥蛋白质的实验研究

4.1引言

4.2强碱加热回收污泥蛋白质的影响因素研究

4.2.1pH对强碱加热回收污泥蛋白质的影响

4.2.2温度对强碱加热回收污泥蛋白质的影响

4.2.3反应时间对强碱加热回收污泥蛋白质的影响

4.2.4污泥含水率对强碱加热回收污泥蛋白质的影响

4.3强碱加热回收污泥蛋白质工艺条件的优化

4.4在酸碱加热回收污泥蛋白质过程中pH的变化研究

4.5本章小结

第5章微波回收污泥蛋白质的实验研究

5.1引言

5.2微波回收污泥蛋白质的影响因素研究

5.2.1功率对微波回收污泥蛋白质的影响

5.2.2温度对微波回收污泥蛋白质的影响

5.2.3辐射时间对微波回收污泥蛋白质的影响

5.2.4污泥含水率对微波回收污泥蛋白质的影响

5.3微波回收污泥蛋白质工艺条件的优化

5.4pH值对微波回收污泥蛋白质的影响

5.5本章小结

第6章强碱超声回收污泥蛋白质的实验研究

6.1引言

6.2强碱超声回收污泥蛋白质的影响因素研究

6.2.1pH对强碱超声回收污泥蛋白质的影响

6.2.2能密度对强碱超声回收污泥蛋白质的影响

6.2.3辐射时间对强碱超声回收污泥蛋白质的影响

6.2.4污泥含水率对强碱超声回收污泥蛋白质的影响

6.3强碱超声回收污泥蛋白质工艺条件的优化

6.4本章小结

第7章四种回收污泥蛋白质方法的比较

7.1蛋白质发泡特性的比较

7.2最优工艺条件下综合处理能力的比较

7.3回收污泥蛋白质的经济分析

7.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢