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3结果与分析
3.1SC对有机物溶出的影响
原污泥中的溶解性蛋白质和碳水化合物浓度较低(溶解性蛋白质73.0mg-L-1,溶解性碳水化合物14.2mg-L-1),表明其中的有机物主要以固体状态存在,溶解性有机质的含量较低.空白对照组(不加酶也不加SC)反应4h后,污泥中的溶解性蛋白质和碳水化合物浓度分别增加至400.0和79.0mg-L-1.在水解酶的作用下,随着污泥胶团的解聚和胞外聚合物的水解,大量有机质由固相转移至液相,成为溶解性物质.
图1为蛋白酶和淀粉酶组实验(均投加酶0.06g-g-1)在不同SC投加量下(0、0.144、0.288、0.432、0.576、0.864g-g-1),反应4h后污泥中蛋白质和碳水化合物浓度随SC投加量的变化情况.由图可知,只投加水解酶(不投加SC)时,溶解性蛋白质由原污泥的73.0mg-L-1分别增加至1250.0mg-L-1(蛋白酶组)和1407.0mg-L-1(淀粉酶组),溶解性碳水化合物由原来的14.2mg-L-1分别增加至244.0mg-L-1(蛋白酶组)和194.0mg-L-1(淀粉酶组).污泥的主要成分是蛋白质,此研究中淀粉酶和蛋白酶促进污泥水解的效果差不多,其原因如下:
一方面,Pinnekamp(1989)指出,碳水化合物和蛋白质的可生物降解率分别为52.24%和39.70%,蛋白质的可生物降解性较差,其水解在污泥水解过程中是限速步骤.在较短的时间内,碳水化合物的水解效率高于蛋白质.另一方面,EPS中碳水化合物可能与蛋白质相结合,从而形成碳水化合物-碳水化合物、碳水化合物-蛋白质、蛋白质-蛋白质相结合的结构,破坏其中任何一种物质,与其相结合的另一物质也会随之溶解出来(Sesayetal.,.,2006).
投加SC后,溶出的有机物进一步提高,当SC投加量为0.432g-g-1时,溶解性蛋白质分别增加至2186.0mg-L-1(蛋白酶组)和2172.0mg-L-1(淀粉酶组),溶解性碳水化合物分别增加至433.-L-1(蛋白酶组)和444.0mg-L-1(淀粉酶组).污泥是由许多不同的微生物包埋在聚合物组成的网络中形成的,这些聚合物就是EPS(罗琨等,2010),其主要组成物是蛋白质和碳水化合物(Goeletal.,.,1998).EPS的网络结构主要是通过表面带负电荷的基团如COOH-、SO42-等与金属离子的结合保持其稳定性(Morgan-Sagastumeetal.,.,2005).SC是一种很强的阳离子络合剂,其能络合EPS中Ca2+、Mg2+等金属离子,从而破坏污泥絮体结构,进而促进蛋白质、碳水化合物和腐殖质等有机物的溶出,并转化为液相中可溶性有机物.
SC的投加量为0~0.432g-g-1时,溶解性蛋白质和碳水化合物的浓度不断增加,继续提高SC的投加量,其浓度仅有小幅度的上升.由此可知,SC投加量达到一定值后,再通过增加SC的投加量来促进污泥水解的作用并不明显.综合考虑处理效率和经济成本,本研究中SC的最佳投加剂量为0.432g-g-1.
3.2SC对水解酶活性的影响
污泥的水解速率主要取决于水解酶的活性,以及污泥中水解酶与底物的接触程度.污泥中原有的及投加的水解酶会被吸附、包埋于污泥基体中,从而降低了水解酶的活性.图2所示为不同SC投加量下,反应4h后水解酶活性的变化情况.在一定浓度范围内,随着SC的投加,水解酶活性不断提高,这可能是由于SC的投加促进了水解酶的释放,原来被束缚、隐藏于污泥基体中的水解酶活性得以表达.当SC投加量为0.432g-g-1时,污泥上清液中的蛋白酶活性由原来的2.25U-mL-1增加到4.30U-mL-1,而淀粉酶活性则由4.50U-mL-1增加到6.99U-mL-1.继续提高SC的投加量,蛋白酶的活性变化不大,而淀粉酶的活性呈小幅度的下降趋势(SC投加量为0.864g-g-1时,蛋白酶活性为4.20U-mL-1,淀粉酶活性下降到6.16U-mL-1).实验选用的蛋白酶最适pH值为7.0~7.8,淀粉酶最适pH值为5.5~7.5.SC是一种强碱弱酸盐,具有一定的缓冲能力,其溶液具有弱碱性.
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