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1、基于控制美拉德反应的污泥制取复合蛋白肥最佳工艺研究傅金祥(二级教授、博导傅金祥(二级教授、博导)中节能绿碳环保傅金祥傅金祥Mobile:Mobile:E-mail:E-mail:辽河院团队简介辽河院技术团队66人,其中具有博士学历36人,博士后人员8人。博士后、博士、硕士、本科唯一的四位一体学生:在读博士后、博士、硕士研究生60多人。院士工作室:一个;创新创业公司:一个;工作室一个;研发基地:6个 核心骨干25人技术支持18人博导3人硕导12人教授8人 博士(后),二级教授,博导,国家注册给排水工程师博士(后),二级教授,博导,国家注册给排水工程师
2、沈阳建筑大学学术委员会副主任委员,沈阳建筑大学学术委员会副主任委员,沈阳建筑大学辽河流域水污染防治研究院院长沈阳建筑大学辽河流域水污染防治研究院院长。国务院特殊津贴专家;国务院特殊津贴专家;国家建设部有突出贡献中青年专家;国家建设部有突出贡献中青年专家;国家住建部水务咨询专家国家住建部水务咨询专家;国家最高检察院生态环境公益诉讼技术专家国家最高检察院生态环境公益诉讼技术专家 辽宁省环保、土木建筑、城建、水利辽宁省环保、土木建筑、城建、水利咨询咨询专家;专家;辽宁省高等学校学科带头人;辽宁省高等学校学科带头人;沈阳市杰出人才沈阳市杰出人才。国际水质协会(IAWQ)理事;国家土木建筑学会理事;国家
3、给水排水学会理事;中国环境学会理事、辽宁省环境学会常务理事;辽宁省规划学会常务理事;东北给水排水学会副理事长;辽宁省给水排水学会理事长。研究方向:研究方向:污水资源化理论与技术饮用水处理理论与技术;污水处理理论与技术;市政和工业污泥处理处置理论与技术;危废固废处理理论与技术;水生态环境污染控制与防治理论与技术;智慧水务理论与技术。傅傅金金祥祥 喀什大学喀什大学援疆教授援疆教授中节能绿碳环保中节能绿碳环保首席技术专家首席技术专家目录Contents稳定化、无害化减量化、资源化未来?污水厂剩余污泥处理处置污水厂剩余污泥处理处置现状?历史?目录Contents6一、研究背景及选题意义二、国内外研究现
4、状三、材料与方法四、研究内容及大纲五、研究成果1六、创新点七、结论及建议7二污泥资源化处置技术传统资源化处置技术污泥制砖发电厂焚烧水泥窑焚烧沼气利用新兴资源化处置技术复合蛋 白 肥做吸附剂 热解 制 肥 热解制油污泥制氢7一8污泥作为污水厂的必然产物,带来的污染问题尤为严重。传统处理污泥的方法主要有填埋、焚烧、农业土地利用,以及远洋倾倒和深海抛投处理,这几种处理方法都有其难以改善的局限性,因此,探索污泥新的处理方法有着极为深远的意义。本课题主要以剩余污泥的资源化为目标,从污泥中提取蛋白质产品,同时减少美拉德等产生嗅味副反应的发生。这样在减量化同时,能够达到资源化的目的。一9美拉德(Mailla
5、rd Reacting MR)反应美拉德反应指的是含游离氨基的化合物和还原糖或羰基化合物在常温或加热时发生的聚合、缩合等反应,经过复杂的过程,最终生成棕色甚至是棕黑色的大分子物质类黑精或称拟黑素,所以又被称为羰胺反应。生活中的美拉德反应一10美拉德(Maillard Reacting MR)反应在污泥制蛋白肥中的副作用污泥制蛋白肥也可能存在一些副作用,主要与美拉德反应的产物有关:l 增加致癌物质含量:增加致癌物质含量:美拉德反应过程中,会产生一些致癌物质,如丙烯酰胺和丙烯酰胺衍生物等。如果污泥制蛋白肥中过程中发生了美拉德反应,可能会增加其中的致癌物质含量,对人体健康造成危害。l 增加致敏物质含
6、量:增加致敏物质含量:美拉德反应还会产生一些致敏物质,如丙烯酰胺、三唑等。这些物质可能会残留在污泥制蛋白肥中,进入植物体内后,可能会导致过敏反应。l 降低营养价值:降低营养价值:如果污泥制蛋白肥中的蛋白质在加热过程中发生美拉德反应,可能会导致其中的蛋白质结构发生变化,降低其中的营养价值。l 影响感官性:影响感官性:黑褐色、臭味,严重影响产品的感官性状。二污泥主要来源于污水处理厂副产物、生活垃圾废弃物等。利用热碱水解法得到的污泥蛋白是有价值的叶面肥,也具有较好的发泡性能,是优异的发泡材料。二12提取蛋白方法特点作者物理法高压喷射法能够完成细胞破碎,提高蛋白浓度;机械能损失大,污泥处理成本增加Na
7、h I WMechanical pretreatment of waste activated sludge for anaerobic digestion processJ.热解法能实现细胞破碎,释放细胞内有机物的同时将大分子物质水解;,停留。Shanableh AProduction and transformation of volatile fatty acids from sludge subjected to hydrothermal treatmentJ.肖本益不同预处理方法对剩余污泥性质的影响研究 J.环境科学,2008超声法无污染,能量密度高,分解速度快,短时间内有迅速释放细
8、胞内物质的优势;超声波的作用受到液体的许多参数,(温度,粘度,表面张力等),和超声波发生设备的Yu G H Enzyme extraction by ultrasound from sludge flocs J.吴臣军超声波在低声能密度下处理污泥的实验研究 J.环境科学与技术,2009王晓霞超声波处理、热处理及酸碱调节对剩余污泥溶解效果的对比研究J.环境污染与防治,2010相玉琳超声波处理、热处理及酸碱调节对剩余污泥溶解效果的对比研究J.环境污染与防治,201013二13污泥提取蛋白方法特点作者题目化学法碱处理碱处理可以避免腐蚀问题,对污泥的;单纯碱进行溶胞处理Chishti Studies
9、on the recovery of sludge proteinJ.肖本益不同预处理方法对剩余污泥性质的影响研究 环境科学,2018赵顺顺碱水解法提取剩余污泥蛋白质的条件优化J.城市环境与城市生态,2008酸处理酸法水解不仅能够改善剩余污泥的脱水性能和可生化性,还能提高污泥的后续护理效率。但是酸水解处理存在腐蚀问题,对工艺设备要求高Liu Y SPreparation of amino acids chelated trace elements(AACTE)fertilizer J.邵金星酸和热解耦合法提取剩余污泥污泥蛋白质的研究J.武汉纺织大学学报,2015生物法生物酶法蛋白酶水解污泥蛋白
10、质具有反应、酶解、反应物及产物环保易降解会对环境造成二次污染;随着溶菌酶量增加,蛋白质被分解为小分子物质李萍2种处理方法水解剩余污泥蛋白质的研究J.环境工程学报,2011章文锋酶法水解提取剩余活性污泥蛋白质条件实验J.环境科学与技术,201214二14污泥提取蛋白方法研究成果污泥研究团队成员超低温热解+药剂耦合法污水厂剩余污泥提取蛋白质试验研究M张凤麟马丽萍刘子欧张延平金星魏亮刘闯侯文涛赵超越污水厂剩余污泥提取蛋白质试验研究及嗅味值评定M氧化钙-加热法提取剩余污泥蛋白质及嗅味值评定的影响因素J热碱水解污泥提取蛋白质的条件优化及反应动力学J1515二多种方法联合热碱超声加碱超声酶联合热酸操作简单
11、、反应温度低,但较碱热法而言,其蛋白提取率较低提高水解效率,反应温度较低,降低能耗,蛋白提取率没有热碱法高,但热酸条件“美拉德”反应较少提高水解效率,比单独加热所需温度低,降低能耗,蛋白提取率提高,但热碱容易加剧“美拉德”反应水解效率提高,明显优于单独使用超声波或者单独使用碱,但蛋白提取率低于热碱法二污泥蛋白质中具有恶臭气味的物质主要有:有机氨、硫化氢、硫醇、吲哚和粪臭素等。应用污泥蛋白开发产品,尝试采用下面多种方法进行除臭处理,结论效果差和成本高。除嗅法除嗅法生物除臭生物除臭植物喷淋液植物喷淋液离子反应离子反应化学氧化法化学氧化法机理将微生物固定在滤材上,生物法处理植物液雾化后的分子分散在空
12、气中,进行化学反应通过电离现象产生氧离子,进行化学反应。通过氧化反应,破话臭味物质结构。处理恶臭浓度中、低中、低低高优点工况连续正常运转时,成本较低。工艺灵活,便于管理,不产生毒副产物,没有二次污染,安全性高。对乙酸,醛等有机臭气成分去除性强耐冲击,负荷强,可间歇工作,工作方式灵活。缺点对湿度、温度、pH、填料孔隙率、停留时间等指标控制比较严格。原料一次性,成本较高。对二氧化硫和氨气去除率不高,其离子发生器的关键元件离子管使用一段时间后离子强度会下降,湿度较大环境除臭效率低。难以用单一化学反应来消除臭味,有待进一步完善。三17蛋白质测蛋白质测定方法定方法原理原理材料材料灵敏度灵敏度优缺点优缺点
13、紫外-可见分光光度法蛋白质中酪氨酸和色氨酸残基的苯环含有共轭双键,可吸收紫外线的性质,作定量测定。紫外可见光分光光计。根据其纯度配制5.00mg/mL 的溶液。0.9%NaCl溶液。50100mg氮迅速、简便、不消耗样品,低浓度盐类不干扰测定。但仪器昂贵,灵敏度低,受外界条件影响大。双缩脲法在强碱性溶液中,蛋白质分子中的肽键也与铜离子发生双缩脲反应,用来测定蛋白质含量。(1)标准蛋白质溶液(2)双缩脲试剂1 20mg氮干扰相对较少,较快:灵敏度低、所需样品量大。凯式定氮法蛋白质与硫酸和催化剂一同加热消化,根据酸的消耗量乘以换算系数,换算成蛋白质含量。1硫酸铜。2 硫酸钾。3 硫酸。4 2%硼酸
14、溶液。5 混合指示液。0.2 1.0mg氮优点是干扰少,准确,用于标准蛋白含量的测定缺点是操作复杂,费时考马斯亮兰法考马斯亮兰G-250染料,在酸性溶液中与蛋白质结合,与蛋白质浓度成正比。(1)标准蛋白质溶液(2)考马斯亮兰G250染料试剂15ug氮优点是灵敏度高、测定快速、简便、干扰物质少;但不同蛋白质测定时有较大偏差18三污泥中蛋白质含量测定采用半微量凯式定氮法,提取液中蛋白浓度采用考马斯亮蓝法测定。凯氏定氮装置三19主要实验装置:快开反应釜、水浴加热锅、台式离心机、紫外可见光分光光度计、pH计、电热干燥箱、电子天平、酸度计、半微量凯氏定氨蒸馏装置。反应装置:快开反应釜反应装置:水浴加热锅
15、20三20蛋白检测装置:凯氏定氮装置分离装置:离心机21三21量取20g剩余污泥10份,分别稀释至其质量的1001000倍,邀请多位人员感受并记录该稀释倍数下的嗅味值,通过稀释的倍数的不同对污泥的恶臭等级进行区分。在提取蛋白质后立刻邀请多位人员感受污泥提取液的嗅味并进行描述,嗅辨结果应当以全部成员达成共识的结果为准。等级 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1强度 非常强 强 比较强 中等偏强 中等 中等偏弱 比较弱 弱 非常弱 无嗅味嗅味等级的测定四22(1)研究复合药剂A中温水解污泥提取污泥蛋白质时,温度,pH值,污泥含水率及反应时间对蛋白质提取和嗅味产生的影响,并确定最佳回收条件。(2
16、)研究复合药剂B低温水解污泥提取污泥蛋白质时,温度,复合药剂B投加量,污泥含水率及反应时间对蛋白质提取和嗅味产生的影响,并确定最佳回收条件。(3)研究提取污泥蛋白质过程中细胞破壁过程以及水解后污泥蛋白质进一步分解过程的反应动力学。分析了污泥水解过程中反应活化能以及反应速率常数与水解过程复合药剂B投加量以及反应温度T的关系,推导得出各反应过程的反应速率常数方程以及活化能方程。(4)从试验操作简便程度、蛋白质提取率、提取污泥发生副反应的剧烈程度、嗅味值的大小、反应动力学等方面将两种方法进行对比,比较得出污泥蛋白质最佳回收方法。四23剩余污泥剩余污泥复合药剂复合药剂A中温加热中温加热复合药剂复合药剂
17、B中温加热中温加热蛋白质提取率蛋白质提取率嗅味值嗅味值复合蛋白肥制备优化参数复合蛋白肥制备优化参数反应动力学反应动力学最优方案最优方案美美拉拉德德 MR反反应应控控制制目目标标2424五实验号pHT()W(%)t(h)蛋白浓度(mg/l)蛋白提取率(%)嗅味值1101000.88119878.2152101100.9216219.0173101200.92317539.6384101300.94410139.3495111200.884574618.6486111300.9311258.7297111000.92218147.4168111100.94111587.0879121300.882
18、505416.33910121200.91594320.34911121100.924556834.77812121000.943408831.29613131100.8831277548.73714131000.941735263.47615131300.921695138.541016131200.942921751.399各因素对嗅味值影响大小依次为:温度、pH、含水率、反应时间各因素对蛋白质提取率影响大小依次为:pH、反应时间、温度、含水率2525结论:(1)通过正交实验结果可以确定,水解过程中各因素对蛋白质提取率作用大小为:pH反应时间t反应温度T物料含水率W,反应体系pH在反应过程
19、中起关键作用。水解过程中各因素对嗅味值影响大小为:反应温度TpH物料含水率W反应时间t,反应温度T在反应过程中起关键作用。(2)复合药剂A加热回收污泥蛋白质的最优工艺条件为:pH为13,反应时间为4h,反应温度为110,物料含水率为90%。(3)复合药剂A加热的水解污泥的方法,污泥蛋白质的回收率为63.47%,嗅味值为6。产生的嗅味比较强烈,提取后得到的污泥混合液颜色较深。五五26各因素对蛋白质提取率影响大小依次为:复合药剂B投加量、温度、反应时间、含水率实验号复合药剂B投加量(mg/l)T()W(%)t(h)蛋白浓度(mg/l)蛋白回收率(%)嗅味值11900.88115544.832211
20、000.9212595.69331800.92311614.91241700.9446223.53153700.88432089.72163800.9323327.03273900.922285012.793831000.941158310.45395800.88230869.352105700.915031.6231151000.924550526.115125900.943326421.9431371000.8831198735.643147900.941087642.224157700.921376717.082167800.942432027.462各因素对嗅味值影响大小依次为:温度、
21、复合药剂B投加量、含水率、反应时间2727五结论:(1)通过正交实验结果可以确定,水解过程中各因素对蛋白质提取率作用大小为:复合药剂B投加量反应时间t反应温度T物料含水率W,复合药剂B投加量在反应过程中起关键作用。水解过程中各因素对嗅味值影响大小为:反应温度T复合药剂B投加量物料含水率W反应时间t,反应温度T在反应过程中起关键作用。(2)复合药剂B低温热水解污泥提取蛋白质的最优工艺条件为:复合药剂B投加量为7mg/l,反应时间为4h,反应温度为90,物料含水率为90%。(3)复合药剂B低温热水解污泥的方法操作过程较为简单,能在取得较高污泥提取率的同时将嗅味值控制在较低水平,污泥蛋白质的回收率高
22、达86.22%,嗅味值为4。282828五反应动力学:污泥蛋白的提取过程是污泥细胞破裂释放其内部物质溶解进入液相的过程。进入液相中的大分子蛋白质在热碱条件下继续水解为小分子物质,直至氨基酸以及氨基酸的破坏。若一组元一方面作为某些基元反应的产物生成,同时又作为另一些基元反应的反应物消耗而不再生,即为连续反应,蛋白质的水解过程属于连续反应。其反应模型为:292929五污泥中不溶性蛋白(B0)可溶性蛋白质、多肽、氨基酸(B1)氨基酸分解产物(B2)水解水解k1k2反应动力学方程组为:C0=CB0e-k1tC1=k1CB0/(k1-k2)/(e-k2t-e-k1t)C2=CB01-k2/(k1-k2)
23、e-k1t-k1/(k1-k2)e-k2tk1,k2一级反应动力学常数C0蛋白质初始浓度CB0不溶性蛋白质浓度C1中间产物浓度C2氨基酸分解产物浓度30五30050002500012345蛋白浓度(mg/l)时间/hpH10T=100T=110T=120T=0012345蛋白浓度(mg/l)时间/hpH11T=100T=110T=120T=03000400050006000012345蛋白浓度(mg/l)时间/hpH12T=100T=110T=120T=0600080001000012
24、000012345蛋白浓度(mg/l)时间/hpH13T=100T=110T=120T=130313131五pH T()(h-1)(h-1)k1/k2 蛋白浓度理论最大值(g/l)达到最大值所需时间(h)101000.2875 0.1524 1.8865 3.0123 4.6981 1100.2123 0.1397 1.5197 2.6813 5.7645 1200.1658 0.1209 1.3714 6.8422 7.0338 1300.1294 0.1021 1.2674 6.4503 8.6797 111000.3622 0.1643 2.2045 3.5214 3.9945 1100
25、.2698 0.1422 1.8973 3.0142 5.0192 1200.2132 0.1245 1.7124 7.3388 6.0645 1300.1721 0.1121 1.5352 7.0610 7.1447 121000.5177 0.1823 2.8398 3.6233 3.1119 1100.4213 0.1637 2.5736 4.0214 3.6697 1200.3317 0.1452 2.2844 3.0142 4.4296 1300.2677 0.1344 1.9918 2.8462 5.1691 131000.6038 0.1947 3.1012 6.2165 2.7
26、665 1100.5124 0.1821 2.8138 5.3412 3.1322 1200.4452 0.1677 2.6547 4.0977 3.5184 1300.3397 0.1523 2.2305 3.1127 4.2807 3232五污泥水解的目的是获得尽可能多的蛋白质,而尽量避免氨基酸的分解。从表中污泥水解的目的是获得尽可能多的蛋白质,而尽量避免氨基酸的分解。从表中可知,反应速率常数可知,反应速率常数k k1 1、k k2 2以及速率常数比值以及速率常数比值k k1 1/k/k2 2随着随着pHpH值的值的增大增大逐渐增大。逐渐增大。k k1 1/k/k2 2比值越大比值越大,溶
27、液中,溶液中蛋白质浓度蛋白质浓度理论最大值理论最大值越大越大,达到理论最大值的时间越短,即,达到理论最大值的时间越短,即k k1 1/k/k2 2越大,污泥微生物细胞的破碎越快,有利于细胞内蛋白质的释放、污泥内蛋白越大,污泥微生物细胞的破碎越快,有利于细胞内蛋白质的释放、污泥内蛋白质的提取。质的提取。而随着而随着温度升高温度升高,k k1 1/k/k2 2逐渐减小逐渐减小,说明前期污泥中微生物细胞破碎过程的水解,说明前期污泥中微生物细胞破碎过程的水解速率大于氨基酸的分解速率,继续加热导致蛋白质快速水解,温度过高不利于蛋白速率大于氨基酸的分解速率,继续加热导致蛋白质快速水解,温度过高不利于蛋白质
28、的回收,即在高质的回收,即在高pHpH值适当加热的条件下,有利于污泥水解反应的进行。值适当加热的条件下,有利于污泥水解反应的进行。333333五活化能E是一般反应物分子成为活化分子所需的能量。阿伦尼乌斯定理表明反应速率常数对温度有影响,该定理表达式为:dlnk/dT=E/RT2k反应速率常数;E活化能,Jmol-1;R 气体常数,8.314 Jmol-1K-1;T 温度该定理可以转化为两类不同的数学公式来表达。其一类是带有微分的形式,另一类是不具有微分的形式,带微分公式经过变形得出带微分公式经过变形得出:lnk=-E/RT+lnA式中:A指前因子。由上式可知,lnk与1T呈线性关系,lnk 对
29、1T作图。34343434五pH值E1/kJmol.1lnA1R1035213.12-12.55800.97631133740.71-11.84200.98731233098.87-11.27800.99921330859.91-10.28900.9652pH值E2/kJmol.1lnA2R1017468.55-7.52860.96661115939.6-6.90240.96281215504.78-6.62210.96681314231.07-6.09000.983535353535五=.=.=.=.-14-13-12-11-10-9-82.22.32.42.52.6lnA1lnpH-8-7
30、.5-7-6.5-6-5.5-52.22.32.42.52.6lnA2lnpH回归分析结果显示,活化能随着pH值的增大逐渐降低。在污泥蛋白水解工艺中,分子的碰撞与反应温度有关,反应温度的升高增大了分子的碰撞几率,同时与,即碰撞因子A为pH 值的函数。36363636五设反应活化能是pH值的函数,函数关系为:=变形为:=+,以lnE对lnpH作图,则直线斜率为n,截距为lnE0.根据上表中计算结果,做回归方程,回归直线方程为:9.91010.110.210.310.410.510.62.22.32.42.52.6lnE1lnpH9.29.39.49.59.69.79.89.92.252.32.3
31、52.42.452.52.552.6lnE2lnpH=.=.=.=.37373737五将活化能公式变形得到:=将指前因子表达式和活化能表达式带入,则得到污泥蛋白水解提取蛋白质的反应速率常数表达式为:=./=./3838结论 2:(1)高pH和适当的加热有利于污泥水解反应的进行,反应温度过高会加剧氨基酸的分解速率,不利于污泥蛋白质的回收。(2)污泥水解的反应表观活化能不是常数,而是随着pH的增大逐渐降低,碱的加入降低了反应的活化能,从而加快了反应速率。(3)热碱水解污泥提取蛋白质的反应过程符合一级反应动力学,反应速率常数k1、k2不单是反应温度T的函数还是pH的函数。五39五391mg/l3mg
32、/l40五405mg/l7mg/l41五41复合药剂B投加量(mg/l)T()k1(h-1)k2(h-1)k1/k2蛋白浓度理论最大值(g/l)达到最大值所需时间(h)1700.12250.09311.3158 6.6833 9.3346 800.17440.12011.4521 7.0583 6.8697 900.28420.14341.9819 8.4726 4.8582 1000.23550.13421.7548 7.8737 5.5516 3700.16320.11241.4520 7.0578 7.3408 800.23120.13541.7075 7.7477 5.5851 900
33、.37440.16882.21809.08623.8746 1000.28570.14321.9951 8.5072 4.8470 5700.24370.13211.8448 8.1122 5.4873 800.32010.15742.0337 8.6079 4.3629 900.54130.19252.811910.59722.9641 1000.41240.17662.3352 9.3878 3.5967 7700.32610.16052.0318 8.6030 4.2809 800.46550.17442.6692 10.2375 3.3726 900.71550.22643.16031
34、1.46662.3526 1000.52110.19322.6972 10.3084 3.0260 4242五污泥水解的目的是获得尽可能多的蛋白质,而尽量避免氨基酸的分解。从表中可知,反应速率常数k1、k2以及速率常数比值k1/k2随着复合药剂B投加量的增大逐渐增大,k1/k2比值越大,溶液中蛋白质浓度理论最大值越大,达到理论最大值的时间越短,即k1/k2越大,污泥微生物细胞的破碎越快,有利于细胞内蛋白质的释放、污泥内蛋白质的提取。而随着温度升高,k1/k2先增加后减小,说明前期污泥中微生物细胞破碎释放胞内物质过程的水解速率大于氨基酸的分解速率,在升温后期这个氨基酸分解速率会增加的更快。所以继
35、续加热导致蛋白质快速水解,温度过高不利于蛋白质的回收,即在较高复合药剂B投加量和适当加热条件下,有利于污泥水解反应的进行。434343五活化能E是一般反应物分子成为活化分子所需的能量。阿伦尼乌斯定理表明反应速率常数对温度有影响,该定理表达式为:dlnk/dT=E/RT2k反应速率常数;E活化能,Jmol-1;R 气体常数,8.314 Jmol-1K-1;T 温度该定理可以转化为两类不同的数学公式来表达。其一类是带有微分的形式,另一类是不具有微分的形式,带微分公式经过变形得出带微分公式经过变形得出:lnk=-E/RT+lnA式中:A指前因子。由上式可知,lnk与1T呈线性关系,lnk 对1T作图
36、。44444444五复合药剂B投加量(mg/l)E1/kJmol-1lnA1R135213.12-12.55800.9763333740.71-11.84200.9873533098.87-11.27800.9992730859.91-10.28900.9652复合药剂B投加量(mg/l)E2/kJmol-1lnA2R117468.55-7.52860.9666315939.6-6.90240.9628515504.78-6.62210.9668714231.07-6.09000.983545454545五回归分析结果显示,活化能随着氧化剂浓度的增大略有降低。在污泥蛋白水解工艺中,分子的碰撞与
37、反应温度有关,反应温度的升高增大了分子的碰撞几率,同时与氧化剂浓度有关,即碰撞因子A为浓度H 的函数。609.19ln2605.5ln2HA952.31ln3935.8ln1HA3935.8141103287.1HA2605.592100473.3HA46464646五设设反应反应活化能活化能是复合药剂是复合药剂B投加量的函数,函数关系为投加量的函数,函数关系为:变形变形为为:,以以lnE对对lnH作图,则直线斜率为作图,则直线斜率为n,截距为,截距为lnE0.根据上表中计算结果,做回归方程,回归直线方程为:根据上表中计算结果,做回归方程,回归直线方程为:HEln4716.0509.11ln1
38、4716.051100448.1HEHEln7353.0455.11ln27353.04104372.92HE47474747五将活化能公式变形得到:将活化能公式变形得到:将指前因子表达式和活化将指前因子表达式和活化能表达式带入能表达式带入,则得到污泥提取蛋白质的反应速率常数表达式为则得到污泥提取蛋白质的反应速率常数表达式为RTEAe/kRTHeHK4716.05100448.13935.8141103287.1RTHHK7353.04109.43722605.592e100473.348484848五(1)复合药剂B低温热水解污泥提取蛋白质的反应过程符合一级反应动力学,反应速率常数k1、k2
39、是反应温度T和复合药剂B投加量的反应函数。(2)复合药剂B投加量的增加和适当加热可以促进污泥水解的进行,反应温度过高会使氨基酸加速分解,不利于提取蛋白质。(3)复合药剂B低温水解的反应表观活化能不是常数,而与温度和复合药剂B的投加量有关,温度升高和增加氧化剂的投入可以降低反应的活化能,进而加快了反应速率494949五复合药剂B低温热水解污泥可以在更低的温度下取得相同的蛋白质提取率,这就有效解决了传统中温复合药剂A热水解污泥因温度过高引发剧烈的美拉德反应导致提取后的污泥混合液变色产嗅、产生有毒有害物质造成二次污染,影响限制提取后的蛋白应用的问题。在综合蛋白质提取率和嗅味值两相因素之后认为复合药剂
40、B低温热水解污泥提取蛋白质的效果更佳最佳工艺条件为:复合药剂B投加量为7mg/l,反应温度为90,反应时间为4h,污泥含水率为90%,复合药剂B低温热水解污泥提取蛋白质提取率为86.22%,嗅味值为3505050六 (1)提出采用复合药剂B低温热水解的提取蛋白质的制备工艺方法,有效解决传统复合药剂A中温热水解在反应过程中发生美拉德反应生成恶臭有害物质导致产品无法被应用的问题。(2)研究了复合药剂B低温热水解提取蛋白质过程中细胞破壁过程以及水解后污泥蛋白质进一步分解过程的反应动力学。建立了复合药剂B水解过程中反应过程的反应速率常数以及活化能的关系式。结果表明,水解过程中反应速率常数和反应活化能不
41、仅与T反应温度有关,也受复合药剂B投加量的影响。515151七(1)复合药剂A中温热水解提取剩余污泥蛋白质的最优工艺条件为:pH为13,反应时间为4h,温度为110,含水率为90%,蛋白质提取率为63.47%,嗅味值为6。各因素对蛋白质提取率影响大小依次为:pH、反应时间、温度、含水率。各因素对嗅味值影响大小依次为:温度、pH、含水率、反应时间(2)复合药剂B低温热水解污泥提取蛋白质的最优工艺条件为:复合药剂B投加量为7mg/l,反应时间为4h,温度为90,含水率为90%,蛋白质提取率为86.22%,嗅味值为3。各因素对蛋白质提取率影响大小依次为:复合药剂B投加量、温度、反应时间、含水率。各因
42、素对嗅味值影响大小依次为:温度、复合药剂B投加量、含水率、反应时间。525252七(3)复合药剂B低温热水解污泥提取蛋白质的反应过程与一级反应动力学相符合,反应温度T的函数与复合药剂B投加量的函数共用反应速率常数k1、k2。氧化氢低温热水解的反应活化能并不为常数,而是随着复合药剂B投加量的增大而降低,氧化剂的加入可以降低反应活化能,提高反应速率。(4)在从环保和污泥资源化利用的方面综合考虑,复合药剂B低温热水解提取污泥蛋白质的方法要优于复合药剂A中温热水解提取污泥蛋白质的方法。采用复合药剂B低温热水解的提取工艺方法,可以有效解决传统中温复合药剂A热水解污泥中因温度过高,导致提取后的污泥混合液变色产嗅、产生有毒有害物进而造成二次污染影响限制提取后的蛋白混合液被资源化应用的问题Thanks!53