宋小莉 ， 施正華 ， 李秀芬 *， 王新華 ， 任月萍

（1.江南大學(xué) 環(huán)境與土木工程學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122；2.江蘇省厭氧生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫 214122）

城市污水處理廠處理規(guī)模不斷擴(kuò)大，副產(chǎn)物剩余污泥（waste activated sludge，WAS）產(chǎn)量不斷增加，已成為污水處理廠面臨的主要問(wèn)題之一[1]。剩余污泥富含有機(jī)質(zhì)，其中胞內(nèi)和胞外聚合物（extracellular polymeric substances，EPS）中蛋白質(zhì)含量為污泥干質(zhì)量的30%～60%[2]，如能在水解基礎(chǔ)上將剩余污泥中的蛋白質(zhì)回收利用，則可實(shí)現(xiàn)真正意義上的變廢為寶?；厥帐Ｓ辔勰嘀械牡鞍踪|(zhì)，首先需將污泥水解，破胞并破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)，將蛋白質(zhì)釋放到水相中。與物理和化學(xué)水解技術(shù)相比，酶解技術(shù)具有環(huán)境友好、操作簡(jiǎn)單、水解效果好等特點(diǎn)，是一種重要的剩余污泥水解技術(shù)[3]。溶菌酶（lysozyme，Lys）是一種能夠溶解細(xì)胞壁中不溶性多糖的細(xì)胞質(zhì)酶，酶活力很高。α-淀粉酶（α-amylase，AA）和 β-淀粉酶（β-amylase，BA）則是細(xì)胞壁糖類(lèi)的水解酶[4]。剩余污泥中的微生物主要是格蘭陰性菌[5]，其細(xì)胞壁中蛋白質(zhì)含量很高，約占60%。木瓜蛋白酶（papain，pap）和堿性蛋白酶（alkaline protease，AP）能很好地水解細(xì)胞壁中的蛋白質(zhì)成分，使細(xì)胞壁破裂，胞內(nèi)蛋白質(zhì)溶出。另一方面，污泥中的微生物被EPS所包裹，其中70%～80%是蛋白質(zhì)和多糖[6]，該部分蛋白質(zhì)能被木瓜蛋白酶水解，致使污泥絮體結(jié)構(gòu)被破壞，細(xì)胞壁失去EPS的保護(hù)作用，細(xì)胞的形狀和性能受到一定程度的影響，為木瓜蛋白酶進(jìn)一步水解細(xì)胞壁創(chuàng)造有利條件。纖維素也是污泥有機(jī)質(zhì)的主要成分之一，占污泥干質(zhì)量的8%～15%[7]。此外堿性蛋白酶分解細(xì)胞效果較好，能較大幅度提升蛋白質(zhì)提取率[8]。纖維素酶（Cellulase，Cel）可將污泥中的纖維素降解為簡(jiǎn)單糖類(lèi)，對(duì)污泥結(jié)構(gòu)的破壞同樣起著重要作用。

然而，剩余污泥中大部分蛋白質(zhì)存在于微生物菌體細(xì)胞內(nèi)，因此，污泥水解破胞效果對(duì)蛋白質(zhì)溶出影響較大。目前尚存在酶解破胞效果較低、酶制劑用量大、酶解時(shí)間較長(zhǎng)且成本高等問(wèn)題。開(kāi)展酶解條件對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響以及酶解聯(lián)合化學(xué)方法的水解效果研究，可為剩余污泥的資源化提供技術(shù)支撐。本研究通過(guò)酶制劑種類(lèi)篩選、酶解聯(lián)合熱堿水解法、酶制劑復(fù)配、投加量、水解時(shí)間及污泥濃度等對(duì)蛋白質(zhì)溶出影響的規(guī)律分析，得到剩余污泥酶解技術(shù)，不僅酶制劑的投加量小，水解時(shí)間短，而且蛋白質(zhì)溶出率較高，可大大降低技術(shù)運(yùn)行成本。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用剩余污泥取自無(wú)錫新城污水處理廠的脫水污泥，污泥性質(zhì)如表1所示。實(shí)驗(yàn)用酶制劑購(gòu)自江蘇銳陽(yáng)生物科技有限公司（無(wú)錫），其酶活力分別如表2所示。

表1 剩余污泥性質(zhì)Table1 Characteristics of raw waste activated sludge

表2 不同酶制劑的酶活力Table2 Enzyme activities of different enzymes U/g

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1）研究不同種類(lèi)酶制劑對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響。配制30 g/L剩余污泥混合液，調(diào)節(jié)pH值為7.0，依據(jù)酶制劑活力大小，不同酶制劑的投加量均為每克污泥（Total solid，TS）中投加7500 U的酶制劑，混勻后，45℃水解2.0 h。

2）研究酶制劑聯(lián)合熱堿水解法對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響。配制30 g/L剩余污泥混合液，調(diào)節(jié)pH值為7.0，依據(jù)酶制劑活力大小，不同酶制劑的投加量均為每克污泥中投加7500 U的酶制劑，混勻后，45℃水解2.0 h后，調(diào)節(jié)pH值至12.5，90℃再水解 1.5 h。

3）研究溶菌酶和木瓜蛋白酶復(fù)配對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響。配制30 g/L剩余污泥混合液，調(diào)節(jié)pH值為6.0，溶菌酶與木瓜蛋白酶質(zhì)量配比分別為 1∶6、1∶3、1∶1、3∶1 和 6∶1， 復(fù)合酶投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，混勻后，45℃水解2.0 h后，調(diào)節(jié)pH值至12.50，90℃再水解1.5 h。

4）研究木瓜蛋白酶與纖維素酶復(fù)配對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響。配制30 g/L剩余污泥混合液，調(diào)節(jié)pH值為7.0，木瓜蛋白酶與纖維素質(zhì)量配比分別為 1∶6、1∶3、1∶1、3∶1 和 6∶1， 復(fù)合酶投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，混勻后，55℃水解2.0 h后，調(diào)節(jié)pH值至12.50，90℃再水解1.5 h。

5）研究堿性蛋白酶和木瓜蛋白酶復(fù)配對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響。配制30 g/L剩余污泥混合液，調(diào)節(jié)pH值為7.0，堿性蛋白酶和木瓜蛋白酶質(zhì)量配比分別為 1∶24、1∶12、1∶6、1∶1、6∶1、12∶1 和24∶1，復(fù)合酶投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，混勻后，55℃水解2.0 h后，調(diào)節(jié)pH值至12.50，90℃再水解1.5 h。

6）研究復(fù)合酶投加量對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響。配制30 g/L剩余污泥混合液，調(diào)節(jié)pH值為7.0，分別投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%、3%和5%蛋白質(zhì)溶出效果較優(yōu)的上述復(fù)合酶，混勻后，55℃水解1.0 h后，調(diào)節(jié)pH值至12.50，90℃再水解1.5 h。

7）研究復(fù)合酶水解時(shí)間對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響。配制30 g/L剩余污泥混合液，調(diào)節(jié)pH值為7.0，投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%蛋白質(zhì)溶出效果較優(yōu)的上述復(fù)合酶，混勻后，55℃分別水解一定時(shí)間后，調(diào)節(jié)pH值至12.50，90℃再水解一定時(shí)間。

8）研究剩余污泥濃度對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響。配制10、30、50、75 g/L的剩余污泥混合液，調(diào)節(jié)pH值為7.0，投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%蛋白質(zhì)溶出效果較優(yōu)的上述復(fù)合酶，混勻后，55℃分別水解2.0 h后，調(diào)節(jié)pH值至12.50，90℃再水解1.5 h。

上述實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次，取平均值。

1.3 分析測(cè)試項(xiàng)目與方法

上述剩余污泥水解液在8000 r/min條件下，離心15 min，采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定所得離心上清液中的蛋白質(zhì)濃度[9]，離心殘?jiān)械牡鞍踪|(zhì)含量采用凱氏定氮法[10]測(cè)定，剩余污泥蛋白質(zhì)溶出率采用式（1）計(jì)算而得。

式中，R為剩余污泥蛋白質(zhì)溶出率（%）；C為上清液蛋白質(zhì)濃質(zhì)量度（mg/L）；V為離心后所得上清液體積（L）；M為原始污泥中蛋白質(zhì)質(zhì)量（mg）。

2 結(jié)果與分析

2.1 酶制劑種類(lèi)對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響

依據(jù)酶制劑活力大小，不同酶制劑的投加量均為每克污泥中投加7500 U的酶制劑，相應(yīng)地，溶菌酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶、木瓜蛋白酶、堿性蛋白酶和纖維素酶的投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.04%、250%、1%、1%、4%和15%（相對(duì)于污泥干重）。采用α-淀粉酶水解剩余污泥后，上清液蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度和蛋白質(zhì)溶出率分別為518 mg/L和 8.17%（圖1），水解殘?jiān)械鞍踪|(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)由25.00%降低到12.70%（表3），水解效果最好。α-淀粉酶可將剩余污泥中的淀粉及其他含有1，4糖苷鍵的碳水化合物水解，破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)[11]。其次，纖維素酶水解后的上清液蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度和蛋白質(zhì)溶出率分別為71 mg/L和0.87%，而其他酶制劑水解剩余污泥溶出蛋白質(zhì)的效果不太理想，上清液中蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度均低于60 mg/L，蛋白質(zhì)溶出率均低于1%，水解殘?jiān)械鞍踪|(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于20%。

2.2 酶制劑聯(lián)合熱堿水解法對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響

已有研究表明，采用酶解與其他物化方法聯(lián)合水解，可使污泥水解效果大大提升，對(duì)胞內(nèi)物的釋放有積極作用[12]。剩余污泥厭氧產(chǎn)甲烷是其資源化處理的重要途徑，為提高產(chǎn)甲烷效果，對(duì)剩余污泥進(jìn)行預(yù)處理使其胞內(nèi)物大量釋放十分必要。本研究選擇聯(lián)合熱堿水解的方法。首先，熱堿水解是一種高效的預(yù)處理方法[13]，三維熒光光譜分析表明，堿處理對(duì)瓦解污泥絮體和破裂細(xì)胞壁效果十分明顯，進(jìn)而促進(jìn)剩余污泥蛋白質(zhì)的釋放[14]。其次，所用的堿來(lái)源廣泛，經(jīng)濟(jì)易得，操作簡(jiǎn)便。最后，熱堿水解條件（高溫強(qiáng)堿）下，酶解后的殘余酶制劑失活，省去酶滅活這一步驟。剩余污泥酶解聯(lián)合熱堿水解處理的蛋白質(zhì)溶出效果如圖2所示。

與酶解技術(shù)結(jié)合，熱堿水解對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)的溶出有明顯的促進(jìn)作用，水解后蛋白質(zhì)溶出率均有大幅度提高（圖2）。其中，溶菌酶和木瓜蛋白酶溶出剩余污泥蛋白質(zhì)的效果較佳，上清液中蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度及其溶出率分別達(dá)5283 mg/L、47.03%和5335 mg/L、47.36%，與單獨(dú)酶解相比，蛋白質(zhì)溶出率分別提高了46.84%和45.56%（圖1）。與熱堿水解結(jié)合后，單獨(dú)酶解效果最好的α-淀粉酶的蛋白質(zhì)溶出率提高到33.21%，但與其他5種酶制劑相比，溶出率最低。

圖1 酶制劑種類(lèi)對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響Fig.1 EffectofvariousenzymesonWASprotein dissolution

表3 酶制劑水解后殘?jiān)械牡鞍踪|(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)（±s）Table3 Protein contents of residue after enzyme hydrolysis（±s）

表3 酶制劑水解后殘?jiān)械牡鞍踪|(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)（±s）Table3 Protein contents of residue after enzyme hydrolysis（±s）

酶種類(lèi)溶菌酶α-淀粉酶復(fù)合酶β-淀粉酶粗蛋白質(zhì)/%纖維素酶22.03±0.20 12.70±1.56 22.01±0.14 21.88±0.32 21.14±0.13

圖2 聯(lián)合熱堿水解后酶制劑種類(lèi)對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響Fig.2 Effect of various enzymes after combined with thermal alkali hydrolysis on WAS protein dissolution

有研究表明，與其他酶制劑相比，木瓜蛋白酶水解剩余污泥的效果最佳，反應(yīng)溫度為55℃、反應(yīng)時(shí)間為5.5 h和投加量為60 mg/g條件下，蛋白質(zhì)提取率為51.57%[8]。本研究中，采用酶法與熱堿聯(lián)合水解的方法水解剩余污泥，酶解階段的反應(yīng)溫度同樣為55℃，而聯(lián)合水解的反應(yīng)時(shí)間共2.0 h，與5.5 h相比大大縮短，木瓜蛋白質(zhì)酶的添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)則僅為1%（相當(dāng)于10 mg/g），剩余污泥蛋白質(zhì)溶出率為47.03%，盡管比51.57%略低，但從固定投資和運(yùn)行成本方面看，本研究后續(xù)實(shí)驗(yàn)均采用酶解與熱堿水解聯(lián)合處理技術(shù)。

2.3 復(fù)合酶配比對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響

污水處理廠剩余污泥富含有機(jī)物，分別存在于污泥絮體和細(xì)胞內(nèi)，其中，粗蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29%～41%，纖維素為27%～44%，而細(xì)菌細(xì)胞壁的主要成分為糖類(lèi)（如肽聚糖）。酶制劑具有較好的專(zhuān)一性，采用單一酶制劑的酶解效果有限[15]，將不同酶制劑進(jìn)行復(fù)配，理論上可提高剩余污泥的水解效果[9]，進(jìn)而提高蛋白質(zhì)的溶出率?？紤]剩余污泥中蛋白質(zhì)和纖維素的含量較高，蛋白酶與纖維素酶復(fù)配將有利于污泥水解，而與熱堿水解結(jié)合后，堿性蛋白酶的水解效果令人期待。由于溶菌酶和木瓜蛋白質(zhì)酶的水解效果較佳（圖2），對(duì)二者復(fù)配也進(jìn)行了研究。

隨木瓜蛋白酶與纖維素酶配比增加，剩余污泥蛋白質(zhì)的溶出效果先提高后降低（圖3），2種酶制劑的最佳質(zhì)量配比為1∶1，此時(shí)上清液中蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度達(dá) 6323 mg/L，蛋白質(zhì)溶出率為60.15%，與二者質(zhì)量配比為1∶6和6∶1相比，蛋白質(zhì)溶出率分別增加了30%、34%，木瓜蛋白酶與纖維素酶復(fù)合使用有利于水解剩余污泥進(jìn)而有效釋放蛋白質(zhì)。與單一酶解效果（圖2）相比，木瓜蛋白酶與纖維素酶復(fù)配后（1∶1，質(zhì)量比），其蛋白質(zhì)溶出率比二者單獨(dú)水解分別提高了13.12%和23.13%，復(fù)合溶出效果明顯。

已有研究表明，剩余污泥熱水解后，投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%復(fù)合酶（堿性蛋白酶∶木瓜蛋白酶=1∶1，質(zhì)量比），在pH=7.0和55℃條件下，水解4 h后蛋白質(zhì)溶出率可達(dá)68.16%[8]。本研究中，堿性蛋白酶與木瓜蛋白酶復(fù)合酶的投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，二者配比對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響如圖4所示?？梢?jiàn)，酶解效果均優(yōu)于單一酶解（圖2）。當(dāng)二者質(zhì)量配比為1∶12時(shí)，蛋白質(zhì)溶出率相對(duì)較高，達(dá)81.84%，與木瓜蛋白酶和纖維素酶復(fù)合水解效果相比，提高了21.69%，堿性蛋白酶與木瓜蛋白酶復(fù)合更有利于剩余污泥水解。此外，與單一酶解效果（圖2）相比，堿性蛋白酶與木瓜蛋白酶復(fù)配后（1∶12，質(zhì)量比），其蛋白質(zhì)溶出率比二者單獨(dú)水解分別提高了48.02%和34.81%，復(fù)合效果顯著。

圖3 木瓜蛋白酶和纖維素酶配比對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)效果的影響Fig.3 Effect of the ratio of papain and cellulase on WAS protein dissolution

將溶菌酶與木瓜蛋白酶復(fù)合，二者配比對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響不甚顯著（圖5），且酶解效果均低于單一酶解（圖2）。其中，當(dāng)二者質(zhì)量配比為6∶1時(shí)，蛋白質(zhì)溶出率相對(duì)較高，為40.89%，上清液蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度為4498 mg/L。單一溶菌酶和木瓜蛋白酶聯(lián)合熱堿水解時(shí)，蛋白質(zhì)溶出率分別為47.03%和47.36%，與木瓜蛋白酶與纖維素酶復(fù)配不同，溶菌酶和木瓜蛋白酶不宜復(fù)合用于剩余污泥水解。木瓜蛋白酶適宜的活性溫度為50～60℃，pH為6～7，而溶菌酶適宜的活性溫度為35℃，pH為4.5～6.0，二者的活性溫度和pH條件存在一定差異，本研究中采用的酶解溫度為55℃，因此，復(fù)合酶水解效果低于單一酶解。

圖4 堿性蛋白酶和木瓜蛋白酶配比對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響Fig.4 Effect of the ratio of alkaline protease and papain on WAS protein dissolution

圖5 溶菌酶和木瓜蛋白酶配比對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響Fig.5 Effect of the ratio of lysozyme and papain on WAS protein dissolution

2.4 復(fù)合酶投加量對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響

上述研究表明，堿性蛋白酶和木瓜蛋白酶復(fù)合使用的剩余污泥水解效果最佳，當(dāng)復(fù)合酶投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%且二者質(zhì)量配比為1∶12時(shí)，蛋白質(zhì)溶出率高達(dá)81.84%。為降低酶解的運(yùn)行成本，研究復(fù)合酶投加量對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響。隨復(fù)合酶投加量增加，盡管上清液蛋白質(zhì)濃度及蛋白質(zhì)溶出率呈增加趨勢(shì)，但增幅較?。ū?）。當(dāng)堿性蛋白酶和木瓜蛋白酶復(fù)合酶投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)由1%增加到5%時(shí)，上清液中蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度及蛋白質(zhì)溶出率分別從4730 mg/L和65.22%提高到4957 mg/L和68.34%，考慮運(yùn)行成本，1%的復(fù)合酶投加量較宜。蘇瑞景[16]的研究表明，投加20 mg/g（相當(dāng)于質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%）堿性蛋白酶，在pH＝8.0和 55℃條件下，水解熱預(yù)處理后的剩余污泥4 h，其蛋白質(zhì)溶出率為52.5%。可見(jiàn)，本研究采用復(fù)合酶水解方法，可在降低酶制劑投加量、縮短水解時(shí)間進(jìn)而降低運(yùn)行成本的同時(shí)，達(dá)到提高剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的目的。

表4 堿性蛋白酶和木瓜蛋白酶投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響Table4 Effect of alkaline protease+papain dosage on WAS protein dissolution

2.5 復(fù)合酶水解時(shí)間對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響

除復(fù)合酶投加量外，水解時(shí)間對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)的溶出效果同樣有著較大影響。水解時(shí)間過(guò)短剩余污泥水解不充分，影響破胞效果，降低蛋白質(zhì)溶出率；水解時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則導(dǎo)致剩余污泥水解溶出的蛋白質(zhì)進(jìn)一步分解為小分子量的多肽、氨基酸，甚至是揮發(fā)性脂肪酸和氨氮，同樣對(duì)蛋白質(zhì)回收不利。結(jié)果表明，當(dāng)酶解時(shí)間為1.0 h時(shí)，隨熱堿水解時(shí)間從1.5 h增加到2.0 h，剩余污泥蛋白質(zhì)溶出率從65.22%增加到77.22%。當(dāng)酶解時(shí)間從1.0 h增加到2.0 h，而熱堿水解時(shí)間固定為1.5 h時(shí)，蛋白質(zhì)溶出率則從65.22%增加到84.33%，此時(shí)上清液中蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度為6050 mg/L。然而，當(dāng)酶解時(shí)間為2.0 h，熱堿水解時(shí)間從1.0 h延長(zhǎng)至2.0 h時(shí)，剩余污泥蛋白質(zhì)溶出率不增反降，從83.6%降低到78.24%。剩余污泥水解效果不僅與酶解或熱堿水解時(shí)間有關(guān)，還與總的水解時(shí)間密切相關(guān)，總水解時(shí)間從3.5 h延長(zhǎng)到4.0 h，存在溶出蛋白質(zhì)進(jìn)一步分解的可能，這與研究[17]報(bào)道一致。復(fù)合酶水解總時(shí)間控制在3.5 h內(nèi)為宜。

表5 復(fù)合酶水解時(shí)間對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響Table5 Effect of multi-enzyme hydrolysis time on WAS protein dissolution

2.6 剩余污泥濃度對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響

影響剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的因素中，剩余污泥濃度是另一個(gè)重要的限制因子，復(fù)合酶與底物相互作用的概率大小受含水率多少的直接影響，同時(shí)也影響二者之間相互作用的傳質(zhì)速率[18]。在復(fù)合酶水解剩余污泥的過(guò)程中，水作為反應(yīng)介質(zhì)和運(yùn)輸載體，使復(fù)合酶與剩余污泥得以均勻分布，充分接觸，有利于剩余污泥蛋白質(zhì)的溶出。

當(dāng)復(fù)合酶投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%（堿性蛋白酶∶木瓜蛋白酶＝1∶12，質(zhì)量比）時(shí)，隨污泥質(zhì)量濃度增加，剩余污泥蛋白質(zhì)溶出率先增加后降低，并在30 g/L處取得最佳效果（圖6），此時(shí)蛋白質(zhì)溶出率為84.33%，上清液蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度為6050 mg/L。上清液蛋白質(zhì)濃度則與體系污泥蛋白質(zhì)總量密切相關(guān)，隨污泥濃度持續(xù)增加，污泥質(zhì)量濃度為10 g/L和75g/L時(shí)，水解上清液蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度分別為1286 mg/L和9812 mg/L，差異十分顯著，但蛋白質(zhì)溶出率均在45%左右，水解溶出效果不佳。酶水解過(guò)程中，污泥的水解率取決于酶表面活性中心在污泥基質(zhì)中的分散程度[13]，而高濃度剩余污泥其污泥絮體結(jié)構(gòu)緊密，含水量相對(duì)較少，影響酶與剩余污泥的接觸，水解或蛋白質(zhì)溶出率較低。當(dāng)污泥濃度較低時(shí)，酶與剩余污泥顆粒碰撞的概率也隨之下降，水解效果相應(yīng)變差。上述研究表明，污泥質(zhì)量濃度為30 g/L時(shí)，復(fù)合酶在污泥混合液中分散均勻，酶與剩余污泥接觸較充分，蛋白質(zhì)溶出率最佳。

圖6 污泥濃度對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果的影響Fig.6 Effect of sludge concentration on WAS protein dissolution

3 結(jié)語(yǔ)

與酶解技術(shù)結(jié)合，熱堿水解對(duì)剩余污泥蛋白質(zhì)的溶出有明顯的促進(jìn)作用。其中，溶菌酶和木瓜蛋白酶溶出剩余污泥蛋白質(zhì)的效果較佳，上清液中蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度和蛋白質(zhì)溶出率分別達(dá)5283 mg/L、47.03% 和5335 mg/L、47.36%，與單獨(dú)酶解相比，蛋白質(zhì)溶出率分別提高了46.84%和45.56%。

堿性蛋白酶和木瓜蛋白酶復(fù)合酶聯(lián)合熱堿水解法水解剩余污泥，效果優(yōu)于其他復(fù)合酶（木瓜蛋白酶與纖維素酶和溶菌酶與木瓜蛋白酶）。當(dāng)二者配比為 1∶12時(shí)，蛋白質(zhì)溶出率相對(duì)較高，達(dá)81.84%。與單一酶解效果相比，堿性蛋白酶與木瓜蛋白酶復(fù)配后，其蛋白質(zhì)溶出率比二者單獨(dú)水解分別提高了48.02%和34.81%。

當(dāng)污泥質(zhì)量濃度為30 g/L時(shí)，復(fù)合酶（堿性蛋白酶∶木瓜蛋白酶＝1∶12，質(zhì)量比）投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，在pH為7.0和溫度為55℃條件下酶解2.0 h，再在pH為12.5和溫度為90℃條件下熱堿水解1.5 h后，剩余污泥蛋白質(zhì)溶出效果最佳，蛋白質(zhì)溶出率和上清液中蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度分別達(dá)6050 mg/L和84.33%。