污水的生物处理过程中产生大量以微生物为主的剩余污泥,污泥的大量产生,处理处置技术发展的相对滞后,必然会为环境带来一定风险并影响到人类的健康和经济的和谐发展。因此减小污泥体量,同时使其转化为对社会发展有益的原材料是一条绿色环保的发展道路。剩余污泥主要由细菌、原生动物、后生动物、藻类和悬浮物等物质组成,其中蛋白质含量约占30-60%。污泥中的蛋白质可用于制备蛋白饲料、有机肥、可生物降解的发泡剂、泡沫灭火剂及泡沫混凝土保温材料等,实现污泥的资源化。本文以剩余污泥为试验对象,以蛋白质提取率和污泥脱水性能为衡量指标,考察酶催化污泥水解的效果。在单因素试验基础上采用响应面法优化酶解工艺条件,并分析了污泥水解前后其成分的变化。主要研究结论如下:(1)在单酶的比选试验中,以蛋白质提取率、SCOD溶出率、氨基酸含量、多肽含量以及污泥比组为指标,分别用酸性蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶进行酶解试验,最终确定出碱性蛋白酶单独作用时污泥水解效果最好。响应曲面法优化试验结果表明,碱性蛋白酶催化污泥水解的最适工艺条件为:初始pH值为10.1,水解温度为57.3 ℃、酶加量6500 U/g、污泥含固率4%、反应时间4h,此时蛋白质浓度为6353 mg/L,提取率为34.1%,污泥比阻为0.86×1010S2/g污泥脱水性能提高了 79%;优化条件下,污泥中的腐殖酸从原来的11%减少到7.7%,半纤维从原来的4.7%减少到4.1%,粗脂肪从0.55%减少到了 0.35%。上清液中的多糖含量为1296 mg/L比原来增加了 162倍,多肽和氨基酸的含量提高到了 693 mg/L和611 mg/L。(2)以蛋白质的浓度和污泥比阻为指标,中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、碱性蛋白酶两两复合在适宜的条件下进行水解试验,最终确定出中性蛋白酶与碱性蛋白酶按酶活力1:3的比例复合时水解效果最好;对水解工艺条件采用响应面分析法进一步优化,结果表明复合酶催化水解工艺的最适条件为:初始pH值为9.16、酶加量为12200 U/g、温度54.75 ℃、污泥含固率4%、反应时间4 h,此时蛋白质含量为8541 mg/L,提取率为42.8%,比碱性蛋白酶单独作用时提高了25.3%;同时污泥比阻为1.75×108S2/g,其脱水性能较碱性蛋白酶水解提高了98.5%。在优化条件下,污泥中的腐殖酸减少到7.1%,半纤维素减少到了 3.1%,粗脂肪减少到了 0.31%,相对于碱性蛋白酶水解条件下,这些物质的降解程度有了较大的提高;上清液中多糖含量增加到了 1456 mg/L,比碱性蛋白酶提高了12%;多肽含量为1130mg/L、氨基酸含量为778mg/L,比碱性蛋白酶条件下分别提高了 63%、27.3%。通过对比水解后污泥成分的变化可以得出复合酶比碱性蛋白酶水解污泥的能力更强。(3)通过Michaelis-Menten方程和酶催化污泥水解实验,可以得出碱性蛋白酶和复合酶在最优催化水解工艺条件下的动力学速率方程分别为:v碱性蛋白酶=95[S]/12+[S],v复合酶=139[S]/9.9+[S];米氏常数(Km)从大到小的排序为:碱性蛋白酶>复合酶,最大反应速率(Vmax)从小到大为:碱性蛋白白酶<复合酶。