CN105016590A - 一种从污泥中提取蛋白质回收利用的方法 - Google Patents

Abstract

一种从污泥中提取蛋白质回收利用的方法属于剩余污泥处理处置及回收资源领域，具体涉及一种用超声法破碎消化污泥提取蛋白质用于氮肥或者含氮饲料来源的方法。本发明采用超声能量大于5000kJ/kg？TS的超声破碎污泥，通过乙醇沉淀污泥破碎液中的蛋白质，反应的时间为30分钟至12小时，乙醇与超声后污泥的体积比为10:1-1:1。分离沉淀后的蛋白质干燥后回收利用。溶剂乙醇也可再次使用或做为污水厂脱氮除磷补充碳源。

Description

一种从污泥中提取蛋白质回收利用的方法

技术领域

本发明属于剩余污泥处理处置及回收资源领域，具体涉及一种用超声法破碎消化污泥提取蛋白质用于氮肥或者含氮饲料来源的方法。

背景技术

城市污水厂每年产生大量的剩余污泥，为污水处理的副产物。污泥含有大量的有机质、氮、磷和其他各种无机污染物(如重金属等)。若处理处置不当，有可能对环境产生二次污染，包括土地占用，产生有害气体等。厌氧消化或高温好氧发酵是《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策》中鼓励处理污泥的方法，其可以回收甲烷或者最大程度的减小污泥体积，是目前常用的处理处置法。

上述处理过程主要消耗的是污泥中的有机质，特别是碳水化合物类和容易利用的有机酸类。发酵消化后的污泥总氮比例将提高5-25％，大部分为蛋白质和氨基酸类物质。所以，提取污泥蛋白质，并加以沉淀和纯化，使得污泥可以作为氮肥的来源，解决废物利用及资源回收的问题。

目前从污泥中提取蛋白质研究主要集中在剩余污泥中，较少提取已经消化或者发酵的污泥。提取的方法有物理法、化学法、生物法。物理法包括高温释放、高压破碎、液氮冷却、微波消解等。化学法有利用酸、碱或强氧化剂等。生物法则是通过添加酶等，使得污泥细胞壁破裂，释放胞内的物质。

发明内容

本发明的目的是将超声法与蛋白质沉淀纯化相结合，将生物处理后的污泥破碎，提取污泥中蛋白质，去除核酸、盐类等其他杂质，作为氮肥、含氮饲料等蛋白质产品，实现蛋白质固体从活性污泥体内的分离。

一种从污泥中提取蛋白质回收利用的方法，其特征在于：

污水处理厂剩余污泥消化后，含水率控制在90％-98％，存放至储泥罐内；由污泥泵将储泥罐内的污泥注入超声破碎装置。超声作用时间为5-30分钟，能量不小于5000kJ/kg TS；

污泥超声后，乙醇加入蛋白沉淀反应槽中与超声后污泥混合，反应30分钟至12小时，乙醇与超声后污泥的体积比为10:1-1:1；

反应结束后进行固液分离得到上清液和沉淀，上清液能再次回流使用，或者作为污水脱氮除磷的外碳源；

沉淀洗涤后，再次进行固液分离；分离后干燥得到蛋白质。

更具体的技术方案和步骤如下：

污水处理厂剩余污泥消化后，含水率控制在90％-98％，存放至储泥罐1内。由污泥泵2将污泥储存罐内的污泥注入超声破碎装置3。超声器可以采用且不限于探头式或槽式。超声作用时间为5-30分钟，能量不小于5000kJ/kg TS。取得微生物细胞破碎液后，加药泵5将加药乙醇罐6中的乙醇加入蛋白沉淀反应槽4中与细胞破碎液混合。反应的时间为30分钟至12小时，乙醇与超声后污泥的体积比为10:1-1:1。固液混合由分离装置7进行分离，上清液回流至加药乙醇罐/乙醇回收罐中，主要成分为乙醇，可以继续使用，或者作为污水脱氮除磷的外碳源投加至污水处理的主流程区。洗涤沉淀后，采用分离装置再次进行固液分离，离心机、沉淀池等可成为分离装置的方式之一。分离后的固体成分，即提取后纯化的蛋白质，由蛋白干燥系统8进行干燥。干燥的形式可以为风干、烘干、冷冻干燥等。

其中，可以将蛋白沉淀反应槽、分离装置和蛋白干燥系统合并成一个集成系统，间歇运行。集成后，先加药反应，然后沉淀排出上清液，经自然风干收集成品的蛋白质肥料。

本发明的优点是：

1、污泥提取采用原位处理方式，简单易行，不需要酸碱等化学物质，不会对蛋白质产生较大性质的改变。

2、且使用的是对人体无较大副作用的乙醇。离心分离后的上清液主要成分仍为乙醇，可以继续作为污水处理厂生物脱氮除磷过程中碳源的补充。

3、提取后纯化效果好，核酸、其他盐类的含量少。

附图说明

图1污泥提取分离与纯化蛋白质方法示意图

(1)储泥罐，(2)污泥泵，(3)超声破碎装置，(4)蛋白沉淀反应槽，(5)加药泵，(6)加药乙醇罐/乙醇回收罐，(7)分离装置，(8)蛋白干燥系统

具体实施方式

本发明提供一种通过超声破碎污泥，然后用乙醇沉淀法提取污泥中蛋白质进行回收利用的方法，目的在于妥善管理污泥的处理处置，在不危害人体健康的同时，对污泥再利用。

将污水处理厂储泥罐内贮存含水率90％-98％的厌氧消化污泥由污泥泵注入超声破碎装置。采用且不限于探头式或槽式超声破碎器，作用时间为5-30分钟，能量不小于5000kJ/kg TS。去除固体杂质，取得微生物细胞破碎液后，加药乙醇罐中的乙醇由加药泵注入至蛋白沉淀反应槽中与细胞破碎液混合。反应的时间为30分钟至12小时，乙醇与超声后污泥混合液的体积比为10:1-1:1。固液混合由分离装置进行分离，上清液回流至加药乙醇罐/乙醇回收罐中，主要成分为乙醇，可以继续使用，或者作为污水脱氮除磷的外碳源投加至污水处理的主流程区。在分离装置中，用加药泵注入乙醇洗涤固体沉淀。离心机、沉淀池等可成为分离装置的方式之一。分离后的固体成分，即提取后纯化的蛋白质，由蛋白干燥系统进行干燥。干燥的形式可以为风干、烘干、冷冻干燥等。

其中，可以将蛋白沉淀反应槽、分离装置和蛋白干燥系统合并成一个集成系统，间歇运行。集成后，先加药反应，然后沉淀排出上清液，经自然风干收集成品的蛋白质肥料。

实施例1

试验污泥取自实验室半连续搅拌厌氧单相中温消化反应器。处理污泥来源为北京工业大学SBR短程硝化反硝化中试装置，污泥总固体含量为25779±995mg/L，挥发性固体含量为18632±253mg/L，处理污泥的pH为7.1-7.5。半连续搅拌厌氧单相中温消化反应器工艺装置的运行条件为：水力停留时间32天，固体平均停留时间32天，反应器体积3.2L，温度35±1℃，pH＝7.0±1.0。每天排出厌氧消化污泥及投加新鲜污泥一次，投加碳酸氢钠，保持反应器碱度。

污泥中温厌氧消化后，取0.5L污泥混合液，总固体含量20726mg/L，挥发性固体含量为12766mg/L。采用超声破碎仪(美国SONICS，VCX500)，振幅50％，超声时间20分钟。超声结束时，记录仪器所显示的能量值为62434J，即单位质量消耗的能量为6026kJ/kg TS。

超声后的混合液以离心力5000g离心5分钟，去除悬浮固体。将1L工业乙醇注入离心后上清液中，每隔1小时以速度150rpm搅拌2分钟，反应时间4小时。蛋白沉淀反应结束后，分离装置选择离心机，以离心力5000g再次离心5分钟，得到的固体在105℃烘干2小时。

实例回收的蛋白质量为0.5752g。将成品用蒸馏水溶解后，采用微量紫外分光光度计(Nanodrop1000)A260/A280＝0.67，表示蛋白质中含DNA和RNA少。

Claims (1)

1.一种从污泥中提取蛋白质回收利用的方法，其特征在于：

污水处理厂剩余污泥消化后，含水率控制在90%-98%，存放至储泥罐内；由污泥泵将储泥罐内的污泥注入超声破碎装置。超声作用时间为5-30分钟，能量不小于5000kJ/kg TS；

污泥超声后，乙醇加入蛋白沉淀反应槽中与超声后污泥混合，反应30分钟至12小时，乙醇与超声后污泥的体积比为10:1-1:1；

反应结束后进行固液分离得到上清液和沉淀，上清液能再次回流使用，或者作为污水脱氮除磷的外碳源；

沉淀洗涤后，再次进行固液分离；分离后干燥得到蛋白质。