CN106832332B - 高活化度腐殖酸及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生产高活化度腐殖酸的方法，将市政污泥和腐殖酸底物经过预处理后，依次经过低温活化、高温活化和化学活化以及固液分离后得到活化腐殖酸产品。本发明创新的设计了一种专用的、高效的、操作简单的腐殖酸活化工艺。使用该工艺缩短了腐殖酸活化时间，降低了腐殖酸活化能耗和药耗，同时提高了腐殖酸活化效率。

Description

高活化度腐殖酸及其生产方法

[技术领域]

本发明涉及高活化度腐殖酸及其生产方法。

[背景技术]

人造腐殖酸(一说生化腐殖酸)是以工农业有机废物为原料，通过特殊的生化工艺生产富含黄腐酸的产品，可利用的工农业废物主要有活性污泥、作物秸秆、禽畜粪便、食品加工废液、造纸黑液、糖蜜、园林废弃物等。人造腐植酸是腐植酸的新来源，其原料是工农业废物而不是自然资源。在人造腐殖酸产品中，除最具活性的黄腐酸外，还含有一定数量的氨基酸以及多种其他生理活性组分。

与天然腐殖酸相比，人造腐殖酸具有以下优势：

1.含有的有机物种类多，成分更加多样化；

2.脂肪类物质和氮氧化物含量高，活性基团含量更丰富，生理活性和化学活性更强；

3.分子量小，氧化程度低，具有更好的溶解性，渗透性，作用效果更为优良。

人造腐殖酸有这些优点，但是其生产利用率并不高，对这类腐殖酸的认识和了解还不是很多。主要原因有人造腐殖酸底物来源不集中，生产工艺复杂，腐殖酸的率低，使用效果不明显等。导致很多情况下，对人造腐殖酸的生产采取粗放式的生产。

腐殖酸的活化

腐殖酸按照溶解度、分子量的大小可以分为黑腐酸、棕腐酸和黄腐酸，其中棕腐酸、黄腐酸分子量较小，溶于水和碱性溶液。黄腐酸是分子量在1000Da左右的可溶性腐殖酸。天然腐殖酸和人工腐殖酸均存在腐殖酸分子量大的问题。以污泥中腐殖酸为例，污泥中腐殖酸的分子量主要集中在10-100kDa，特别的，分子量在30-50kDa的腐殖酸占比达到45％。褐煤腐殖酸分子量更大，80％的腐殖酸分子量在100kDa以上，且存在大量难溶于水的钙、镁、铁、铝等络合结构。

腐殖酸活化即通过物理、化学、生物等方法将大分子不溶性腐殖酸分解为分子量较小的腐殖酸，提高腐殖酸整体水溶性；释放其中的活性基团，提高功能性成分的过程。腐殖酸活化主要包括两个作用：

1.裂解大分子腐殖酸。腐殖酸结构中含有大量苯环、稠苯环及多种杂环，通过桥键相连。裂解大分子腐殖酸就是通过各种手段破坏其中的桥键及环状结构，裂解为小分子的，可溶性高的腐殖酸。

2.释放其中的活性基团。腐殖酸含有多种活性基团，例如羟基、羧基、酮基、甲氧基、磺酸基等各种官能团。活化之前腐殖酸的官能团和钙、镁、铁、铝等金属元素存在络合结构，一方面降低了腐殖酸的溶解度，另一方面腐殖酸的活性基团能直接发挥其作用。通过钠离子和钾离子的离子交换解除其络合结构，可以提高腐殖酸的作用效果。

人造腐殖酸利用物理化学法活化的技术，是在物理化学法活化天然腐殖酸技术的基础上建立的。人造腐殖酸比天然腐殖酸的分子量更小，络合结构更少，物料硬度更低。人造腐殖酸主要来源于工农业生产废弃物，多数含有动植物组织、细胞。先通过超声等物理方法对组织和细胞进行破坏和裂解，然后用化学方法进行活化和提取是该技术共同的特点。该方法的缺点在于物理方法破坏动植物组织、细胞效率低，能耗高，这样后续化学活化需要较严格的活化条件和较长的活化时间。有的还需要高温、高压等剧烈条件及严格的工艺和特殊设备，消耗大量的能量，有的工艺过程还产生废水、废气，对环境造成污染。

利用外源酶和化学法联合活化人造腐殖酸，是将特定的多种微生物菌种接种到人造腐殖酸底物中，通过化学或微生物发酵工艺生成并提取制成活化腐殖酸。这类技术添加的外源酶均为复合酶制剂、复合微生物菌株。活化温度范围是20-90℃，活化时间范围有5-20小时、1-2天，14-20天等。该方法的缺点主要在于复合酶制剂、复合微生物菌株在活化腐殖酸过程中对物料的含水率有具体要求，需要有较高的含水率且具有很高的流动性，这才能提高外源酶的效率，而这又会提高后续浓缩和干燥的成本。从现有公开的自溶技术来看，在大部分情况下都使用了市购的复合酶制剂、复合微生物菌株来提高活化效率，复合酶制剂、复合微生物菌株的添加又会显著提高生产成本。为了节约成本减少外源酶的使用，又会延长活化时间，需要更大体积的设备和场地，增加投资成本。市政污泥与工农业废料堆肥也是利用外源酶活化人造腐殖酸的方法，但是由于其反应条件很难控制，病原菌滋生，重金属积累等原因一直没能利用和推广，多数该类发明专利也被驳回或视为无效。

综上所述，可以得出：利用生物酶法活化腐殖酸较物理化学法，在能源消耗和环境保护方面具有明显的优势。先利用生物酶法，再进行化学法活化腐殖酸，不仅降低了化学法过程中活化条件的严格要求，而且活化腐殖酸的得率也明显提高。目前，利用化学法活化腐殖酸的方法较为成熟，即添加氢氧化钠等碱性溶液，碱性环境中高温裂解大分子腐殖酸，破坏其中的络合结构。因此，如何提高生物酶活化腐殖酸的效率，寻找一种廉价的、复合程度高的酶制剂就成为一个主要技术研究方向。

市政废水处理是利用人工驯化培养的微生物群体，在人工强化的曝气环境或厌氧环境中悬浮生长，分解氧化废水中可生物降解的有机物质，使得废水得到净化的方法。根据处理工艺的不同，微生物群体的生长状态也不一样，悬浮生长的叫做活性污泥，附着在填料上生长的叫做微生物膜。该微生物群体，主要包括细菌，原生动物和藻类。其中细菌在数量和质量上占绝对优势，占微生物群质量的90％～94％以上。废水中溶解的有机物质是渗透过细菌胞膜吸收，固体和胶体的有机物质是经过细胞分泌的酶分解成溶解性物质，再渗透入细胞。通过微生物的新陈代谢(分解代谢和合成代谢)，将有机物质分解氧化，同时又合成新细胞物质，并产生一种多糖类的粘质物，使细胞互相粘着形成活性污泥绒体，其外观和絮凝产生的矾花相似。这些絮体在重力作用下可以沉淀下来，使得废水变的清澈。

我国大多数市政污水处理采用活性污泥工艺。每年产生大量的剩余活性污泥。据统计，2015年我国市政污泥产量5800万吨，预计2020年将达到9000万吨。市政污泥具有基数大，增长速率快的特点。

市政污水厂产生的剩余污泥主要由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成，具体的，市政污泥有以下特点：

1.有机物：主要包括蛋白质、多糖、腐殖酸、脂类、核酸等。市政污泥中有机成分含量一般占干物质的65％-85％，其中腐殖酸约占16％-35％。

2.无机物：市政污泥中含有丰富种类的金属元素，包括大量元素，微量元素和重金属。其中重金属是制约污泥资源化利用的关键因素之一。

3.微生物：市政污泥中的微生物主要是细菌群落组成的，细菌总数占微生物总数的90％及90％以上。还含有少量的真菌，放线菌，原生动物，藻类等。市政污泥中有害的微生物主要是寄生虫卵和病原微生物。

随着城市污水处理率的提高，剩余污泥产量也不断增加。合理的处理与处置剩余污泥，将污泥变废为宝，既可以避免污泥对自然环境和人类的危害，又可以进行资源化利用，实现经济价值。

市政污泥中的内源酶

微生物多样性是市政污泥中微生物最大的特点，空气、水体、土壤等自然环境中的微生物大都可以在市政污泥中找到。其中数量大、功能性强的优势菌也有几种到几十种。这些优势菌按功能分类可以分为：水解酸化细菌、异养消化细菌、产甲烷细菌、硝化细菌、氨化细菌、反硝化细菌、聚磷菌、聚硫菌、聚糖菌等，按照微生物生理功能分类可以分为：变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、绿弯菌门、腐生菌门、消化螺旋菌门、浮霉菌门、芽单胞菌门、酸杆菌门、放线菌门等。因此，市政污泥可以看做是一个数量庞大，种类丰富的产酶集团。

水解酶是市政污泥中最主要的酶类，市政污泥中的微生物不仅参加一些小分子细胞新陈代谢，而且通过酶的水解作用使得大部分大分子有机物通过一系列的水解反应变成可被细菌细胞吸收系统吸收的较小单位的物质。这些微生物还会分泌大量的胞外聚合物(EPS)来吸附环境中的有机物，EPS是微生物在一定条件下，在其代谢过程中分泌的、包围在微生物细胞壁外的聚合化合物，包括荚膜、粘液层以及其他表面物质。经过分析可以知道，这些聚合物的成分为脂类、多糖、蛋白质和腐殖酸等。EPS中的蛋白质主要是微生物为了分解废水中固体和胶体的有机物质而分泌的酶类，水解酶主要通过EPS吸附而束缚于污泥中，且主要位于EPS中。市政污泥中包含一系列的水解酶，有淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、磷酸酶、糖苷酶等。

氧化还原酶是市政污泥中另外一种非常重要的酶类，是一种用于促进废水中有机物进行氧化还原反应、转移电子、氢的反应和分子氧参加反应的酶类，有脱氢酶、氧化酶、还原酶、过氧化物酶等。

市政污泥中还含有大量的转移酶类，可以催化有机物之间进行基团(如乙酰基、甲基、氨基、磷酸基等)的转移或交换，有甲基转移酶、氨基转移酶、乙酰转移酶、转硫酶、激酶和多聚酶等。

市政污泥中的裂合酶类可以催化从有机物移去一个基团并留下双键或其进行逆反应，有脱水酶、脱羧酶、碳酸酐酶、醛缩酶、柠檬酸合酶等。

市政污泥中也含有各种异构酶类和合成酶类，有异构酶、表构酶、消旋酶、谷氨酰胺合成酶、DNA连接酶、tRNA连接酶、羧化酶等。

市政污泥中的这些酶具有以下特点：

1.酶含量高，废水中有机物浓度低，分泌较多的酶用于和其他微生物竞争营养物质；

2.复合性强，含有各种不同种类、不同功能的酶以应对废水中复杂的有机物组分；

3.高效性，可以在很短的时间内将细胞不能直接吸收的物质转化了细胞可以吸收的物质；

4.适应性强，酶的活性受环境因素的干扰较普通酶类小很多。

目前，腐殖酸活化使用的大部分酶都是来自于微生物的提取，而提取过程总会对酶的活性产生负面影响，因此可以考虑到的如果直接使用含内源酶的微生物作为粗品的酶源进行腐殖酸活化可能会具有良好的效果。可以发现市政污泥中含有丰富的内源酶，并且这些内源酶的种类和活性都是腐殖酸活化过程中特别需要的，尤其是水解酶类和氧化还原酶类。因此，可以考虑到的如果利用内源酶丰富的市政污泥和腐殖酸底物一起进行活化的话可能会提高腐殖酸活化的效率和得率。

[发明内容]

本发明的目的在于提高腐殖酸活化的效率和得率。

为了实现上述目的，提供一种生产高活化度腐殖酸的方法，采用市政污泥和腐殖酸底物作为原料，包括以下步骤：

a.预处理，使市政污泥降低污泥含水率，腐殖酸底物呈粉状、小颗粒状或匀浆状，腐殖酸底物pH为5-9；

b.混合，将预处理过的市政污泥和腐殖酸底物按市政污泥干物质：腐殖酸底物干物质质量为2/8～8/2进行混合，混合后的含水率为65-75％，

c.酶促活化，在25-80℃之间进行一级或多级温度活化，

d.化学活化，添加pH调节药剂调节pH值至8-10，通过离子交换解除酶促活化腐殖酸中的络合结构，化学活化温度为60-85℃，活化时间为10-120分钟，所述pH调节药剂为氢氧化钠，氢氧化钾，氨水中的至少一种，离子交换采用一价阳离子交换腐殖酸中起络合作用阳离子，

e.固液分离，得到的滤液为活化腐殖酸产品。

该生产方法还具有如下优化方案：

腐殖酸底物采用褐煤，包括以下步骤：

a.预处理，市政污泥经静置沉淀，排出上清液后得到含水率95-97％的浓缩污泥，浓缩污泥中添加浓度1‰，添加比例1/100的PAM，充分搅拌，然后进行过滤，得到含水率是80-84％的污泥，褐煤粉碎，过50-10目筛网，

b.混合，将预处理过的市政污泥和预处理过的褐煤按照1-2:1的比例进行充分混合，

c.酶促活化，包括低温活化和高温活化，低温活化的活化温度是45-55℃，活化时间是20-30分钟，高温活化的活化温度是70-85℃，活化时间是60-120分钟，

d.化学活化，添加浓度是40％的氢氧化钠调节pH到10，除调节pH添加的氢氧化钠作为离子交换剂，不再额外添加别的离子交换剂，化学活化温度是70-85℃，活化时间是20-60分钟，活化阶段连续进行螺旋搅拌，活化腐殖酸得率增长到37-40％，

e.固液分离，得到的滤液是活化腐殖酸产品。

3.如权利要求1所述的生产高活化度腐殖酸的方法，腐殖酸底物采用棕榈粕和蘑菇渣，包括以下步骤：

a.预处理，市政污泥经静置沉淀，排出上清液后得到含水率95-97％的浓缩污泥,浓缩污泥中添加浓度2‰，添加比例1/100的PAM，充分搅拌,然后通过离心机离心，得到含水率是80-84％的块状污泥，棕榈粕直接使用，蘑菇渣通过搅拌破碎，分散为小颗粒后直接使用，

b.混合，将预处理过的市政污泥和棕榈粕和蘑菇渣按照1:0.2-1:0.5-2的比例进行充分混合，

c.酶促活化，包括低温活化和高温活化，低温活化的活化温度是40-60℃，活化时间是30-60分钟，高温活化的活化温度是60-85℃，活化时间是30-60分钟，

d.化学活化，添加浓度是40％的氢氧化钾调节pH到9，调节pH添加的氢氧化钾作为离子交换剂，不再额外添加别的离子交换剂，化学活化温度是60-75℃，活化时间是5-30分钟。活化阶段连续进行搅拌，活化腐殖酸得率增长到50-55％，

e.固液分离，得到的滤液是活化腐殖酸产品。

步骤a中，在市政污泥中添加含有K+，Na+，Mg2+，Zn2+，Fe2+，Ca2+，Cl—，半胱氨酸，EDTA中的至少一种激活剂。

步骤a中，在市政污泥中添加吐温-80，植酸，二乙胺四乙酸，甲醇，表面活性剂中的至少一种酶促反应剂。

步骤a中，在腐殖酸底物中添加甘氨酸-盐酸缓冲液、磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液、乙酸-乙酸钠缓冲液、磷酸氢二钾-磷酸二氢钾缓冲液、Tris-盐酸缓冲液、硼砂-盐酸缓冲液、氯化钾-盐酸缓冲液中的至少一种缓冲液。

步骤c中，所述的活化分为两步：

i.低温活化阶段，活化温度为25-60℃，活化时间为20-240分钟，

ii.高温活化阶段，活化温度为60-85℃，活化时间为30-120分钟。

采用上述方法生产的腐殖酸中，活化腐殖酸含量为10％-25％，活化度大于等于98％，糖苷含量为0.1-1％，小肽含量为0.5-2％，核苷酸含量为0.1-1％。

本发明同现有技术相比，原料、生产工艺及其制成的产品具有以下优点：

原料优点

活化酶制剂：

1.创新的直接将含有丰富内源酶的市政污泥作为外源酶应用于腐殖酸活化，因没有经过提取、干燥、储存等破坏酶活的工序，所以酶的活性要高于普通纯品的工业用酶。

2.原料成本低，降低了复合酶制剂的生产成本。利用废水中大量的养分培养微生物获得市政污泥，从而减少了外源养分(氮源、磷源等)的投入。

3.废水中溶解性有机质含量高，而且废水培养微生物后废水变成清水，制得市政污泥中主要都是微生物，酶的浓度得以保证。

4.市政污泥中微生物种类丰富，微生物适应性的产出多种酶类用于废水中有机物的消化和代谢，产出用于腐殖酸活化的酶复合型好。这些酶具有以下特点：a.复合性，以应对废水中复杂的有机物组分；b.高效性，可以在很短的时间内将细胞不能直接吸收的物质转化了细胞可以吸收的物质；c.适应性强，酶的活性受环境因素的干扰较普通酶类小很多。

5.市政污泥中微生物适应性的产出胞外聚合物用于吸附有机物质，胞外聚合物中含有多种胞外酶，将大分子有机物分解成小分子有机物，便于迅速扩散到细胞内。酶与腐殖酸底物接触非常高效。

6.市政污泥来源广泛，产量巨大，生产可持续。

腐殖酸底物：

1.腐殖酸底物中人造腐殖酸底物均为农业生产、加工及自然生长的废弃物，原料来源广泛，容易获取，同时实现了废弃物的资源化利用。

2.腐殖酸底物来源广泛，配比灵活，生产可持续。

工艺优点

创新的设计了一种专用的、高效的、操作简单的腐殖酸活化工艺。使用该工艺缩短了腐殖酸活化时间，降低了腐殖酸活化能耗和药耗，同时提高了腐殖酸活化效率。

1.原料预处理的优点：将市政污泥和腐殖酸底物进行简单的混合，混合后物料具有良好的流动性；简单混合不破坏酶的活性；原料混合不需要精确的混合比例，降低了操作控制难度。

2.酶促活化的优点：分低温活化和高温活化两个阶段，充分发挥不同酶的催化作用，同时降低了能耗；整个酶促活化过程均是在酶含量充足的条件下进行，提高了酶促活性效率，减低了酶促活化时间；酶促活性过程中，只需要进行简单的搅拌即可。

3.化学活化的优点：该化学活性作为酶促活化的补充，可有可无；同时该化学活化条件温和，药剂使用量小，减少了投资和运行成本。

4.生产设备的优点：设备构造简单，生产条件比较宽松，用于原料添加量控制，混合搅拌，含水率控制，加药控制等设备精度要求比较低；酶促活性效率非常高，大大降低了单位活化腐殖酸产量的投资成本。

5.生产操作的优点：没有酶制剂的采购、运输、装卸、配比；腐殖酸底物的种类丰富，配比灵活，降低了采购和配比难度；活化过程简单，控制指标少，大大减少了生产操作的难度。

6.环境效益的优点。现在，微生物酶制剂的生产通常会有废渣、废液产生、排放。本发明专利利用市政污泥作为腐殖酸活化的酶制剂，降低了生产微生物酶制剂对环境造成的影响，同时又将可能对环境造成污染的市政污泥进行了充分的资源化利用，减轻了环境负荷，具有非常可观的环境保护效益。

7.生产成本的优势。腐殖酸活性的酶和底物均为废弃物，原料采购成本明显降低；活化工艺效率非常高，生产过程中控制指标少，降低了生产设施设备的投资和运行成本。

产品优点

1.由于原料成本、活化成本的显著降低，产品的成本也和现有的活化腐殖酸产品要显著降低，从而可以有更大范围的应用。

2.该活化腐殖酸产品具有广泛的适用性，可以直接或经深加工后应用于肥料，农药，兽药，抗旱剂，饲料添加剂，药品，保健品，化妆品，石油助剂，工业水处理剂，水煤浆稳定剂，蓄电池膨胀剂，陶瓷添加剂，油墨添加剂等多种行业和领域。

[附图说明]

图1为制备腐殖酸的流程示意图。

[具体实施方式]

活化腐殖酸的原料

所述生产活化腐殖酸的原料，将市政污泥和腐殖酸底物按一定的比例混合后得到的混合物。其中市政污泥作为活化腐殖酸生产的粗酶制剂。腐殖酸底物包括天然腐殖酸底物和人造腐殖酸底物。具体的：

所述市政污泥是未经灭菌处理的新鲜污泥并保持原有的内源酶活性。

所述天然腐殖酸底物包括：泥炭、褐煤、风化煤、石油渣等。

所述人造腐殖酸底物包括：

1.市政污泥、造纸污泥等污水处理系统排出的活性污泥；

2.秸秆、玉米芯、棕榈粕、番薯藤、锯末、果皮、米糠、棉籽壳等农作物生长、生产及加工过程中产生的废料；

3.禽畜粪便、毛、羽毛、鳞、皮屑等饲养动物生长、生产及加工过程中产生的废料；

4.蘑菇渣、豆腐渣、果汁渣、酒糟、餐厨垃圾、药渣等食品、药品、保健品生产加工过程中产生的废料；

5.绿藻、小球藻、水葫芦、树皮、园林废弃物等自然生长的、可大量获取的植物和藻类。

本发明所述的生产活化腐殖酸的原料，将市政污泥和所述腐殖酸底物中的一种或几种按一定的比例制成混合物。其干物质质量比例为2/8-8/2。

所述的生产活化腐殖酸的原料具有以下共同特点：

1.所述原料具有一定的流动性。不同的腐殖酸底物，其含水率及流动性各不相同。腐殖酸底物和与其相对应的，具不同含水率市政污泥混合后，混合物的含水率为65-75％。混合后物料具有良好的流动性，能够保证市政污泥中的内源酶与腐殖酸底物充分接触、反应。

2.所述原料中酶含量丰富。由于市政污泥产量大，使用市政污泥作为粗品酶制剂又非常廉价。所述原料中添加的酶的含量远大于活化腐殖酸所需的含量。

3.所述腐殖酸底物的特点。所述腐殖酸底物中人造腐殖酸底物均为农业生产、加工及自然生长的废弃物，原料来源广泛，容易获取，同时实现了废弃物的资源化利用。

4.所述原料配比灵活。市政污泥可以自身作为粗品酶制剂和腐殖酸底物，也可以和其他一种或几种腐殖酸底物进行混合。

活化腐殖酸的生产工艺

所述生产活化腐殖酸的工艺，将上述活化腐殖酸的原料经过预处理，酶促活化，化学活化，固液分离制得活化腐殖酸产品。具体的工艺流程如下：

原料预处理

1.市政污泥的预处理。市政污水厂排出的污泥含水率为97％-99.5％，因此，市政污泥的预处理主要是降低污泥含水率。

所述市政污泥的预处理是但不仅限于沉降，蒸发，浓缩，过滤，离心，压滤中的至少一种。预处理过程中添加的化学药剂是但不仅限于PAM，AlCl₃，CaO，FeCl₃中的至少一种。

特别的，市政污泥中水解酶主要集中在EPS中，后续工艺会对污泥中的细胞进行彻底的破解，释放胞内酶。而且很多污泥破解方法会对酶的活性造成一定的破坏。因此，在本专利其他内容相同的基础上，增加是但不仅限于机械处理，热处理，酸碱处理，超声处理，化学氧化，酶催化中的至少一种污泥破解方法，都视作对本专利的侵权。

特别的，一方面为了避免化学药剂的过量添加，另一方面激活剂对酶的作用具有一定的选择性，即一种激活剂对某种酶能够起激活作用，而对另一种酶有抑制作用。鉴于降低生产成本，简化工序，节约能源，保护环境，安全生产等方面考虑，本发明专利优选增加市政污泥的浓度，即提高酶的含量。但并不意味着本发明专利放弃对该部分内容的保护。因此，在本专利其他内容相同的基础上，增加是但不仅限于K⁺，Na⁺，Mg²⁺，Zn²⁺，Fe²⁺，Ca²⁺，Cl^—，半胱氨酸，EDTA中的至少一种激活剂，和是但不仅限于吐温-80，植酸，二乙胺四乙酸，甲醇，表面活性剂中的至少一种酶促反应剂，都视作对本专利的侵权。

2.腐殖酸底物的预处理。腐殖酸底物的预处理主要是为了使底物和市政污泥可以充分的混合，同时还包括避免混合时对市政污泥中酶的冲击，提高酶促反应效率，减少后续加工成本进行的预处理。

所述腐殖酸底物的预处理是但不仅限于剪切，粉碎，研磨，振荡，风干，焚烧，压榨，杀青，腐化，灭菌，浸提，分离，脱水，调节pH中的至少一种。所述腐殖酸底物经预处理后，大块儿组织破碎，腐殖酸底物呈粉状、小颗粒状或匀浆状，底物pH为5-9。

特别的，缓冲液能在一定程度上保护酶制剂，避免酶制剂受到底物的冲击。鉴于降低生产成本，简化工序，节约能源，保护环境，安全生产等方面考虑，本发明专利优选增加市政污泥的浓度，即提高酶的含量。但并不意味着本发明专利放弃对该部分内容的保护。因此，在本专利其他内容相同的基础上，增加是但不仅限于甘氨酸-盐酸缓冲液、磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液、乙酸-乙酸钠缓冲液、磷酸氢二钾-磷酸二氢钾缓冲液、Tris-盐酸缓冲液、硼砂-盐酸缓冲液、氯化钾-盐酸缓冲液中的至少一种缓冲液，都视作对本专利的侵权。

3.混合。将预处理过的市政污泥和预处理过的腐殖酸底物按照一定的比例进行混合，混合比例按干物质质量比例计算，为2/8-8/2，混合后原料的含水率为65-75％。

所述的生产活化腐殖酸的原料预处理具有以下共同特点：

1.所述市政污泥的预处理仅仅是降低其含水率，并不需要将市政污泥中的酶进行提取和提纯，从生产链的角度，大大减少了酶制剂的生产工序和药剂消耗，同时也保证了酶的活性不受到任何破坏。

2.所述市政污泥作为酶制剂，储量丰富，价格低廉，因此所述腐殖酸底物的预处理可以不需要考虑对酶的冲击。腐殖酸底物的预处理只需要保证能与市政污泥充分混合，大大减少了腐殖酸底物预处理的生产工序和药剂消耗。

3.所述市政污泥降低含水率后仍然具有很好的流动性，因此腐殖酸底物的预处理不需要通过加水来提高其流动性。

酶促活化

所述酶促活化可以进行序批式酶促活化和连续酶促活化中的任意一种方法。

所述酶促活化，分低温活化和高温活化两个步骤，其中：

1.低温活化阶段，胞外聚合物中的水解酶为主要的作用酶。水解酶在该阶段自溶破解污泥中细菌细胞，释放细菌细胞内的酶及污泥中的腐殖酸。水解酶在该阶段参与腐殖酸底物细胞的破解，大分子有机物的裂解，释放腐殖酸底物中的腐殖酸。水解酶在该阶段也参与一定程度腐殖酸的活化，活化腐殖酸的得率为5-35％。

所述低温活化阶段，活化温度为25-60℃，活化时间为20-240分钟。

所述低温活化阶段，可以通过搅拌促进酶和底物的充分接触。所述搅拌方法是但不仅限于螺旋搅拌，翻滚搅拌，旋转搅拌中的至少一种。

2.高温活化阶段，在该阶段，市政污泥中的酶和底物中的腐殖酸全部释放出来。通过一系列胞内酶及剩余的胞外水解酶的作用，对腐殖酸进行彻底的活化，活化腐殖酸的得率增长到35-55％。

所述高温活化阶段，活化温度为60-85℃，活化时间为30-120分钟。

所述高温活化阶段，物料呈均质稀泥状，活化过程中需要进行不断的搅拌。所述搅拌方法是但不仅限于螺旋搅拌，翻滚搅拌，旋转搅拌中的至少一种。

特别的，不同的温度只是影响酶的活性，并不影响酶促反应的结果。利用市政污泥酶促活化腐殖酸可以在单一温度或多级温度下进行。鉴于充分发挥酶的活性，提高酶促反应效率，降低生产成本，简化工艺，节约能源，保护环境等方面考虑，本发明专利优选低温活化和高温活化两个步骤。但并不意味着本发明专利放弃对使用单一温度或多级温度酶促活化腐殖酸的保护。因此，在本专利其他内容相同的基础上，使用单一温度或多级温度酶促活化腐殖酸，都视作对本专利的侵权。

所述的生产活化腐殖酸的酶促活化具有以下共同特点：

1.所述酶促活化直接使用市政污泥中存在的复合酶，不需要对污泥中细菌进行扩大培养。

2.所述市政污泥是一种粗品酶制剂，在酶促活化过程中，EPS中结合态的酶和胞内酶随着酶促活化的进行而逐渐释放出来，保证了整个酶促活化均是在酶含量充足的条件下进行。

3.所述酶促活化，优选的分低温活化和高温活化两个步骤。

4.所述酶促活化过程中含水率很低，物料呈稀泥状。通过简单搅拌促进酶和底物的接触。

化学活化

所述化学活化，在碱性环境中，通过离子交换解除酶促活化腐殖酸中的络合结构，进一步提高腐殖酸得率。具体的：

1.所述碱性环境为调节pH到8-10，所述调节pH添加的药剂是且仅限于氢氧化钠，氢氧化钾，氨水中的至少一种。

2.所述离子交换为一价阳离子交换腐殖酸中起络合作用的钙，镁，铁，铝等离子。所述离子交换剂是且仅限于氢氧化钠，氯化钠，碘化钠，硫化钠，次氯酸钠，碳酸氢钠，碳酸钠，硝酸钠，硫酸钠，磷酸钠，磷酸二氢钠，磷酸氢二钠，硼氢化钠，甲酸钠，乙酸钠，丙酸钠，丙二酸钠，草酸钠，柠檬酸钠，酒石酸钾钠，十二烷基磺酸钠，乙二胺四乙酸钠，氢氧化钾，氯化钾，碘化钾，硫化钾，次氯酸钾，碳酸氢钾，碳酸钾，硝酸钾，硫酸钾，磷酸钾，磷酸二氢钾，磷酸氢二钾，硼氢化钾，甲酸钾，乙酸钾，丙酸钾，丙二酸钾，草酸钾，柠檬酸钾，十二烷基苯磺酸钾，氨水，氯化铵，硝酸铵，碳酸氢铵，碳酸铵，硫酸铵，磷酸一铵，磷酸二铵，甲酸铵，乙酸铵，丙酸铵中的至少一种。

3.所述化学活化温度为60-85℃，活化时间为10-120分钟。活化腐殖酸的得率增长到35-55％。

所述化学活化，通过搅拌提高离子交换效率，促进离子交换速率。所述搅拌方法是但不仅限于螺旋搅拌，翻滚搅拌，旋转搅拌中的至少一种。

所述化学活化，碱性环境提高活化腐殖酸的溶解度。

所述化学活化，碱性环境钝化重金属，降低溶液中重金属含量。

特别的，酶促活化后活化腐殖酸的得率已经非常高，具络合结构的腐殖酸其含量非常低。所述化学活化是但不仅限于是本发明专利的必要步骤。

特别的，酶促活化过程中伴随着化学活化。所述化学活化是但不仅限于是本发明专利单独的步骤。

特别的，在本专利其他内容相同的基础上，强调，弱化，取消化学活化都视作对本专利的侵权。

所述的生产活化腐殖酸的化学活化具有以下共同特点：

1.所述化学活化条件温和，时间短，药剂添加量少。

2.所述化学活化可根据实际需要选择是否进行该步骤。

固液分离

所述固液分离方法是但不仅限于沉降，离心，过滤，膜过滤，压滤中的至少一种。

所述固液分离得到的清液为活化腐殖酸产品。

所述固液分离的剩余残渣含水率为20-65％，剩余残渣干基含量比原料减少35-75％。

活化腐殖酸产品

一种采用上述方法制得的活化腐殖酸产品，

所述活化腐殖酸产品呈溶液状，活化腐殖酸含量为10％-25％，活化度大于等于98％；

所述活化腐殖酸产品中含有糖苷，小肽，核苷酸等有机物质，糖苷含量为0.1-1％，小肽含量为0.5-2％，核苷酸含量为0.1-1％。

所述活化腐殖酸产品具有广泛的适用性。所述活化腐植酸应用于是但不仅限于肥料，农药，兽药，抗旱剂，饲料添加剂，药品，保健品，化妆品，石油助剂，工业水处理剂，水煤浆稳定剂，蓄电池膨胀剂，陶瓷添加剂，油墨添加剂中的至少一种。

特别的，本发明专利所述活化腐殖酸产品，可以直接应用在某些领域，应用在某些特定的领域需要进行深加工。鉴于本发明专利主要保护腐殖酸活化的方法和生产工艺，对活化腐殖酸产品的深加工不做过多的熬述，这样也有利于把重点放在腐殖酸活化方法和生产工艺上。因此，在本专利其他内容相同的基础上，对活化腐殖酸产品进行是但不仅限于浓缩，分离，浸提，固化，冻干，配合中的至少一种深加工，都视作对本专利的侵权。

实施例1

利用市政污泥与褐煤混合生产活化腐殖酸。市政污泥和褐煤按干物质质量比例1-10:1进行混合，其中：市政污泥含水率是75-97％，市政污泥中蛋白干基含量是30-55％，腐殖酸干基含量是16-35％。褐煤含水率是16-22％，褐煤中腐殖酸含量是35-45％，其中分子量大于100kDa的腐殖酸占腐殖酸总量的80-85％。

预处理。市政污泥经静置沉淀，排出上清液后得到含水率95-97％的浓缩污泥。浓缩污泥中添加浓度1‰，添加比例1/100的PAM，充分搅拌。然后通过带式压滤机压滤，得到含水率是80-84％的薄饼状污泥。褐煤粉碎，过50-10目筛网。

混合。将预处理过的市政污泥和预处理过的褐煤按照1-2:1的比例进行充分混合。

酶促活化。市政污泥与褐煤混合生产活化腐殖酸的酶促活化选择序批式酶促活化方法。低温活化阶段，活化温度是45-55℃，活化时间是20-30分钟。活化腐殖酸得率是5-15％。活化阶段连续进行螺旋搅拌。高温活化阶段，活化温度是70-85℃，活化时间是60-120分钟。活化腐殖酸得率增长到35-40％。活化阶段连续进行螺旋搅拌。

化学活化。添加浓度是40％的氢氧化钠调节pH到10。调节pH添加的氢氧化钠作为离子交换剂，不再额外添加别的离子交换剂。化学活化温度是70-85℃，活化时间是20-60分钟。活化阶段连续进行螺旋搅拌。活化腐殖酸得率增长到37-40％。

固液分离。板框压滤得到的滤液是活化腐殖酸产品。剩余残渣含水率是35-50％。剩余残渣干基含量比原料减少40-55％。

得到的活化腐殖酸产品呈溶液状，活化腐殖酸含量是10％-15％，活化度大于等于98％；活化腐殖酸产品中糖苷含量是0.1-0.2％，小肽含量是0.5-0.7％，核苷酸含量为0.1-0.3％。

实施例2

利用市政污泥生产活化腐殖酸。市政污泥既含有活化腐殖酸需要的酶，也含有一定含量的腐殖酸。其中：市政污泥含水率是75-97％，市政污泥中蛋白干基含量是30-55％，腐殖酸干基含量是16-35％。

预处理。市政污泥经静置沉淀，排出上清液后得到含水率95-97％的浓缩污泥。浓缩污泥中添加生石灰，添加比例15-40Kg/m³，充分搅拌。然后通过板框压滤机压滤，得到含水率是65-75％的泥饼。

混合。得到的泥饼有一定的硬度，泥饼通过挤压搅拌后破碎为颗粒状污泥。

酶促活化。市政污泥生产活化腐殖酸的酶促活化选择连续酶促活化方法。低温活化阶段，活化温度是45-55℃，活化时间是30-60分钟。活化腐殖酸得率是15-20％。活化阶段连续进行螺旋搅拌。高温活化阶段，活化温度是60-85℃，活化时间是30分钟。活化腐殖酸得率增长到30-35％。活化阶段连续进行螺旋搅拌。

化学活化。添加浓度是40％的氢氧化钾调节pH到8。调节pH添加的氢氧化钾作为离子交换剂，不再额外添加别的离子交换剂。化学活化温度是60-75℃，活化时间是5-30分钟。活化阶段连续进行螺旋搅拌。活化腐殖酸得率增长到32-35％。

固液分离。叠螺离心得到的滤液是活化腐殖酸产品。剩余残渣含水率是45-55％。剩余残渣干基含量比原料减少40-60％。

得到的活化腐殖酸产品呈溶液状，活化腐殖酸含量为10％-15％，活化度大于等于99％；活化腐殖酸产品中糖苷含量为0.5-1％，小肽含量为1-2％，核苷酸含量为0.5-1％。

实施例3

利用市政污泥与棕榈粕、蘑菇渣混合生产活化腐殖酸。市政污泥和棕榈粕、蘑菇渣按干物质质量比例1:0.2-1:0.5-2进行混合，其中：市政污泥含水率是75-97％，市政污泥中蛋白干基含量是30-55％，腐殖酸干基含量是16-35％。棕榈粕含水率是5-30％，棕榈粕中蛋白干基含量是7-14％，腐殖酸干基含量是15-50％，其中分子量在10-100kDa的腐殖酸占腐殖酸总量的78％以上。蘑菇渣含水率是5-30％，蘑菇渣中蛋白干基含量是2-40％，腐殖酸干基含量是20-65％，其中分子量在10-100kDa的腐殖酸占腐殖酸总量的75％以上。

预处理。市政污泥经静置沉淀，排出上清液后得到含水率95-97％的浓缩污泥。浓缩污泥中添加浓度2‰，添加比例1/100的PAM，充分搅拌。然后通过离心机离心，得到含水率是80-84％的块状污泥。棕榈粕含水率低，颗粒度小，可以直接使用。蘑菇渣通过搅拌破碎，分散为小颗粒后也可以直接使用。

混合。将预处理过的市政污泥和棕榈粕和蘑菇渣按照1:0.2-1:0.5-2的比例进行充分混合。

酶促活化。市政污泥与棕榈粕、蘑菇渣混合生产活化腐殖酸的酶促活化选择连续酶促活化方法。低温活化阶段，活化温度是40-60℃，活化时间是30-60分钟。活化腐殖酸得率是15-35％。活化阶段连续进行螺旋搅拌。高温活化阶段，活化温度是60-85℃，活化时间是30-60分钟。活化腐殖酸得率增长到45-55％。活化阶段连续进行螺旋搅拌。

酶促活化。添加浓度是40％的氢氧化钾调节pH到9。调节pH添加的氢氧化钾作为离子交换剂，不再额外添加别的离子交换剂。化学活化温度是60-75℃，活化时间是5-30分钟。活化阶段连续进行螺旋搅拌。活化腐殖酸得率增长到50-55％。

固液分离。板框压滤得到的滤液是活化腐殖酸产品。剩余残渣含水率是25-35％。剩余残渣干基含量比原料减少50-70％。

得到的活化腐殖酸产品呈溶液状，活化腐殖酸含量为15％-25％，活化度大于等于99％；活化腐殖酸产品中糖苷含量为0.5-1％，小肽含量为1-2％，核苷酸含量为0.5-1％。

Claims (8)

1.一种生产高活化度腐殖酸的方法，其特征在于采用市政污泥和腐殖酸底物作为原料，包括以下步骤：

预处理，使市政污泥降低污泥含水率，腐殖酸底物呈粉状、小颗粒状或匀浆状，腐殖酸底物pH为5-9；

混合，将预处理过的市政污泥和腐殖酸底物按市政污泥干物质：腐殖酸底物干物质质量为2/8~8/2进行混合，混合后的含水率为65-75%，

酶促活化，在25-80℃之间进行一级或多级温度活化，

化学活化，添加pH调节药剂调节pH值至8-10，通过离子交换解除酶促活化腐殖酸中的络合结构，化学活化温度为60-85℃，活化时间为10-120分钟，所述pH调节药剂为氢氧化钠，氢氧化钾，氨水中的至少一种，离子交换采用一价阳离子交换腐殖酸中起络合作用阳离子，

固液分离，得到的滤液为活化腐殖酸产品。

2.如权利要求1所述的生产高活化度腐殖酸的方法，其特征在于腐殖酸底物采用褐煤，包括以下步骤：

预处理，市政污泥经静置沉淀，排出上清液后得到含水率95-97%的浓缩污泥，浓缩污泥中添加浓度1‰，添加比例1/100的PAM，充分搅拌，然后进行过滤，得到含水率是80-84%的污泥，褐煤粉碎，过50-10目筛网，

混合，将预处理过的市政污泥和预处理过的褐煤按照1-2:1的比例进行充分混合，

酶促活化，包括低温活化和高温活化，低温活化的活化温度是45-55℃，活化时间是20-30分钟，高温活化的活化温度是70℃，活化时间是60-120分钟，

化学活化，添加浓度是40%的氢氧化钠调节pH到10，除调节pH添加的氢氧化钠作为离子交换剂，不再额外添加别的离子交换剂，化学活化温度是70-85℃，活化时间是20-60分钟，活化阶段连续进行螺旋搅拌，活化腐殖酸得率增长到37-40%，

固液分离，得到的滤液是活化腐殖酸产品。

3.如权利要求1所述的生产高活化度腐殖酸的方法，其特征在于步骤a中，在市政污泥中添加含有K⁺，Na⁺，Mg²⁺，Zn²⁺，Fe²⁺，Ca²⁺，Cl^—，半胱氨酸，EDTA中的至少一种激活剂。

4.如权利要求1所述的生产高活化度腐殖酸的方法，其特征在于步骤a中，在市政污泥中添加吐温-80，植酸，二乙胺四乙酸，甲醇，表面活性剂中的至少一种酶促反应剂。

5.如权利要求1所述的生产高活化度腐殖酸的方法，其特征在于步骤a中，在腐殖酸底物中添加甘氨酸-盐酸缓冲液、磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液、乙酸-乙酸钠缓冲液、磷酸氢二钾-磷酸二氢钾缓冲液、Tris-盐酸缓冲液、硼砂-盐酸缓冲液、氯化钾-盐酸缓冲液中的至少一种缓冲液。

6.如权利要求1所述的生产高活化度腐殖酸的方法，其特征在于步骤c中，所述的活化分为两步：

i.低温活化阶段，活化温度为25-60℃，活化时间为20-240分钟，

ii.高温活化阶段，活化温度为60℃，活化时间为30-120分钟。

7.一种采用权利要求1~6任一所述方法生产的腐殖酸。

8.如权利要求7所述的腐殖酸，其特征在于活化腐殖酸含量为10%-25%，活化度大于等于98%，糖苷含量为0.1-1%，小肽含量为0.5-2%，核苷酸含量为0.1-1%。