CN109180831A - 以市政污水处理厂活性污泥为原料提取并纯化硫酸多糖的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以市政污水处理厂活性污泥为原料提取并纯化硫酸多糖的方法，包括步骤：将活性污泥清洗多次后离心，收集固相泥饼；将固相泥饼和水混合均匀，得到混合液；将混合液加温，并通入直流电；将经过前述处理得到的产物离心，收集上层液相；将收集的上层液相超滤，然后加入氯化钙至沉淀完全，离心后收集沉淀物；将所得沉淀物干燥后研磨成粉末状，得到硫酸多糖提取物。本发明以污水生物处理过程所产生的活性污泥为原料提取硫酸多糖的方法，可以充分利用活性污泥，实现其资源化，变废为宝；提取方法简单，成本低，具有很好的应用前景。

Description

以市政污水处理厂活性污泥为原料提取并纯化硫酸多糖的 方法

技术领域

本发明涉及环境工程及化学化工技术领域，具体涉及一种以市政污水处理厂活性污泥为原料提取并纯化硫酸多糖的方法。

背景技术

硫酸多糖是一类组成结构复杂、种类繁多、应用广泛的细胞间多糖，常见硫酸多糖包括藻石酸、褐藻多糖、卡拉胶、海藻酸盐等。硫酸多糖目前已知主要存在于海藻及少数动物组织中(牛的肺叶、猪的胃粘膜等)，同时也极少量的存在于一些嗜盐植物与微生物中。硫酸多糖化学结构复杂，化学性质与生物活性多样，且受其化学组成、结构及硫酸化程度的影响。硫酸多糖的主要化学性质及生物活性包括：凝胶增稠特性、抗氧化性、抗凝血性、抑制血管生成(抗肿瘤性)、免疫调节性、抗HSV及抗HIV病毒等。硫酸多糖依照其纯度高低，分为工业级、食品/化妆品级、以及药品级。工业级硫酸多糖作为添加剂、助剂等广泛应用于印染、造纸、纺织、橡胶加工、混凝土加工、电镀电焊、废水处理等行业；食品/化妆品级硫酸多糖作为增稠剂、抗氧化剂应用于食品生产及加工以及化妆品生产中；药品级硫酸多糖则可以作为医药中间体，用于抗凝血药物、抗病毒药物、免疫调节类药物及医用敷料等的生产。

由于硫酸多糖化学组成与结构复杂，无法通过人工合成的方式进行大规模生产。目前全球所有的工业级硫酸多糖及大部分食品级硫酸多糖生产依赖于从海藻中直接提取，其余的则全部由动物组织提取而来。虽然自二十世纪五十年代末，人工海藻养殖技术迅速发展，为多糖硫酸酯的生产提供了大量原料，但由于海藻养殖对天气和海水条件依赖高，适宜养殖区域有限，且海藻养殖成本高昂，海藻收集完全依赖人工，以及现有提取方法在提取率方面的限制，全球硫酸多糖市场始终处于供不应求的状态，且硫酸多糖产品的价格也十分昂贵。此外，人工海藻养殖所产生的大量养殖废水，也已经成为了海藻养殖中不可忽视的环境问题。

活性污泥是污水生物处理过程中大量产生的副产物，现代污水处理厂每处理万吨污水，将产生活性污泥8吨左右。活性污泥的实质是利用污水中碳、氮、磷等营养元素大量繁殖的微生物聚集体，因其微生物群落复杂、繁殖量巨大、且外观呈棕褐色、具有稀泥状，得名“活性污泥”。过去，活性污泥都被视为污水处理过程中大量产生的废物，对其处理也是以“无害化及减量化”为目的，主要处理方式包括：卫生填埋、焚烧、厌氧消化、好氧堆肥等。近些年来，随着“资源紧缺”与“循环经济”等概念的提出和发展，活性污泥中蕴藏的大量化学能以及可以提取的资源物质被逐渐发现，污泥的资源化处理开始快速发展。目前，较为成熟和应用程度高的污泥资源化处理方式包括：污泥的土地回用、污泥厌氧发酵及沼气发电、污泥制砖、以及将污泥作为原料提取生物水泥和生物塑料等有机物质等。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明目的在于提供一种以污水生物处理过程所产生的活性污泥为原料提取硫酸多糖的方法，以充分利用活性污泥，实现其资源化，变废为宝。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明提供了一种以活性污泥为原料提取并纯化硫酸多糖的方法，包括步骤：S1：活性污泥清洗多次后离心，收集固相泥饼；S2：将固相泥饼和水混合均匀，得到混合液；将混合液加温，并通入直流电；S3：将经过S2处理得到的产物离心，收集上层液相；S4：将S3收集的上层液相超滤，然后加入氯化钙至沉淀完全，离心，收集沉淀物；S5：将沉淀物干燥后研磨成粉末状，得到硫酸多糖提取物。

S4中，离心后，还包括步骤：收集离心后的上层液相，然后加入乙醇，静置，待絮状沉淀完全后离心，收集沉淀；将沉淀干燥后研磨成粉末状，得到硫酸多糖提取物。

优选地，乙醇的质量浓度为90％-98％，至溶液中乙醇的质量浓度为60％时停止加入乙醇，静置的时间为1-6小时，离心的转速为4000-5000rpm，优选为4500rpm。

S2中，混合液的悬浮固体浓度(MLSS)为3000-8000mg/L，含水率不低于90％。

S1中，离心的转速为4000-5000rpm，优选为4500rpm；清洗是采用水优选为蒸馏水作为清洗液进行清洗，多次为2-4次。优选地，每次清洗采用的清洗液的体积和活性污泥的体积相等。

S2中，水优选为蒸馏水，加温后的温度为30-80℃，直流电的电压为5-30V，直流电的通入时间为10-30min。

S3中，离心的转速为4000-5000rpm，优选为4500rpm。

S4中，超滤后的液相体积浓缩至超滤前的50％-60％；离心的转速为4000-5000rpm，优选为4500rpm。

本发明提供的技术方案，具有如下的有益效果：本发明提供一种以污水生物处理过程所产生的活性污泥为原料提取硫酸多糖的方法，可以充分利用活性污泥，实现其资源化，变废为宝；提取方法简单，成本低，具有很好的应用前景。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例1中某市政污水处理厂活性污泥中所提取硫酸多糖提取物的外观图；

图2为本发明实施例1中某市政污水处理厂活性污泥中所提取硫酸多糖取物的高效液相色谱分析图；

图3为本发明实施例1中某市政污水处理厂活性污泥中所提取硫酸多糖取物的凝胶色谱分析图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规商店购买得到的。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值±标准差。

本发明提供一种以活性污泥为原料提取并纯化硫酸多糖的方法，包括步骤：

S1：在活性污泥中加入同等体积的蒸馏水，摇匀后离心，弃去上层液相，重复该洗泥步骤2-4次，4000-5000rpm离心后保留固相泥饼；

S2：将固相泥饼和蒸馏水混合并摇匀，使得到的混合液的悬浮固体浓度(MLSS)为3000-8000mg/L，含水率不低于90％；将混合液加温至30-80℃，同时向混合液中通入5-30V直流电，并持续10-30分钟；

S3：将经过S2处理得到的产物4000-5000rpm离心后弃去固相泥饼，收集上层液相；

S4：将S3收集的上层液相超滤，至超滤后的液相体积浓缩至超滤前的50％-60％；然后向超滤后的液相中加入氯化钙至沉淀完全，4000-5000rpm离心，分别收集沉淀物和上层液相；

S5：向S4收集的离心后的上层液相中加入质量浓度为90％-98％的乙醇，至溶液中乙醇的质量浓度为60％，静置1-6小时，待絮状沉淀完全后4000-5000rpm离心，收集沉淀物；

S6：将S4和S5收集的沉淀物分别干燥后研磨成粉末状，即得到包括藻石酸、褐藻多糖、卡拉胶及肝素在内的硫酸多糖提取物。

下面结合具体实施例对本发明提供的以活性污泥为原料提取并纯化硫酸多糖的方法作进一步说明。

实施例1

本实施例提供一种以活性污泥为原料提取并纯化硫酸多糖的方法，包括步骤：

S1：取某市政污水处理厂二沉池浓缩污泥500g(含水率约98％)，然后加入同等体积的蒸馏水，摇匀后离心，弃去上层液相，重复该洗泥步骤4次，4500rpm离心后保留固相泥饼；

S2：将固相泥饼和蒸馏水混合并摇匀，使得到的混合液的悬浮固体浓度(MLSS)为5000mg/L，含水率不低于90％；将混合液加温至50℃，同时向混合液中通入10V直流电，并持续15分钟；

S3：将经过S2处理得到的产物4500rpm离心后弃去固相泥饼，收集上层液相；

S4：将S3收集的上层液相进行超滤，至超滤后的液相体积浓缩至超滤前的60％；然后向超滤后的液相中加入氯化钙至沉淀完全，4500rpm离心，分别收集沉淀物和上层液相；

S5：向S4收集的离心后的上层液相中加入质量浓度为98％的乙醇，至溶液中乙醇的质量浓度为60％，静置2小时，待絮状沉淀完全后4500rpm离心，收集沉淀物；

S6：将S4和S5收集的沉淀物分别干燥后研磨成粉末状，即得到包括藻石酸、褐藻多糖、卡拉胶及肝素在内的硫酸多糖提取物。

实施例2

本实施例提供一种以活性污泥为原料提取并纯化硫酸多糖的方法，包括步骤：

S1：取某市政污水处理厂生物曝气池泥水混合物(活性污泥)1L，加入同等体积的蒸馏水，摇匀后离心，弃去上层液相，重复该洗泥步骤2次，4500rpm离心后保留固相泥饼；

S2：将固相泥饼和蒸馏水混合并摇匀，使得到的混合液的悬浮固体浓度(MLSS)为8000mg/L，含水率不低于90％；将混合液加温至30℃，同时向混合液中通入20V直流电，并持续30分钟；

S3：将经过S2处理得到的产物4500rpm离心后弃去固相泥饼，收集上层液相；

S4：将S3收集的上层液相进行超滤，至超滤后的液相体积浓缩至超滤前的50％；然后向超滤后的液相中加入氯化钙至沉淀完全，4500rpm离心，分别收集沉淀物和上层液相；

S5：向S4收集的离心后的上层液相中加入质量浓度为98％的乙醇，至溶液中乙醇的质量浓度为60％，静置5小时，待絮状沉淀完全后4500rpm离心，收集沉淀物；

S6：将S4和S5收集的沉淀物分别干燥后研磨成粉末状，即得到包括藻石酸、褐藻多糖、卡拉胶及肝素在内的硫酸多糖提取物。

本发明实施例1制备得到的包括藻石酸、褐藻多糖、卡拉胶及肝素在内的硫酸多糖提取物外观图如图1所示，其中图a)为提取的纯化藻石酸外观图，图b)为提取的其余组份硫酸多糖混合物外观图。

将本发明实施例1制备得到的包括藻石酸、褐藻多糖、卡拉胶及肝素在内的硫酸多糖提取物进行检测，得到的高效液相色谱分析图如图2所示，凝胶色谱分析图如图3所示。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。在这里示出和描述的所有示例中，除非另有规定，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims (8)

1.一种以活性污泥为原料提取并纯化硫酸多糖的方法，其特征在于，包括步骤：

S1：将活性污泥清洗多次后离心，收集固相泥饼；

S2：将固相泥饼和水混合均匀，得到混合液；将所述混合液加温，并通入直流电；

S3：将经过S2处理得到的产物离心，收集上层液相；

S4：将S3收集的上层液相超滤，然后加入氯化钙至沉淀完全，离心，收集沉淀物；

S5：将所述沉淀物干燥后研磨成粉末状，得到硫酸多糖提取物。

2.根据权利要求1所述的以活性污泥为原料提取并纯化硫酸多糖的方法，其特征在于：

S4中，所述离心后，还包括步骤：收集离心后的上层液相，然后加入乙醇，静置，待絮状沉淀完全后离心，收集沉淀；将所述沉淀干燥后研磨成粉末状，得到硫酸多糖提取物。

3.根据权利要求2所述的以活性污泥为原料提取并纯化硫酸多糖的方法，其特征在于：

所述乙醇的质量浓度为90％-98％，至溶液中乙醇的质量浓度为60％时停止加入乙醇，所述静置的时间为1-6小时，离心的转速为4000-5000rpm。

4.根据权利要求1所述的以活性污泥为原料提取并纯化硫酸多糖的方法，其特征在于：

S2中，所述混合液的悬浮固体浓度为3000-8000mg/L，含水率不低于90％。

5.根据权利要求1所述的以活性污泥为原料提取并纯化硫酸多糖的方法，其特征在于：

S1中，所述离心的转速为4000-5000rpm；所述清洗是采用水优选为蒸馏水作为清洗液进行清洗，所述多次为2-4次。

6.根据权利要求1所述的以活性污泥为原料提取并纯化硫酸多糖的方法，其特征在于：

S2中，水优选为蒸馏水，所述加温后的温度为30-80℃，所述直流电的电压为5-30V，所述直流电的通入时间为10-30min。

7.根据权利要求1所述的以活性污泥为原料提取并纯化硫酸多糖的方法，其特征在于：

S3中，所述离心的转速为4000-5000rpm。

8.根据权利要求1所述的以活性污泥为原料提取并纯化硫酸多糖的方法，其特征在于：

S4中，超滤后的液相体积浓缩至超滤前的50％-60％；所述离心的转速为4000-5000rpm。