CN112028433A - 一种提高污泥蛋白质提取效率及改善污泥脱水性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高污泥蛋白质提取效率及改善污泥脱水性的方法，包括如下步骤：1)污泥酸化处理：对浓缩污泥进行酸化处理，将浓缩污泥的PH值调节至3‑3.5；2)氧化预处理：向酸化后的污泥中加入Fe²⁺和过氧化钙，并在室温下搅拌；3)提取蛋白质：将氧化预处理后的污泥进行离心处理，之后，抽滤上清液，提取污泥蛋白质；4)脱水处理：对抽滤上清液后的污泥进一步脱水。该提高污泥蛋白质提取效率及改善污泥脱水性的方法，可以实现污泥快速、大量的脱水，使污泥体积显著减少，实现污泥的减量化处理。

Description

一种提高污泥蛋白质提取效率及改善污泥脱水性的方法

技术领域

本发明涉及浓缩污泥处理领域，特别提供了一种提高污泥蛋白质提取效率及改善污泥脱水性的方法，通过氧化预处理对浓缩污泥进行调理，以提高污泥蛋白质提取效率并改善其脱水性。

背景技术

污水污泥通常被称为生物固体，是城市污水处理过程中的主要产物，来自浓缩池的污泥含水率通常为98％左右。2010年我国污泥总产量为5427万吨，2017年污泥产量增加至7436万吨，污泥产量的持续增加会给城市环境带来巨大危害。污泥主要是由微生物组成的胶体嵌入而成的生物聚合物，聚合物的絮凝作用使颗粒细小，具有凝胶状结构，产生胶体性质，使絮体之间存在静电斥力，污泥絮体难以压缩，因此单纯使用传统的机械脱水法只能去除大部分的自由水，而间隙水、吸附水、束缚水只能通过特殊的方法处理后才能脱除。研究发现，污泥的脱水能力与微生物胞外聚合物(EPS)中的蛋白质含量呈负相关，将EPS中的蛋白质高效提取出来，不但可以改善污泥的脱水性，还可以对蛋白质进行资源化利用，实现污泥的三化处理。

目前，常用污泥中蛋白质的提取方法主要分为物理法、化学法和生物法三种。物理法主要依靠热水解技术，这需要较高的温度，而低温热水解所需时间较长；化学法需要向污泥中添加热酸和热碱，这会产生大量的酸碱性废水，且反应条件剧烈；生物法所需微生物的生存条件较为严格，实际操作较为繁琐。

公开日期为2020年04月03日，公开号为CN106630524B的发明专利公开了一种改善剩余污泥脱水性能的方法，通过先采用酸液调节pH值为3-5，每千克干污泥中加入0.1-10克的Fe²⁺和0.1-10克的H₂O₂试剂，其中Fe²⁺源为FeSO₄、FeCl₂或FeCO₃，再采用水力空化处理，进而使得污泥中的含水量由98％以上降低至50％左右，固含量减少20％左右。该方法采用芬顿反应对污泥进行预处理，其需要较高的H₂O₂用量，且Fe³⁺的堆积也会影响氧化速率，同时其整体操作流程也较为繁琐，不利于大规模操作处理。

公开日期为2018年11月23日，公开号为CN108862992A的发明专利公开了一种蛋白酶联合热压力对污泥脱水的方法，提出对污泥进行酸化处理，加入胃蛋白酶(添加量为污泥干重的2～6％)进行调理，最后经热压力机脱水，热压力机设置加热温度为70～80℃，施加压力为5～7Mpa，脱水作用时间不大于5min。该方法虽然能一定程度降低污泥的含水率，但胃蛋白酶的作用条件要求较高，反应时间较长；另外热压力设备较大。因此，该方法实施起来相对复杂。

因此，开发一种可以高效提取污泥中蛋白质并且改善污泥脱水性能的方法，成为亟待解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高污泥蛋白质提取效率及改善污泥脱水性的方法，以解决现有技术中存在的问题。

本发明提供的技术方案为：一种提高污泥蛋白质提取效率及改善污泥脱水性的方法，包括如下步骤：

1)污泥酸化处理：对浓缩污泥进行酸化处理，将浓缩污泥的PH值调节至3-3.5；

2)氧化预处理：向酸化后的污泥中加入Fe²⁺和过氧化钙，并在室温下搅拌；

3)提取蛋白质：将氧化预处理后的污泥进行离心处理，之后，抽滤上清液，提取污泥蛋白质；

4)脱水处理：对抽滤上清液后的污泥进一步脱水。

优选，步骤1)中，通过浓HCl对浓缩污泥进行酸化。

进一步优选，步骤2)中，Fe²⁺来源为硫酸亚铁。

进一步优选，步骤2)中，所述硫酸亚铁的添加量为5.5-6mmol/g TSS。

进一步优选，步骤2)中，所述过氧化钙的添加量为0.10-0.15g/g TSS。

进一步优选，步骤2)中，搅拌速度为200-250rpm，搅拌时间为20-25min。

进一步优选，步骤3)中，离心处理采用离心机，离心加速度为9500-10000g，离心时间为20-25min。

进一步优选，步骤4)中，利用机械脱水方式对抽滤上清液后的污泥进一步脱水。

本发明提供的提高污泥蛋白质提取效率及改善污泥脱水性的方法，经济、节能、高效，采用Fe²⁺活化过氧化钙的方法来提高污泥蛋白质的提取效率并改善污泥的脱水性，首先对污泥进行酸化处理，然后加入调理剂，通过离心抽滤提取污泥蛋白质，最后经机械脱水机对提取蛋白质后的污泥进行机械脱水，可使其中的水分快速、高效的去除，使污泥含水率降低，体积减小，含固率增加，从而有利于污泥后续的处理处置，为污泥的资源化、能源化利用提供一种途径和方法。

本发明提供的提高污泥蛋白质提取效率及改善污泥脱水性的方法，可以实现污泥快速、大量的脱水，使污泥体积显著减少，实现污泥的减量化处理，还具有高效、快速、节能等优点，整个脱水过程工艺简单，设备投资低，污泥脱水性好，有利于污泥进一步的资源化利用。

具体实施方式

下面将结合具体的实施方案对本发明进行进一步的解释，但并不局限本发明。

本发明提供了一种提高污泥蛋白质提取效率及改善污泥脱水性的方法，包括如下步骤：

1)污泥酸化处理：对浓缩污泥进行酸化处理，将浓缩污泥的PH值调节至3-3.5；

该步骤中，对浓缩污泥进行酸化处理，可以使污泥絮体结构受到一定程度的破坏，导致污泥絮体结构不稳定，使污泥絮体渗透性增加，可压缩性降低，使污泥絮体中的水分脱出；

2)氧化预处理：向酸化后的污泥中加入Fe²⁺和过氧化钙，并在室温下搅拌；

该步骤中，采用Fe²⁺活化过氧化钙作为污泥脱水的调节剂，由于其具有强氧化性，当与污泥混合时，可降解污泥中的胞外聚合物EPS，释放出EPS中的蛋白质，进而提高污泥蛋白质的提取效率，同时，还可以使污泥絮体和微生物细胞中的结合水分离，使污泥中的结合水、束缚水脱离化学键的束缚，降低污泥絮体间的静电斥力，让污泥细胞失去稳定性从而絮凝，增大污泥絮体颗粒，以此来改善污泥的脱水性；该步骤中，采用Fe²⁺活化过氧化钙会比过氧化钙单独作用时氧化性更强，且反应过程中产生的Fe³⁺具有絮凝作用，可以将污泥絮体变得更为密实，有助于自由水的去除；

3)提取蛋白质：将氧化预处理后的污泥进行离心处理，之后，抽滤上清液，提取污泥蛋白质；

4)脱水处理：对抽滤上清液后的污泥进一步脱水。

该提高污泥蛋白质提取效率及改善污泥脱水性的方法，采用Fe²⁺活化过氧化钙，对酸化后的污泥进行氧化，当其与污泥混合时，可降解污泥中的胞外聚合物EPS，释放其中的蛋白质物质，同时使污泥絮体和微生物细胞中的结合水分离，使污泥中的结合水、束缚水脱离化学键的束缚，降低污泥絮体间的静电斥力，污泥细胞失去稳定性从而絮凝，增大污泥絮体颗粒，从而有利于脱水；同时，反应过程中产生的Fe³⁺具有絮凝作用，可以将污泥絮体变得更为密实，有助于自由水的去除。

优选，步骤1)中，通过浓HCl对浓缩污泥进行酸化。

进一步优选，步骤2)中，Fe²⁺来源为硫酸亚铁。

进一步优选，步骤2)中，所述硫酸亚铁的添加量为5.5-6mmol/g TSS。

进一步优选，步骤2)中，所述过氧化钙的添加量为0.10-0.15g/g TSS。

进一步优选，步骤2)中，搅拌速度为200-250rpm，搅拌时间为20-25min。

进一步优选，步骤3)中，离心处理采用离心机，离心加速度为9500-10000g，离心时间为20-25min。

进一步优选，步骤4)中，利用机械脱水方式对抽滤上清液后的污泥进一步脱水。

实施例1

取浓缩污泥200g(含水率97.16％，折算为干污泥质量为5.68g)(沈阳北部污水处理厂污泥)，调节pH值为3，加入0.568g过氧化钙(过氧化钙质量为干污泥质量的10％)，再加入9.47g硫酸亚铁(硫酸亚铁浓度为6mmol/g TSS)并在室温下以200rpm下搅拌反应20min，得到反应后污泥，将污泥在10000g转速下离心20min，取上层清液经过0.45μm滤膜，提取总EPS检测蛋白质含量。之后，取100ml反应后污泥检测其污泥比阻SRF及毛细吸水时间CST，判断其脱水性。再将反应后污泥进行机械污泥脱水，取部分脱水后污泥置于105℃的烘箱中烘干，测其含水率。

结果表明，Fe²⁺活化过氧化钙预处理后污泥，提取蛋白质含量最高为59.82mg/gTSS，与原污泥相比蛋白质含量(20.45mg/gTSS)增加65.8％。同时SRF与CST分别由原污泥的1.71×10¹³m/Kg、95.8s降至1.33×10¹²m/Kg、13.4s，降幅达到了92％和86％。经过机械脱水后的污泥含水率为65.2％，比原污泥含水率97.16％低了32.89％，实现了污泥的减量化处理。

实施例2

取浓缩污泥200g(含水率97.16％，折算为干污泥质量为5.68g)(沈阳北部污水处理厂污泥)，调节pH值为3，加入0.568g过氧化钙(过氧化钙质量为干污泥质量的10％)，再加入8.68g硫酸亚铁(硫酸亚铁浓度为5.5mmol/g TSS)并在室温下以200rpm下搅拌反应20min，得到反应后污泥，将污泥在10000g转速下离心20min，取上层清液经过0.45μm滤膜，提取总EPS检测蛋白质含量。取100ml反应后污泥检测其污泥比阻SRF及毛细吸水时间CST，判断其脱水性。再将反应后污泥进行机械污泥脱水，取部分脱水后污泥置于105℃的烘箱中烘干，测其含水率。

结果表明，Fe²⁺活化过氧化钙预处理后，提取蛋白质含量最高为62.42mg/gTSS，与原污泥相比(20.45mg/gTSS)蛋白质含量增加67.2％。污泥SRF与CST分别由原污泥的1.71×10¹³m/Kg、95.8s降至1.4×10¹²m/Kg、14.3s，降幅达到了91.8％和85％。经过机械脱水后的污泥含水率为67.3％，比原污泥含水率97.16％低了30.73％，实现了污泥的减量化处理。

实施例3

取浓缩污泥200g(含水率97.16％，折算为干污泥质量为5.68g)(沈阳北部污水处理厂污泥)，调节pH值为3.5，加入0.852g过氧化钙(过氧化钙质量为干污泥质量的15％)，再加入8.68g硫酸亚铁(硫酸亚铁浓度为5.5mmol/g TSS)并在室温下以250rpm下搅拌反应25min，得到反应后污泥，将污泥在9500g转速下离心25min，取上层清液经过0.45μm滤膜，提取总EPS检测蛋白质含量。取100ml反应后污泥检测其污泥比阻SRF及毛细吸水时间CST，判断其脱水性。再将反应后污泥进行机械污泥脱水，取部分脱水后污泥置于105℃的烘箱中烘干，测其含水率。

结果表明，Fe²⁺活化过氧化钙预处理后，提取蛋白质含量最高为59.93mg/gTSS，与原污泥相比(20.45mg/gTSS)蛋白质含量增加65.8％。污泥SRF与CST分别由原污泥的1.71×10¹³m/Kg、95.8s降至1.52×10¹²m/Kg、17.8s，降幅达到了91.1％和81.4％。经过机械脱水后的污泥含水率为69.7％，比原污泥含水率97.16％低了28.3％，实现了污泥的减量化处理。

实施例4

取浓缩污泥200g(含水率97.16％，折算为干污泥质量为5.68g)(沈阳北部污水处理厂污泥)，调节pH值为3.5，加入0.852g过氧化钙(过氧化钙质量为干污泥质量的15％)，再加入9.47g硫酸亚铁(硫酸亚铁浓度为6mmol/g TSS)并在室温下以250rpm下搅拌反应25min，得到反应后污泥，将污泥在9500g转速下离心25min，取上层清液经过0.45μm滤膜，提取总EPS检测蛋白质含量。取100ml反应后污泥检测其污泥比阻SRF及毛细吸水时间CST，判断其脱水性。再将反应后污泥进行机械污泥脱水，取部分脱水后污泥置于105℃的烘箱中烘干，测其含水率。

结果表明，Fe²⁺活化过氧化钙预处理后，提取蛋白质含量最高为60.39mg/gTSS，与原污泥相比(20.45mg/gTSS)蛋白质含量增加66.1％。污泥SRF与CST分别由原污泥的1.71×10¹³m/Kg、95.8s降至1.5×10¹²m/Kg、17.3s，降幅达到了91.2％和82％。经过机械脱水后的污泥含水率为68.7％，比原污泥含水率97.16％低了29.3％，实现了污泥的减量化处理。

Claims (8)

1.一种提高污泥蛋白质提取效率及改善污泥脱水性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)污泥酸化处理：对浓缩污泥进行酸化处理，将浓缩污泥的PH值调节至3-3.5；

2)氧化预处理：向酸化后的污泥中加入Fe²⁺和过氧化钙，并在室温下搅拌；

3)提取蛋白质：将氧化预处理后的污泥进行离心处理，之后，抽滤上清液，提取污泥蛋白质；

4)脱水处理：对抽滤上清液后的污泥进一步脱水。

2.按照权利要求1所述提高污泥蛋白质提取效率及改善污泥脱水性的方法，其特征在于：步骤1)中，通过浓HCl对浓缩污泥进行酸化。

3.按照权利要求1所述提高污泥蛋白质提取效率及改善污泥脱水性的方法，其特征在于：步骤2)中，Fe²⁺来源为硫酸亚铁。

4.按照权利要求3所述提高污泥蛋白质提取效率及改善污泥脱水性的方法，其特征在于：步骤2)中，所述硫酸亚铁的添加量为5.5-6mmol/g TSS。

5.按照权利要求1所述提高污泥蛋白质提取效率及改善污泥脱水性的方法，其特征在于：步骤2)中，所述过氧化钙的添加量为0.10-0.15g/g TSS。

6.按照权利要求1所述提高污泥蛋白质提取效率及改善污泥脱水性的方法，其特征在于：步骤2)中，搅拌速度为200-250rpm，搅拌时间为20-25min。

7.按照权利要求1所述提高污泥蛋白质提取效率及改善污泥脱水性的方法，其特征在于：步骤3)中，离心处理采用离心机，离心加速度为9500-10000g，离心时间为20-25min。

8.按照权利要求1所述提高污泥蛋白质提取效率及改善污泥脱水性的方法，其特征在于：步骤4)中，利用机械脱水方式对抽滤上清液后的污泥进一步脱水。