CN112661370A - 一种用生物处理污泥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用生物处理污泥的方法。包括：1)将污泥、有机物与菌剂混合发酵，得到发酵后的物料；2)向发酵后的物料中投放蚯蚓，对物料进行蚯蚓的过腹处理；3)处理完成后，分离，得到蚯蚓和蚯蚓粪；4)将分离后的蚯蚓冻干得冻干蚯蚓粉；5)将冻干蚯蚓粉进行超临界二氧化碳萃取，分离，得到蚯蚓粉和含重金属的残渣；6)向蚯蚓粉中加入缓冲液，匀浆、静置、离心、透析去盐，得活性地龙蛋白；7)将蚯蚓粪制备成有机肥料，含重金属的残渣交到危废中心处理。该方法既可将污泥处理干净，又可得到活性地龙蛋白。活性地龙蛋白可制作溶栓类药物等，蚯蚓粪则可制备成有机肥料，而含重金属的残渣则交到危废中心处理，减少处理成本的同时增加收益。

Description

一种用生物处理污泥的方法

技术领域

本发明属于污泥处理技术领域，具体地说，涉及一种用生物处理污泥的方法。

背景技术

现在污水处理厂每天产生大量的污泥，污水处理厂的污泥是在城市生活污水和工业废水进行净化处理过程中产生的沉淀物质以及污水表面的浮渣，是一种固液混合物，在没有外力作用下，其固液比例相对稳定，含水量可达95％以上，经脱水后，含水量在70-80％。根据污水处理的工艺，污泥可以分为初次沉淀污泥、腐殖污泥、剩余的活性污泥以及消化污泥等。未经适当处理的污泥进入环境后，直接会给水体和大气带来二次污染，不但降低了污水处理系统的有效处理能力，而且对生态环境和人类活动构成了严重威胁。

城市污泥含有大量的各种致病菌、虫卵、重金属等有害物质，并散发浓烈的恶臭，国内外常用的污泥处理方法有地表弃置、卫生填埋、海洋投放、堆肥、焚烧等。

这些方法中，地表弃置因被现行环保法规禁止而正在逐步停止使用；卫生填埋因土地资源紧缺、易产生二次污染和居民反对等压力，而难于继续实行；海洋投放会污染海洋，对海洋生态系统和人类食物链造成威胁，已被国际公约明令禁止；使用焚烧方法处理城市污泥会耗费大量能源，而且焚烧过程中还不可避免地产生高稳定性的剧毒物质二噁英等有害物质，对环境产生二次污染；污泥高温堆肥技术自身产生一定热量，并且高温持续时间长，不需外加热源，即可达到无害化，使纤维素这种难于降解的物质分解，使堆肥料有了较高程度的腐殖化，提高有效养分，但堆肥时间长，占地面积大，可操作性不强，有利于病虫害滋生。

使用城市污泥作为农田肥料，会直接造成严重的环境污染，即使利用堆肥的方法处理城市污泥，虽然可以减少各种致病菌、虫卵等生物物质的危害，但是仍无法消除重金属等污染物的危害。蚯蚓在土壤中有着重要的环境净化作用，利用蚯蚓对土壤中的有机废弃物进行生物处理，越来越受到研究人员的关注和重视。蚯蚓可以吞食土壤中大量的有机废弃物，并通过与微生物的协同作用，进行分解，并能对土壤中的有害重金属富集蚯蚓体内，从而促进土壤生态系统的再循环。因此，现有污泥处理方法存在缺陷，急需提供一种污染小、占地少、处理污泥速度快的污泥无害化工艺方法。

CN110526531A公开了一种蚯蚓处理市政污泥的工艺流程及设备。该工艺流程包括以下步骤：摊平接种：将污泥加入引诱剂后传送至处理室内的传送带摊平，摊平厚度为5-10厘米，接种蚯蚓；蚯蚓处理：保持处理时温度15-25℃，避光通风，蚯蚓处理2-7天；传送污泥：利用传送带将蚯蚓处理后的污泥从处理室传送至相邻的烘干室；加热驱赶：利用烘干室底部的加热装置加热污泥，温度不高于40℃，加热1-2天，并利用强光对蚯蚓进行驱赶，驱赶至处理室，处理室内有下一批次传送摊平的污泥；降低含水量；继续加热烘干污泥至含水量低于60％，温度低于30℃，加热烘干2-7天。

CN102010234A公开了一种用蚯蚓处理污水处理厂污泥为肥料的方法，该方法按照以下步骤进行：a、制备蚯蚓床；蚯蚓床的基层采用防渗处理；b、在蚯蚓床上进行蚯蚓接种；c、在接种后的蚯蚓床上进行饲料投加形成揽食层；饲料投加方式是先投加污水处理厂的污泥，约1-2个月时间污泥被蚯蚓消耗完毕再投加污泥总量十分之一的有机物，待有机物消耗完毕又反复进行饲料投加；d、经过40天左右采集蚯蚓和蚯蚓粪；e、根据采集到的蚯蚓粪中氮磷钾的含量酌量添加营养元素得到肥料产品。

目前，虽然上述采用蚯蚓处理污泥的方法取得了良好的经济效益，但是会存在以下问题：

一、如果直接处理，污泥中含有很多供植被生长的有机物质，从而使得该有机营养物质流失，造成资源浪费；

二、如果直接将蚯蚓作为动物蛋白质饲料使用，因蚯蚓吞食污泥后将重金属留存在蚯蚓体内，则会使得饲料中残存重金属物质，进而使用时对动物或环境造成影响。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用生物处理污泥的方法。采用本发明方法进行处理时，污泥经发酵后被蚯蚓进行吞食过腹处理，之后将蚯蚓和蚯蚓粪进行分离，分离后的蚯蚓经冻干、超临界二氧化碳萃取、分离重金属后得到的蚯蚓粉进行匀浆、静置、离心、透析去盐后得到活性地龙蛋白，得到的活性地龙蛋白可用来制成溶栓类药物、动物饲料添加剂、保健品、功能性食品，而超临界二氧化碳萃取后残留的富含重金属的残渣则集中交到危废中心进行处理，因此使用该方法环保，既可以将污泥处理干净，又可以得到活性地龙蛋白，减少了处理成本，经济效益显著。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用生物处理污泥的方法，其中，该方法包括以下步骤：

1)将污泥、有机物与菌剂混合进行发酵，得到发酵后的物料；

2)向发酵后的物料中投放蚯蚓，对物料进行蚯蚓的过腹处理；

3)处理完成后，将蚯蚓和蚯蚓粪进行分离，得到蚯蚓和蚯蚓粪；

4)将步骤3)中分离得到的蚯蚓进行冻干得到冻干蚯蚓粉；

5)将冻干蚯蚓粉进行超临界二氧化碳萃取，分离，得到萃取分离后的蚯蚓粉和含重金属的残渣；

6)向萃取分离后的蚯蚓粉中加入缓冲液，匀浆、静置、离心、透析去盐，得到活性地龙蛋白；

7)将步骤3)所得的蚯蚓粪进行配置，制备成有机肥料；将步骤5)中含重金属的残渣交到危废中心处理。

本发明方法，污泥经与有机物和菌剂混合进行发酵后被蚯蚓进行吞食过腹处理，处理后的污泥成为蚯蚓粪，而重金属则富集到蚯蚓体内；之后经过分离将蚯蚓和蚯蚓粪进行分离，分离后的蚯蚓经过冻干得到冻干蚯蚓粉，冻干蚯蚓粉再经过超临界二氧化碳萃取分离重金属后得到的蚯蚓粉进行匀浆、静置、离心、透析去盐后得到活性地龙蛋白，得到的活性地龙蛋白含有胶原酶、纤溶酶、蚓激酶、核酸、微量元素等多种成分，活性地龙蛋白中蚓激酶的含量高，其比活力可达到30000单位，具有溶解血凝块的功效，可以用来制作溶栓类药物，还可用来制备动物饲料添加剂、保健品、功能性食品等，而产生的含有重金属的残渣则交到危废处理中心处理；同时，分离得到的蚯蚓粪经过配置可制备成有机肥料。

本发明方法既可以将污泥处理干净，又可以得到活性地龙蛋白，而得到的活性地龙蛋白可以用来制作溶栓类药物，还可用来制备动物饲料添加剂、保健品、功能性食品等，蚯蚓粪则可以制备成有机肥料，而产生的含有重金属的残渣则交到危废处理中心处理，减少处理成本的同时增加收益。

本发明中，污泥的含水率控制在80％-90％，有机物的含水率控制在10％左右，其中有机物为干牛粪、菌糠、秸秆、枯枝落叶、生活垃圾固体等。

本发明中，将污泥、有机物与菌剂进行复混发酵，可以使得发酵产物的含水率达到60-70％，增加发酵产物的溶氧量，有利于菌群的生长，还能达到除臭的目的，同时还可以使得有机质腐熟软化，利于发酵和蚯蚓采食。

进一步地，步骤5)中，进行超临界二氧化碳萃取时，萃取压力为38～40Mpa，萃取温度为50～55℃，将整个萃取过程划分为4个阶段，从第一个阶段到最后一个阶段，二氧化碳的流量依次增加，其具体过程包括：

在第一个阶段，二氧化碳的流量为5～7m³/h，持续时间为30～40min；

在第二个阶段，二氧化碳的流量为10～13m³/h，持续时间为1～2h；

在第三个阶段，二氧化碳的流量为18～20m³/h，持续时间为1～2h；

在第四个阶段，二氧化碳的流量为40～50m³/h，持续时间为3～4h。

蚯蚓处理污泥，现有技术有很多的报道，但蚯蚓处理污泥后，如何去除蚯蚓体内的重金属，目前尚未见有关的研究报道。本发明中，利用超临界二氧化碳萃取技术提取蚯蚓体内的重金属，在本领域具有里程碑式的意义。

本发明中，考察了不同超临界二氧化碳萃取工艺对处理过污泥的蚯蚓体内重金属的提取效果的影响。结果表明，采用本发明的分四个阶段的萃取工艺可以很好地将处理过污泥的蚯蚓体内的重金属萃取分离出来。

进一步地，步骤4)中，所述的冻干为将步骤3)中分离后得到的蚯蚓装入盘内，再放进低温真空冷冻干燥箱内，在-35℃至-25℃下干燥处理，经20～28小时，取出，放入冻干机，抽真空，升华，得到冻干蚯蚓粉。

本发明中，将蚯蚓进行冻干处理后，可以最大限度地保留蚯蚓的营养物质，降低水分。

试验表明，较普通的烘干相比，采用本发明的冻干处理后再进行超临界二氧化碳萃取，可以显著提高提取得到的活性地龙蛋白的含量以及活性地龙蛋白中蚓激酶的含量，并显著增强蚯蚓酶的比活力。

进一步地，步骤6)的具体过程为：向萃取分离后的蚯蚓粉中加入4倍量的磷酸盐缓冲液，然后匀浆10分钟，在4℃条件下放置3小时后，8000rpm离心20分钟，取上清液加固体硫酸铵达到30％饱和度，再次离心；弃去沉淀，上清液中加固体硫酸铵至60％饱和度，再次8000rpm离心20分钟，收集沉淀，用磷酸盐缓冲液溶解，透析去盐，然后冻干，得到活性地龙蛋白。

本发明中，将采用超临界二氧化碳萃取、分离重金属后得到的蚯蚓粉进行匀浆、静置、离心、透析去盐后得到活性地龙蛋白，得到的活性地龙蛋白可以用来制作溶栓类药物、动物饲料添加剂、保健品、功能性食品等，而产生的含有重金属的残渣则交到危废处理中心处理。

进一步地，步骤1)中，发酵后的物料的水分含量为60％-70％，C/N比为35-45。

本发明中，将发酵后的物料的水分含量控制在60％-70％，可以增加物料的溶氧量，利于菌群的生长，同时还可以使得有机质腐熟软化，更加有利于发酵和蚯蚓采食。

作为一种优选方案，发酵后的物料的水分含量为60％，C/N比为40。

具体地说，步骤1)中，所述的发酵按照如下步骤进行：

a)控制发酵装置温度在25～35℃；

b)先将污泥与菌剂投入发酵装置内，混合10～20分钟；再将有机物投入至发酵装置内，继续混合10～20分钟；

c)然后开启供氧系统，在搅拌下向发酵装置内持续供氧1～3小时，得到活化调制后的物料；

d)将活化调制后的物料堆高码垛，用塑料布覆盖密封，自然酵藏焖制后得到发酵产物。

进一步地，步骤d)中，在酵藏过程中，检测发酵物料的温度，当发酵物料的温度达到70℃时翻垛一次。

本发明中，自然酵藏焖制时间随自然环境温度变化而变化，本领域技术人员可根据实际情况确定，当自然环境温度低时，自然酵藏焖制时间长；当自然环境温度高时，自然酵藏焖制时间短。如当0℃≤自然环境温度＜15℃时，自然酵藏焖制时间可以长达35天；当15℃≤自然环境温度＜25℃时，自然酵藏焖制时间可以为20天；当25℃≤自然环境温度＜35℃时，自然酵藏焖制时间可以为10天。

进一步地，步骤1)中，所述的污泥与有机物的质量之和与所述的菌剂的质量比为1000：1，其中污泥与有机物的质量比为1：1。

进一步地，所述的菌剂为酵母菌和乳酸菌的混合菌，其中酵母菌和乳酸菌的质量比为1：(2～4)。

进一步地，步骤2)中，蚯蚓的投放量为1公斤/平方米，蚯蚓的过腹处理周期为18～22天。

本发明中，向发酵后的物料中投放高密度蚯蚓，对物料进行蚯蚓的过腹处理后，可以彻底除臭，同时通过蚯蚓的过腹使得污泥成为适合植物生长的圆粒中空的肥料，提高物料的益生菌含量，降低物料中的重金属含量。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)采用本发明方法处理污泥时，污泥经与有机物和菌剂混合进行发酵后被蚯蚓进行吞食过腹处理，处理后的污泥成为无臭无味的蚯蚓粪，而重金属则富集到蚯蚓体内；之后将蚯蚓和蚯蚓粪进行分离，分离后的蚯蚓经过冻干得到冻干蚯蚓粉，冻干蚯蚓粉再经过超临界二氧化碳萃取分离重金属后得到的蚯蚓粉进行匀浆、静置、离心、透析去盐后得到活性地龙蛋白得到的活性地龙蛋白含有胶原酶、纤溶酶、蚓激酶、核酸、微量元素等多种成分，活性地龙蛋白中蚓激酶的含量高，其比活力可达到30000单位，具有溶解血凝块的功效，可以用来制作溶栓类药物，还可用来制备动物饲料添加剂、保健品、功能性食品等，而产生的含有重金属的残渣则交到危废处理中心处理；同时，分离得到的蚯蚓粪经过配置可制备成有机肥料。

(2)本发明方法环保，经济效益显著。从环保方面分析:蚯蚓一天吃自身的体重，按照一吨蚯蚓计算，通过20天的养殖20吨的物料全部经过蚯蚓过腹，重金属富集到蚯蚓体内，20吨聚合成为2吨(增重一倍)；2吨蚯蚓经过冻干为含水率3％的干体，重量聚合为100公斤；100公斤干体经过超临界萃取，只剩下10公斤含有重金属的残渣。残渣交给威立雅等危废处理中心处理。每吨危废处理费用3000元人民币，10公斤处理费30元。每吨污泥处理重金属30/20＝1.5元。从效益方面分析：可以大大节省污泥处理费。

具体实施方式

以下为本发明的具体实施方式，所述的实施例是为了进一步描述本发明，而不是限制本发明。

实施例1

1)将污泥、有机物与菌剂混合进行发酵，污泥与有机物的质量之和与所述的菌剂的质量比为1000：1，其中污泥与有机物的质量比为1：1，得到发酵后的物料，控制发酵后的物料中水分含量为60％，C/N比为40；其中，有机物为粉碎至2厘米左右的秸秆；所述的菌剂为酵母菌和乳酸菌的混合菌，所述的混合菌中酵母菌和乳酸菌的质量比为1：3；所述的发酵按照如下步骤进行：

a)控制发酵装置温度在28℃；

b)先将污泥与菌剂投入发酵装置内，混合15分钟；再将有机物投入至发酵装置内，继续混合15分钟；

c)然后开启供氧系统，在搅拌下向发酵装置内持续供氧2小时，得到活化调制后的物料；

d)将活化调制后的物料堆高码垛，用塑料布覆盖密封，自然环境温度2℃下自然酵藏焖制35天，酵藏过程中，检测发酵物料的温度，当发酵物料的温度达到70℃时翻垛一次，得到发酵后的物料。

2)向发酵后的物料中投放蚯蚓，对物料进行蚯蚓的过腹处理，其中蚯蚓的投放量为1公斤/平方米，蚯蚓的过腹处理周期为20天；

3)处理完成后，将蚯蚓和蚯蚓粪进行分离，得到蚯蚓和蚯蚓粪；

4)将步骤3)中分离后得到的蚯蚓装入盘内，再放进低温真空冷冻干燥箱内，在-30℃下干燥处理，经25小时，取出，放入冻干机，抽真空，升华，得到冻干蚯蚓粉；

5)将冻干蚯蚓粉进行超临界二氧化碳萃取，分离，得到萃取分离后的蚯蚓粉和含重金属的残渣；萃取时，萃取压力为38Mpa，萃取温度为50℃，将整个萃取过程划分为4个阶段，从第一个阶段到最后一个阶段，二氧化碳的流量依次增加，其具体过程包括：

在第一个阶段，二氧化碳的流量为5m³/h，持续时间为30min；

在第二个阶段，二氧化碳的流量为10m³/h，持续时间为1h；

在第三个阶段，二氧化碳的流量为18m³/h，持续时间为1h；

在第四个阶段，二氧化碳的流量为40m³/h，持续时间为3h。

6)向萃取分离后的蚯蚓粉中加入4倍量的磷酸盐缓冲液，然后匀浆10分钟，在4℃条件下放置3小时后，8000rpm离心20分钟，取上清液加固体硫酸铵达到30％饱和度，再次离心；弃去沉淀，上清液中加固体硫酸铵至60％饱和度，再次8000rpm离心20分钟，收集沉淀，用磷酸盐缓冲液溶解，透析去盐，然后冻干，得到活性地龙蛋白；

7)将步骤3)所得的蚯蚓粪进行配置，制备成有机肥料；将步骤5)中含重金属的残渣交到危废中心处理。

实施例2

1)将污泥、有机物与菌剂混合进行发酵，污泥与有机物的质量之和与所述的菌剂的质量比为1000：1，其中污泥与有机物的质量比为1：1，得到发酵后的物料，控制发酵后的物料的水分含量为70％，C/N比为35；其中，有机物为粉碎至2厘米左右的秸秆、枯枝落叶和干牛粪的混合物；所述的菌剂为酵母菌和乳酸菌的混合菌，所述的混合菌中酵母菌和乳酸菌的质量比为1：2；所述的发酵按照如下步骤进行：

a)控制发酵装置温度在25℃；

b)先将污泥与菌剂投入发酵装置内，混合10分钟；再将有机物投入至发酵装置内，继续混合10分钟；

c)然后开启供氧系统，在搅拌下向发酵装置内持续供氧1小时，得到活化调制后的物料；

d)将活化调制后的物料堆高码垛，用塑料布覆盖密封，自然环境温度20℃下自然酵藏焖制20天，酵藏过程中，检测发酵物料的温度，当发酵物料的温度达到70℃时翻垛一次，得到发酵后的物料。

2)向发酵后的物料中投放蚯蚓，对物料进行蚯蚓的过腹处理，其中蚯蚓的投放量为1公斤/平方米，蚯蚓的过腹处理周期为18天；

3)处理完成后，将蚯蚓和蚯蚓粪进行分离，得到蚯蚓和蚯蚓粪；

4)将步骤3)中分离后得到的蚯蚓装入盘内，再放进低温真空冷冻干燥箱内，在-35℃下干燥处理，经20小时，取出，放入冻干机，抽真空，升华，得到冻干蚯蚓粉；

5)将冻干蚯蚓粉进行超临界二氧化碳萃取，分离，得到萃取分离后的蚯蚓粉和含重金属的残渣；萃取时，萃取压力为40Mpa，萃取温度为55℃，将整个萃取过程划分为4个阶段，从第一个阶段到最后一个阶段，二氧化碳的流量依次增加，其具体过程包括：

在第一个阶段，二氧化碳的流量为7m³/h，持续时间为40min；

在第二个阶段，二氧化碳的流量为13m³/h，持续时间为2h；

在第三个阶段，二氧化碳的流量为20m³/h，持续时间为2h；

在第四个阶段，二氧化碳的流量为50m³/h，持续时间为4h。

6)向萃取分离后的蚯蚓粉中加入4倍量的磷酸盐缓冲液，然后匀浆10分钟，在4℃条件下放置3小时后，8000rpm离心20分钟，取上清液加固体硫酸铵达到30％饱和度，再次离心；弃去沉淀，上清液中加固体硫酸铵至60％饱和度，再次8000rpm离心20分钟，收集沉淀，用磷酸盐缓冲液溶解，透析去盐，然后冻干，得到活性地龙蛋白；

7)将步骤3)所得的蚯蚓粪进行配置，制备成有机肥料；将步骤5)中含重金属的残渣交到危废中心处理。

实施例3

1)将污泥、有机物与菌剂混合进行发酵，污泥与有机物的质量之和与所述的菌剂的质量比为1000：1，其中污泥与有机物的质量比为1：1，得到发酵后的物料，控制发酵后的物料的水分含量为70％，C/N比为45；其中，有机物为粉碎至2厘米左右的秸秆；所述的菌剂为酵母菌和乳酸菌的混合菌，所述的混合菌中酵母菌和乳酸菌的质量比为1：4；所述的发酵按照如下步骤进行：

a)控制发酵装置温度在35℃；

b)先将污泥与菌剂投入发酵装置内，混合20分钟；再将有机物投入至发酵装置内，继续混合20分钟；

c)然后开启供氧系统，在搅拌下向发酵装置内持续供氧3小时，得到活化调制后的物料；

d)将活化调制后的物料堆高码垛，用塑料布覆盖密封，自然环境温度10℃下自然酵藏焖制35天，酵藏过程中，检测发酵物料的温度，当发酵物料的温度达到70℃时翻垛一次，得到发酵后的物料。

2)向发酵后的物料中投放蚯蚓，对物料进行蚯蚓的过腹处理，其中蚯蚓的投放量为1公斤/平方米，蚯蚓的过腹处理周期为22天；

3)处理完成后，将蚯蚓和蚯蚓粪进行分离，得到蚯蚓和蚯蚓粪；

4)将步骤3)中分离后得到的蚯蚓装入盘内，再放进低温真空冷冻干燥箱内，在-25℃下干燥处理，经28小时，取出，放入冻干机，抽真空，升华，得到冻干蚯蚓粉。

5)将冻干蚯蚓粉进行超临界二氧化碳萃取，分离，得到萃取分离后的蚯蚓粉和含重金属的残渣；萃取时，萃取压力为38Mpa，萃取温度为52℃，将整个萃取过程划分为4个阶段，从第一个阶段到最后一个阶段，二氧化碳的流量依次增加，其具体过程包括：

在第一个阶段，二氧化碳的流量为6m³/h，持续时间为35min；

在第二个阶段，二氧化碳的流量为12m³/h，持续时间为1.5h；

在第三个阶段，二氧化碳的流量为19m³/h，持续时间为1.5h；

在第四个阶段，二氧化碳的流量为45m³/h，持续时间为3.5h。

6)向萃取分离后的蚯蚓粉中加入4倍量的磷酸盐缓冲液，然后匀浆10分钟，在4℃条件下放置3小时后，8000rpm离心20分钟，取上清液加固体硫酸铵达到30％饱和度，再次离心；弃去沉淀，上清液中加固体硫酸铵至60％饱和度，再次8000rpm离心20分钟，收集沉淀，用磷酸盐缓冲液溶解，透析去盐，然后冻干，得到活性地龙蛋白；

7)将步骤3)所得的蚓蚯蚓粪进行配置，制备成有机肥料；将步骤5)中含重金属的残渣交到危废中心处理。

实施例4

1)将污泥、有机物与菌剂混合进行发酵，污泥与有机物的质量之和与所述的菌剂的质量比为1000：1，其中污泥与有机物的质量比为1：1，得到发酵后的物料，控制发酵后的物料的水分含量为68％，C/N比为38；其中，有机物为粉碎至2厘米左右的秸秆；所述的菌剂为酵母菌和乳酸菌的混合菌，所述的混合菌中酵母菌和乳酸菌的质量比为1：2.5；所述的发酵按照如下步骤进行：

a)控制发酵装置温度在32℃；

b)先将污泥与菌剂投入发酵装置内，混合18分钟；再将有机物投入至发酵装置内，继续混合18分钟；

c)然后开启供氧系统，在搅拌下向发酵装置内持续供氧2.5小时，得到活化调制后的物料；

d)将活化调制后的物料堆高码垛，用塑料布覆盖密封，自然环境温度30℃下自然酵藏焖制10天，酵藏过程中，检测发酵物料的温度，当发酵物料的温度达到70℃时翻垛一次，得到发酵后的物料。

2)向发酵后的物料中投放蚯蚓，对物料进行蚯蚓的过腹处理，其中蚯蚓的投放量为1公斤/平方米，蚯蚓的过腹处理周期为21天；

3)处理完成后，将蚯蚓和蚯蚓粪进行分离，得到蚯蚓和蚯蚓粪；

4)将步骤3)中分离后得到的蚯蚓装入盘内，再放进低温真空冷冻干燥箱内，在-28℃下干燥处理，经26小时，取出，放入冻干机，抽真空，升华，得到冻干蚯蚓粉；

5)将冻干蚯蚓粉进行超临界二氧化碳萃取，分离，得到萃取分离后的蚯蚓粉和含重金属的残渣；萃取时，萃取压力为38Mpa，萃取温度为53℃，将整个萃取过程划分为4个阶段，从第一个阶段到最后一个阶段，二氧化碳的流量依次增加，其具体过程包括：

在第一个阶段，二氧化碳的流量为6m³/h，持续时间为32min；

在第二个阶段，二氧化碳的流量为11m³/h，持续时间为1h；

在第三个阶段，二氧化碳的流量为18m³/h，持续时间为2h；

在第四个阶段，二氧化碳的流量为42m³/h，持续时间为3h。

6)向萃取分离后的蚯蚓粉中加入4倍量的磷酸盐缓冲液，然后匀浆10分钟，在4℃条件下放置3小时后，8000rpm离心20分钟，取上清液加固体硫酸铵达到30％饱和度，再次离心；弃去沉淀，上清液中加固体硫酸铵至60％饱和度，再次8000rpm离心20分钟，收集沉淀，用磷酸盐缓冲液溶解，透析去盐，然后冻干，得到活性地龙蛋白；

7)将步骤3)所得的蚯蚓粪进行配置，制备成有机肥料；将步骤5)中含重金属的残渣交到危废中心处理。

实施例5

1)将污泥、有机物与菌剂混合进行发酵，污泥与有机物的质量之和与所述的菌剂的质量比为1000：1，其中污泥与有机物的质量比为1：1，得到发酵后的物料，控制发酵后的物料的水分含量为68％，C/N比为38；其中，有机物为粉碎至2厘米左右的秸秆和菌糠的混合物；所述的菌剂为酵母菌和乳酸菌的混合菌，所述的混合菌中酵母菌和乳酸菌的质量比为1：3.5；所述的发酵按照如下步骤进行：

a)控制发酵装置温度在28℃；

b)先将污泥与菌剂投入发酵装置内，混合12分钟；再将有机物投入至发酵装置内，继续混合12分钟；

c)然后开启供氧系统，在搅拌下向发酵装置内持续供氧1.5小时，得到活化调制后的物料；

d)将活化调制后的物料堆高码垛，用塑料布覆盖密封，自然环境温度5℃下自然酵藏焖制35天，酵藏过程中，检测发酵物料的温度，当发酵物料的温度达到70℃时翻垛一次，得到发酵后的物料。

2)向发酵后的物料中投放蚯蚓，对物料进行蚯蚓的过腹处理，其中蚯蚓的投放量为1公斤/平方米，蚯蚓的过腹处理周期为21天；

3)处理完成后，将蚯蚓和蚯蚓粪进行分离，得到蚯蚓和蚯蚓粪；

4)将步骤3)中分离后得到的蚯蚓装入盘内，再放进低温真空冷冻干燥箱内，在-28℃下干燥处理，经26小时，取出，放入冻干机，抽真空，升华，得到冻干蚯蚓粉；

5)将冻干蚯蚓粉进行超临界二氧化碳萃取，分离，得到萃取分离后的蚯蚓粉和含重金属的残渣；萃取时，萃取压力为40Mpa，萃取温度为54℃，将整个萃取过程划分为4个阶段，从第一个阶段到最后一个阶段，二氧化碳的流量依次增加，其具体过程包括：

在第一个阶段，二氧化碳的流量为6m³/h，持续时间为36min；

在第二个阶段，二氧化碳的流量为11m³/h，持续时间为2h；

在第三个阶段，二氧化碳的流量为19m³/h，持续时间为1h；

在第四个阶段，二氧化碳的流量为44m³/h，持续时间为4h。

6)向萃取分离后的蚯蚓粉中加入4倍量的磷酸盐缓冲液，然后匀浆10分钟，在4℃条件下放置3小时后，8000rpm离心20分钟，取上清液加固体硫酸铵达到30％饱和度，再次离心；弃去沉淀，上清液中加固体硫酸铵至60％饱和度，再次8000rpm离心20分钟，收集沉淀，用磷酸盐缓冲液溶解，透析去盐，然后冻干，得到活性地龙蛋白；

7)将步骤3)所得的蚯蚓粪进行配置，制备成有机肥料；将步骤5)中含重金属的残渣交到危废中心处理。

对比例1

参照实施例1，与实施例1不同的是，步骤4)中采用如下方法将步骤3)分离后得到的蚯蚓进行干燥：

将步骤3)分离后得到的蚯蚓装入盘中，再放进烘干设备中，调节烘干设备内的温度为45℃，经2小时，取出，粉碎，得到蚯蚓粉；再将得到的蚯蚓粉按照实施例1中步骤5)的方法进行超临界二氧化碳萃取。

对比例2

参照实施例1，与实施例1不同的是，步骤5)中采用如下方法将冻干蚯蚓粉进行超临界二氧化碳萃取：

将冻干蚯蚓粉进行超临界二氧化碳萃取，提取活性地龙蛋白，得到活性地龙蛋白和含重金属的残渣；萃取时，萃取压力为38Mpa，萃取温度为50℃，萃取时间为3h，二氧化碳流量为40m³/h。

对比例3

参照实施例1，与实施例1不同的是，步骤5)中采用如下方法将冻干蚯蚓粉进行超临界二氧化碳萃取：

将冻干蚯蚓粉进行超临界二氧化碳萃取，提取活性地龙蛋白，得到活性地龙蛋白和含重金属的残渣；萃取时，萃取压力为38Mpa，萃取温度为50℃，萃取时间为1h，二氧化碳流量为18m³/h。

对比例4

参照实施例1，与实施例1不同的是，步骤5)中采用如下方法将冻干蚯蚓粉进行超临界二氧化碳萃取：

将冻干蚯蚓粉进行超临界二氧化碳萃取，提取活性地龙蛋白，得到活性地龙蛋白和含重金属的残渣；将整个萃取过程划分为2个阶段，从第一个阶段到第二个阶段，二氧化碳的流量增加，其具体过程包括：

在第一个阶段，二氧化碳的流量为5～7m³/h，持续时间为30～40min；

在第二个阶段，二氧化碳的流量为10～13m³/h，持续时间为1～2h。

对比例5

参照实施例1，与实施例1不同的是，步骤5)中采用如下方法将冻干蚯蚓粉进行超临界二氧化碳萃取：

将冻干蚯蚓粉进行超临界二氧化碳萃取，提取活性地龙蛋白，得到活性地龙蛋白和含重金属的残渣；将整个萃取过程划分为3个阶段，从第一个阶段到第三个阶段，二氧化碳的流量增加，其具体过程包括：

在第一个阶段，二氧化碳的流量为10～13m³/h，持续时间为1～2h；

在第二个阶段，二氧化碳的流量为18～20m³/h，持续时间为1～2h；

在第三个阶段，二氧化碳的流量为40～50m³/h，持续时间为3～4h。

试验例1

本试验例考察了不同超临界二氧化碳萃取工艺对处理过污泥的蚯蚓体内重金属的提取效果的影响。

1、试验材料

污泥取自某市污水处理厂浓缩池，含水率为85.6％，污泥采用离心机脱水，转速为2800r/min。采集污泥存储于4℃冷库备用。选用的蚯蚓为赤子爱胜蚓。

2、测定方法

称取适量蚯蚓粉末于50mL小烧杯中，加浓硝酸20mL，加盖放置过夜后，加5mL高氯酸，在通风橱中加热消解至冒出大量白烟为止(若样品未溶解完全，冷却后再加浓硝酸和高氯酸，加热至消解液变澄清)，冷却后加1mL浓硝酸和少量水，转入100mL定量瓶中，定容后过滤。采用电感耦合等离子发射仪进行测定重金属含量。

3、试验方法

将备用的污泥按照实施例1中步骤1)至步骤4)的方法进行处理得到冻干蚯蚓粉，采用上述测定方法测定冻干蚯蚓粉中重金属的含量(见表1中萃取前)，然后将冻干蚯蚓粉分成5份，每份重量相同，5份分别设为试验组、对照组A、对照组B、对照组C和对照组D，各组分别采用不同的超临界二氧化碳萃取工艺，具体如下：

试验组：实施例1中步骤5)所述的超临界二氧化碳萃取工艺；

对照组A：对照组2中步骤5)所述的超临界二氧化碳萃取工艺；

对照组B：对照组3中步骤5)所述的超临界二氧化碳萃取工艺；

对照组C：对照组4中步骤5)所述的超临界二氧化碳萃取工艺；

对照组5：对照组5中步骤5)所述的超临界二氧化碳萃取工艺。

分别采用上述测定方法测定不同萃取工艺萃取后得到的蚯蚓粉中重金属的含量(见表1)，以考察不同萃取工艺对处理过污泥的蚯蚓体内重金属的提取效果的影响。

4、试验结果

测定结果见表1所示：

表1、处理过污泥的蚯蚓采用不同萃取工艺萃取前后体内重金属含量的试验结果

从上述试验结果可以看出，不分阶段、分两个阶段以及分三个阶段的萃取工艺均不能很好地将处理过污泥的蚯蚓体内的重金属有效地萃取分离出来，而采用本发明的分四个阶段的萃取工艺可以很好地将处理过污泥的蚯蚓体内的重金属萃取分离出来。

试验例2

本试验例对各实施例及对比例步骤5)提取得到的活性地龙蛋白分别进行鉴定测试，以及相关性能测试。具体如下：

1、活性地龙蛋白

活性地龙蛋白含量的测定：利用蛋白质溶液在238nm处的光吸收的强弱，与肽键的多少成正比的原理，采用紫外线吸收法测定蚯蚓多肽含量。具体如下：用标准蛋白质溶液配制一系列50-500mg/mL已知浓度的5.0mL蛋白质溶液，测定238nm的光吸收A238，以A238为纵坐标，蛋白质含量为横坐标，绘制处标准曲线。称取本发明具体实施方式提取的M克蚯蚓蛋白配制成VmL的样品溶液，测定该样品溶液再238nm的光吸收A样品，与标准曲线比对得到样品溶液中蛋白质的浓度c，进而得到样品溶液中蛋白质的质量为m＝c·V。进而计算提取得到的活性地龙蛋白提取物中蛋白质的质量百分含量。

2、活性地龙蛋白中的蚓激酶

蚓激酶的鉴定：取步骤5)中所提取得到的活性地龙蛋白适量，加水制成每1mL中行0.5mg的溶液，按紫外-可见分光光度法(中国药典四部2020年版通则0401)测定，在278nm的波长处有最大吸收。证明提取物中含有蚓激酶。

蚓激酶的蛋白含量测定：取本品约20mg，精密称定，照氮测定法(中国药典四部2020年版通则0704)测定，将结果乘以6.25，即为供试品中蛋白含量，并计算每1mg供试品中的蛋白毫克数。并按照下式计算比活力：

各实施例步骤5)提取得到的蚓激酶和蚯蚓蛋白的测定结果如下表2所示：

表2

	蚯蚓蛋白含量	蚓激酶的蛋白含量	蚓激酶的比活力
				实施例1	10.16％	1.7mg/mg	30515单位
实施例2	10.15％	1.5mg/mg	30510单位
				实施例3	10.12％	1.6mg/mg	30512单位
实施例4	10.14％	1.5mg/mg	30509单位
				实施例5	10.13％	1.4mg/mg	30513单位
对比例1	4.68％	0.5mg/mg	19586单位
				对比例2	5.13％	0.7mg/mg	20513单位
对比例3	4.98％	0.8mg/mg	19893单位
				对比例4	6.23％	1.0mg/mg	28651单位
对比例5	6.76％	1.1mg/mg	28723单位

从上述试验结果可以看出，相对于各对比例，采用本发明方法提取得到的活性地龙蛋白含量较高，且活性地龙蛋白中蚯蚓酶的含量高、比活力强。

Claims (10)

1.一种用生物处理污泥的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)将污泥、有机物与菌剂混合进行发酵，得到发酵后的物料；

2)向发酵后的物料中投放蚯蚓，对物料进行蚯蚓的过腹处理；

3)处理完成后，将蚯蚓和蚯蚓粪进行分离，得到蚯蚓和蚯蚓粪；

4)将步骤3)中分离得到的蚯蚓进行冻干得到冻干蚯蚓粉；

5)将冻干蚯蚓粉进行超临界二氧化碳萃取，分离，得到萃取分离后的蚯蚓粉和含重金属的残渣；

6)向萃取分离后的蚯蚓粉中加入缓冲液，匀浆、静置、离心、透析去盐，得到活性地龙蛋白；

7)将步骤3)所得的蚯蚓粪进行配置，制备成有机肥料；将步骤5)中含重金属的残渣交到危废中心处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)中，进行超临界二氧化碳萃取时，萃取压力为38～40Mpa，萃取温度为50～55℃，将整个萃取过程划分为4个阶段，从第一个阶段到最后一个阶段，二氧化碳的流量依次增加，其具体过程包括：

在第一个阶段，二氧化碳的流量为5～7m³/h，持续时间为30～40min；

在第二个阶段，二氧化碳的流量为10～13m³/h，持续时间为1～2h；

在第三个阶段，二氧化碳的流量为18～20m³/h，持续时间为1～2h；

在第四个阶段，二氧化碳的流量为40～50m³/h，持续时间为3～4h。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中，所述的冻干为将步骤3)中分离后得到的蚯蚓装入盘内，再放至低温真空冷冻干燥箱内，在-35℃至-25℃下干燥处理，经20～28小时，取出，放入冻干机，抽真空，升华，得到冻干蚯蚓粉。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤6)的具体过程为：向萃取分离后的蚯蚓粉中加入4倍量的磷酸盐缓冲液，然后匀浆10分钟，在4℃条件下放置3小时后，8000rpm离心20分钟，取上清液加固体硫酸铵达到30％饱和度，再次离心；弃去沉淀，上清液中加固体硫酸铵至60％饱和度，再次8000rpm离心20分钟，收集沉淀，用磷酸盐缓冲液溶解，透析去盐，然后冻干，得到活性地龙蛋白。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，步骤1)中，发酵后的物料的水分含量为60％～70％，C/N比为35～45；优选，发酵后的物料的水分含量为60％，C/N比为40。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述的发酵按照如下步骤进行：

a)控制发酵装置温度在25～35℃；

b)先将污泥与菌剂投入发酵装置内，混合10～20分钟；再将有机物投入至发酵装置内，继续混合10～20分钟；

c)然后开启供氧系统，在搅拌下向发酵装置内持续供氧1～3小时，得到活化调制后的物料；

d)将活化调制后的物料堆高码垛，用塑料布覆盖密封，自然酵藏焖制后得到发酵后的物料。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤d)中，在酵藏过程中，检测发酵物料的温度，当发酵物料的温度达到70℃时翻垛一次。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述的污泥与有机物的质量之和与所述的菌剂的质量比为1000：1，其中污泥与有机物的质量比为1：1。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的菌剂为酵母菌和乳酸菌的混合菌，其中酵母菌和乳酸菌的质量比为1：(2～4)。

10.根据权利要求7-9任意一项所述的方法，其特征在于，步骤2)中，蚯蚓的投放量为1公斤/平方米，蚯蚓的过腹处理周期为18～22天。