專利名稱：生物污泥中蛋白質(zhì)提取方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種城市污水生物處理過程中所產(chǎn)生的生物污泥中蛋白質(zhì)提取方法，屬于固體廢物處理與資源化領域。
背景技術：
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展與城市化進程的加快，城鎮(zhèn)污水及其污泥數(shù)量快速增加。我國“十一五”規(guī)劃報告中明確指出污水排放化學需氧量減排要在“十五”基礎上減排10%。因此，近年來，我國污水廠數(shù)量得到飛快增加，隨之而來的是大量的生物污泥。生物污泥是以微生物為主體，與污水中懸浮物、膠體物質(zhì)組成的絮狀混合物然，其中含有大量的蛋白質(zhì)資源。文獻報道剩余污泥中粗蛋白質(zhì)含量可達40%以上，因此，其蛋白質(zhì)資源具有較高的利用價值。目前，對于污泥蛋白質(zhì)的用途主要有以下幾類作為動物飼料，作為泡沫滅火器的原料，或制備生物膠粘劑。顯然，這幾種用途中，動物飼料的市場前景更為廣闊。但作為動物飼料有嚴格的飼料標準，特別是對于重金屬砷、鉛、鎘、汞以及鉻等方面有較為嚴格的含量要求。目前文獻報道的污泥蛋白質(zhì)提前方法較多是堿法。該方法有利于污泥的溶胞破壁，釋放出其中的蛋白質(zhì)，但該方法存在的最大問題是存在較為嚴重的美德拉反應，產(chǎn)生較多的副反應，而且提取液顏色黑而粘，不利于蛋白質(zhì)的分離，而且其蛋白質(zhì)質(zhì)量較差。酸法容胞則可以避免美德拉反應，提取液顏色較為清亮，蛋白質(zhì)質(zhì)量較好。但傳統(tǒng)的酸法直接提取法存在重金屬溶出問題，容易使蛋白質(zhì)產(chǎn)品中重金屬離子超標。因此，需要開發(fā)出一種新型生物污泥蛋白質(zhì)提前與分離工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種城鎮(zhèn)污水生物處理過程中生物污泥中蛋白質(zhì)提取于分離工藝，可為污泥的處理與資源化提供技術選擇。本發(fā)明的技術方案如下一種生物污泥中蛋白質(zhì)提取方法，步驟如下I)酸洗脫水的生物污泥加水，然后加入濃鹽酸，使含水率和濃鹽酸含量分別為96%和10%，隨后攪拌30min，再進行離心分離，使污泥含水率為92% ；2)高溫酸溶胞將第一步處理后的污泥放入容器中，然后放入高溫消解裝置中，加熱至120°C后放置2h 8h，然后進行離心處理，得到離心溶液；3)等電點的確定取第二步得到的溶液至少6份，每份10ml，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)一系列PH，室溫下放置12h，隨后進行高速離心分離，并測定的上清液的pH，然后采用Folin 一酚試劑法(Lowry法)測定上清液中蛋白質(zhì)含量，以pH為橫坐標、蛋白質(zhì)濃度為縱坐標作圖，以蛋白質(zhì)濃度最低所對應的pH確定為其等電點pi ；4)等電點結(jié)晶用氫氧化鈉溶液對第二步得到的離心溶液剩余部分進行滴定至第三步確定的等電點pH，析出蛋白質(zhì)固體，放置4h，然后采用離心分離分離蛋白質(zhì)固體，再用95%乙醇對該固體進行攪拌洗滌，洗滌后再次進行離心分離得到蛋白質(zhì)固體；
5)干燥把得到的固體在烘箱中進行干燥，干燥溫度為45°C。具體說明如下蛋白質(zhì)等電點確定取每份IOml的溶胞提取液至少6份，采用氫氧化鈉調(diào)節(jié)一系列不同PH值，pH范圍為固體開始出現(xiàn)至固體開始減少，并放置12h，然后對上述多份式樣進行離心分離，對上清液采用分光光度法在蛋白質(zhì)的特征波長280nm處測定蛋白質(zhì)含量，并測定對應上清液的PH，隨后以pH為橫坐標，蛋白質(zhì)含量為縱坐標作圖，依據(jù)數(shù)據(jù)確定蛋白質(zhì)含量最小時對應的PH即為提取蛋白質(zhì)的等電點。蛋白質(zhì)等電點析出在常溫條件下，依據(jù)實驗確定的蛋白質(zhì)等電點數(shù)據(jù)，采用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的PH至等電點，此時蛋白質(zhì)析出，隨后進行離心分離，得到蛋白質(zhì)固體。隨后采用95%乙醇進行洗滌，并再次離心分離得到蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)固體干燥蛋白質(zhì)為生物資源，其干燥溫度不能太高，否則，蛋白質(zhì)容易變性，使蛋白質(zhì)的利用度大大降低。本工藝中蛋白質(zhì)干燥溫度為45°C。關于水和濃鹽酸的加入方法是“先加入水后再加濃鹽酸”，96%的含水率包括混合體系中所有水分，濃鹽酸的質(zhì)量含量是指約38%的濃鹽酸在混合物中質(zhì)量含量；對于步驟2) “加熱至120°C”是依據(jù)試驗過程中高壓消解設備自身最高溫度來確定的。由于酸法溶胞過程在低溫下較慢，因此溶胞的實驗設備采用了具有一定壓力下可加熱到120°C的設備進行熱法酸溶胞。因此，主要是通過改變加熱時間來調(diào)節(jié)其溶胞效果。等電點的確定過程中需要取部分溶胞液，通過調(diào)節(jié)不同的pH，析出蛋白質(zhì)質(zhì)后獲得不同pH下溶液中剩余蛋白質(zhì)濃度,通過蛋白質(zhì)濃度和pH關系確定蛋白質(zhì)濃度最低所對應的PH作為蛋白質(zhì)的等電點。當然，在確定等電點過程中濾液份數(shù)越多越有利于等電點的準確確定，實驗表明采用6份即可確定出等電點。本研究中等電點的確定只需要一次操作過程即可，其余實驗中等電點均采用該數(shù)據(jù)。等電點結(jié)晶過程中“放置4小時”是研究中最小的放置時間，可以更長。理論上放置時間越長，蛋白質(zhì)固體析出的量應該越多些，但時間太長，不利于操作，則固體的析出量的增加也不明顯，因此太長的放置時間沒有必要。洗滌溶劑用95%乙醇即可，如果用“無水乙醇”其價格要高，而“95%乙醇”是正規(guī)的商品，且相對于無水乙醇價格要低些。本發(fā)明所提供的生物污泥中蛋白質(zhì)提取工藝包括酸洗、離心分離、洗滌、干燥等環(huán)節(jié)。洗滌采用丙酮或乙醇。本發(fā)明提供一種新的生物污泥中蛋白質(zhì)提取與析出方法，其蛋白質(zhì)產(chǎn)品中重金屬含量符合國家飼料標準。該工藝得到的蛋白質(zhì)產(chǎn)品純度可達102% (以牛血清蛋白質(zhì)為標準)。


圖I蛋白質(zhì)提取液等電點確定曲線。圖2實施例I中蛋白質(zhì)產(chǎn)品掃描電鏡照片。圖3蛋白質(zhì)產(chǎn)品的紅外譜圖。圖4蛋白質(zhì)產(chǎn)品的X —射線熒光分析圖譜。
具體實施例方式實施例I.取某污水廠脫水污泥500g (含水率80%)，加入蒸餾水1750g和濃鹽酸250g，隨后在常溫下攪拌30min，并進行離心過濾，濾出濾液至含水率為92 %，然后，把泥放入容器中，再放入高溫消解裝置，在120°C，加熱2h，冷卻后進行離心過濾，得到濾液約450ml，取出濾液60ml (其余濾液放入冰箱中保存)，平均分為6份，各自放入50ml小燒杯中，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)一系列pH，分別為3. 0,4. 2,5. 2,5. 6、6. 0和7. 0，室溫下1放置12h，隨后進行高速離心分離，保留上清液，并測定上述對應上清液的PH，分別為2. 9、3. 6、4. 7、5. 3、5. 6和6. 5，然后采用菲琳一酚法測定上清液中蛋白質(zhì)含量(以牛血清蛋白質(zhì)為標準)，以PH為橫坐標、蛋白質(zhì)濃度為縱坐標作圖(見附圖1)，確定其等電點Pl為5. 3。隨后對剩余濾液，用10%的氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH至5. 3，常溫放置4h，隨后進行離心分離，再用95%乙醇對固體進行洗滌，隨后在進行離心分離，得到的固體放入干燥表面皿中，放入45°C烘箱中進行干燥，干燥后稱重得到淡黃色固體物質(zhì)7. 02g。用菲琳一酚法測定其蛋白質(zhì)的質(zhì)量含量為103.8% (以牛血清白蛋白為監(jiān)測標準)。紅外圖譜如圖3所示。紅外譜圖中3406.31cm-l為蛋白質(zhì)肽鍵中N-H伸縮振動，2967. 15cm-l為C-H鍵的伸縮振動，1656. 65cm_l為蛋白質(zhì)肽鍵中的C=O伸縮振動，酰胺I譜帶，1551. 16cm-l為蛋白質(zhì)肽鍵中一 CONH—中的N-H鍵彎曲振動和C-N鍵伸縮振動引起的，酰胺II譜帶。X—射線熒光分析圖譜如圖4所示。重金屬鉻、鎘、汞以及砷元素均未檢出，鉛(以PbO計)在可監(jiān)測的元素(原子序數(shù)大于11)中質(zhì)量含量為0.02%，因此，該方法提取的蛋白質(zhì)完全符合蛋白質(zhì)飼料的重金屬及砷的質(zhì)量標準。實施例2.與實施例I相同，僅是加熱時間分別為5h和8h，且無需再確定蛋白質(zhì)等電點，得到的濾液直接在實施例I確定的等電點下進行蛋白質(zhì)析出，隨后采用95%乙醇進行洗滌，并進行干燥，得到的固體物質(zhì)分別為14.43g和16.76g。其蛋白質(zhì)含量分別為102. 1%和99. 8%。相應的重金屬鉻、鎘、汞以及砷均未檢出，鉛(以PbO計)質(zhì)量含量分別為0. 02%和
0.03%，符合蛋白質(zhì)飼料對質(zhì)量標準要求。本發(fā)明公開和提出的的生物污泥中蛋白質(zhì)提取方法，是污水生物處理中排水中懸浮粒子濃度測定的一種簡便、快速、準確的測定方法。本領域技術人員可通過借鑒本文內(nèi)容，適當改變污泥懸濁液濃度的制備方法或檢測目標即可實現(xiàn)。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容中。
權利要求
1.一種生物污泥中蛋白質(zhì)提取方法，其特征是步驟如下 1)酸洗脫水的生物污泥加水，然后加入濃鹽酸，使含水率和濃鹽酸含量分別為96%和10%，隨后攪拌30min，再進行離心分離，使污泥含水率為92% ； 2)高溫酸溶胞將第一步處理后的污泥放入容器中，然后放入高溫消解裝置中，加熱至120°C后放置2h 8h,然后進行離心處理,得到離心溶液； 3)等電點的確定取第二步得到的溶液至少6份，每份10ml，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)一系列PH，室溫下放置12h，隨后進行高速離心分離，并測定的上清液的PH，然后采用菲琳一酚法測定上清液中蛋白質(zhì)含量，以PH為橫坐標、蛋白質(zhì)濃度為縱坐標作圖，以蛋白質(zhì)濃度最低所對應的pH確定為其等電點pi ； 4)等電點結(jié)晶用氫氧化鈉溶液對第二步得到的離心溶液剩余部分進行滴定至第三步確定的等電點PH，析出蛋白質(zhì)固體，放置4h，然后采用離心分離分離蛋白質(zhì)固體，再用95%乙醇對該固體進行攪拌洗滌，洗滌后再次進行離心分離得到蛋白質(zhì)固體； 5)干燥把得到的固體在烘箱中進行干燥，干燥溫度為45°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物污泥中蛋白質(zhì)提取方法，主要包括污泥酸洗、高溫酸溶胞、等電點確定、等電點結(jié)晶、有機溶劑洗滌和低溫干燥環(huán)節(jié)。分離得到的蛋白質(zhì)固體呈淡黃色粉末，蛋白質(zhì)采用以牛血清蛋白為標準的紫外分光光度法監(jiān)測的純度可大于99.8％。產(chǎn)品的紅外光譜證明該固體粉末具有顯著的蛋白質(zhì)結(jié)構特征。產(chǎn)品的X－射線熒光分析表明該方法分離得到的蛋白質(zhì)無重金屬汞、鎘、鉻以及有毒元素砷，僅含有少量的鉛，且鉛(以PbO計)質(zhì)量含量小于0.03％，符合蛋白質(zhì)飼料對該指標的要求。本發(fā)明提出的污水生物處理過程中產(chǎn)生的污泥中蛋白質(zhì)的分離與資源化方法，為城市污泥的資源化處理提供一個有益方法。
文檔編號C02F11/00GK102977181SQ20121050179
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權日2012年11月28日
發(fā)明者劉勇, 郭祥 申請人:天津大學