一種從污泥中提取蛋白質(zhì)回收利用的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于剩余污泥處理處置及回收資源領(lǐng)域，具體涉及一種用超聲法破碎消化污泥提取蛋白質(zhì)用于氮肥或者含氮飼料來源的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]城市污水廠每年產(chǎn)生大量的剩余污泥，為污水處理的副產(chǎn)物。污泥含有大量的有機(jī)質(zhì)、氮、磷和其他各種無機(jī)污染物(如重金屬等)。若處理處置不當(dāng)，有可能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染，包括土地占用，產(chǎn)生有害氣體等。厭氧消化或高溫好氧發(fā)酵是《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策》中鼓勵(lì)處理污泥的方法，其可以回收甲烷或者最大程度的減小污泥體積，是目前常用的處理處置法。
[0003]上述處理過程主要消耗的是污泥中的有機(jī)質(zhì)，特別是碳水化合物類和容易利用的有機(jī)酸類。發(fā)酵消化后的污泥總氮比例將提高5-25%，大部分為蛋白質(zhì)和氨基酸類物質(zhì)。所以，提取污泥蛋白質(zhì)，并加以沉淀和純化，使得污泥可以作為氮肥的來源，解決廢物利用及資源回收的問題。
[0004]目前從污泥中提取蛋白質(zhì)研究主要集中在剩余污泥中，較少提取已經(jīng)消化或者發(fā)酵的污泥。提取的方法有物理法、化學(xué)法、生物法。物理法包括高溫釋放、高壓破碎、液氮冷卻、微波消解等?；瘜W(xué)法有利用酸、堿或強(qiáng)氧化劑等。生物法則是通過添加酶等，使得污泥細(xì)胞壁破裂，釋放胞內(nèi)的物質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是將超聲法與蛋白質(zhì)沉淀純化相結(jié)合，將生物處理后的污泥破碎，提取污泥中蛋白質(zhì)，去除核酸、鹽類等其他雜質(zhì)，作為氮肥、含氮飼料等蛋白質(zhì)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)固體從活性污泥體內(nèi)的分離。
[0006]—種從污泥中提取蛋白質(zhì)回收利用的方法，其特征在于:
[0007]污水處理廠剩余污泥消化后，含水率控制在90% -98%，存放至儲(chǔ)泥罐內(nèi)；由污泥栗將儲(chǔ)泥罐內(nèi)的污泥注入超聲破碎裝置。超聲作用時(shí)間為5-30分鐘，能量不小于5000kJ/kg TS ;
[0008]污泥超聲后，乙醇加入蛋白沉淀反應(yīng)槽中與超聲后污泥混合，反應(yīng)30分鐘至12小時(shí)，乙醇與超聲后污泥的體積比為10:1-1:1 ;
[0009]反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行固液分離得到上清液和沉淀，上清液能再次回流使用，或者作為污水脫氮除磷的外碳源；
[0010]沉淀洗滌后，再次進(jìn)行固液分離；分離后干燥得到蛋白質(zhì)。
[0011]更具體的技術(shù)方案和步驟如下:
[0012]污水處理廠剩余污泥消化后，含水率控制在90%~98%,存放至儲(chǔ)泥罐I內(nèi)。由污泥栗2將污泥儲(chǔ)存罐內(nèi)的污泥注入超聲破碎裝置3。超聲器可以采用且不限于探頭式或槽式。超聲作用時(shí)間為5-30分鐘，能量不小于5000kJ/kg TS0取得微生物細(xì)胞破碎液后，加藥栗5將加藥乙醇罐6中的乙醇加入蛋白沉淀反應(yīng)槽4中與細(xì)胞破碎液混合。反應(yīng)的時(shí)間為30分鐘至12小時(shí)，乙醇與超聲后污泥的體積比為10:1-1:1。固液混合由分離裝置7進(jìn)行分離，上清液回流至加藥乙醇罐/乙醇回收罐中，主要成分為乙醇，可以繼續(xù)使用，或者作為污水脫氮除磷的外碳源投加至污水處理的主流程區(qū)。洗滌沉淀后，采用分離裝置再次進(jìn)行固液分離，離心機(jī)、沉淀池等可成為分離裝置的方式之一。分離后的固體成分，即提取后純化的蛋白質(zhì)，由蛋白干燥系統(tǒng)8進(jìn)行干燥。干燥的形式可以為風(fēng)干、烘干、冷凍干燥等。
[0013]其中，可以將蛋白沉淀反應(yīng)槽、分離裝置和蛋白干燥系統(tǒng)合并成一個(gè)集成系統(tǒng)，間歇運(yùn)行。集成后，先加藥反應(yīng)，然后沉淀排出上清液，經(jīng)自然風(fēng)干收集成品的蛋白質(zhì)肥料。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0015]1、污泥提取采用原位處理方式，簡(jiǎn)單易行，不需要酸堿等化學(xué)物質(zhì)，不會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)產(chǎn)生較大性質(zhì)的改變。
[0016]2、且使用的是對(duì)人體無較大副作用的乙醇。離心分離后的上清液主要成分仍為乙醇，可以繼續(xù)作為污水處理廠生物脫氮除磷過程中碳源的補(bǔ)充。
[0017]3、提取后純化效果好，核酸、其他鹽類的含量少。
【附圖說明】
[0018]圖1污泥提取分離與純化蛋白質(zhì)方法示意圖
[0019](I)儲(chǔ)泥罐，⑵污泥栗，(3)超聲破碎裝置，(4)蛋白沉淀反應(yīng)槽，(5)加藥栗，(6)加藥乙醇罐/乙醇回收罐，(7)分離裝置，(8)蛋白干燥系統(tǒng)
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明提供一種通過超聲破碎污泥，然后用乙醇沉淀法提取污泥中蛋白質(zhì)進(jìn)行回收利用的方法，目的在于妥善管理污泥的處理處置，在不危害人體健康的同時(shí)，對(duì)污泥再利用。
[0021 ] 將污水處理廠儲(chǔ)泥罐內(nèi)貯存含水率90 % -98 %的厭氧消化污泥由污泥栗注入超聲破碎裝置。采用且不限于探頭式或槽式超聲破碎器，作用時(shí)間為5-30分鐘，能量不小于5000kJ/kg TS0去除固體雜質(zhì)，取得微生物細(xì)胞破碎液后，加藥乙醇罐中的乙醇由加藥栗注入至蛋白沉淀反應(yīng)槽中與細(xì)胞破碎液混合。反應(yīng)的時(shí)間為30分鐘至12小時(shí)，乙醇與超聲后污泥混合液的體積比為10:1-1:1。固液混合由分離裝置進(jìn)行分離，上清液回流至加藥乙醇罐/乙醇回收罐中，主要成分為乙醇，可以繼續(xù)使用，或者作為污水脫氮除磷的外碳源投加至污水處理的主流程區(qū)。在分離裝置中，用加藥栗注入乙醇洗滌固體沉淀。離心機(jī)、沉淀池等可成為分離裝置的方式之一。分離后的固體成分，即提取后純化的蛋白質(zhì)，由蛋白干燥系統(tǒng)進(jìn)行干燥。干燥的形式可以為風(fēng)干、烘干、冷凍干燥等。
[0022]其中，可以將蛋白沉淀反應(yīng)槽、分離裝置和蛋白干燥系統(tǒng)合并成一個(gè)集成系統(tǒng)，間歇運(yùn)行。集成后，先加藥反應(yīng)，然后沉淀排出上清液，經(jīng)自然風(fēng)干收集成品的蛋白質(zhì)肥料。
[0023]實(shí)施例1
[0024]試驗(yàn)污泥取自實(shí)驗(yàn)室半連續(xù)攪拌厭氧單相中溫消化反應(yīng)器。處理污泥來源為北京工業(yè)大學(xué)SBR短程硝化反硝化中試裝置，污泥總固體含量為25779±995mg/L，揮發(fā)性固體含量為18632±253mg/L，處理污泥的pH為7.1-7.5。半連續(xù)攪拌厭氧單相中溫消化反應(yīng)器工藝裝置的運(yùn)行條件為:水力停留時(shí)間32天，固體平均停留時(shí)間32天，反應(yīng)器體積3.2L,溫度35±1°C，pH = 7.0±1.00每天排出厭氧消化污泥及投加新鮮污泥一次，投加碳酸氫鈉，保持反應(yīng)器堿度。
[0025]污泥中溫厭氧消化后，取0.5L污泥混合液，總固體含量20726mg/L，揮發(fā)性固體含量為12766mg/L0采用超聲破碎儀(美國(guó)SONICS，VCX500)，振幅50%，超聲時(shí)間20分鐘。超聲結(jié)束時(shí)，記錄儀器所顯示的能量值為62434J，即單位質(zhì)量消耗的能量為6026kJ/kg TS0
[0026]超聲后的混合液以離心力5000g離心5分鐘，去除懸浮固體。將IL工業(yè)乙醇注入離心后上清液中，每隔I小時(shí)以速度150rpm攪拌2分鐘，反應(yīng)時(shí)間4小時(shí)。蛋白沉淀反應(yīng)結(jié)束后，分離裝置選擇離心機(jī)，以離心力5000g再次離心5分鐘，得到的固體在105°C烘干2小時(shí)。
[0027]實(shí)例回收的蛋白質(zhì)量為0.5752g。將成品用蒸餾水溶解后，采用微量紫外分光光度計(jì)(NanodroplOOO) A260/A280 = 0.67，表示蛋白質(zhì)中含 DNA 和 RNA 少。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種從污泥中提取蛋白質(zhì)回收利用的方法，其特征在于: 污水處理廠剩余污泥消化后，含水率控制在90%-98%，存放至儲(chǔ)泥罐內(nèi)；由污泥栗將儲(chǔ)泥罐內(nèi)的污泥注入超聲破碎裝置。超聲作用時(shí)間為5-30分鐘，能量不小于5000kJ/kg TS ；污泥超聲后，乙醇加入蛋白沉淀反應(yīng)槽中與超聲后污泥混合，反應(yīng)30分鐘至12小時(shí)，乙醇與超聲后污泥的體積比為10:1-1:1 ; 反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行固液分離得到上清液和沉淀，上清液能再次回流使用，或者作為污水脫氮除磷的外碳源； 沉淀洗滌后，再次進(jìn)行固液分離；分離后干燥得到蛋白質(zhì)。
【專利摘要】一種從污泥中提取蛋白質(zhì)回收利用的方法屬于剩余污泥處理處置及回收資源領(lǐng)域，具體涉及一種用超聲法破碎消化污泥提取蛋白質(zhì)用于氮肥或者含氮飼料來源的方法。本發(fā)明采用超聲能量大于5000kJ/kg？TS的超聲破碎污泥，通過乙醇沉淀污泥破碎液中的蛋白質(zhì)，反應(yīng)的時(shí)間為30分鐘至12小時(shí)，乙醇與超聲后污泥的體積比為10:1-1:1。分離沉淀后的蛋白質(zhì)干燥后回收利用。溶劑乙醇也可再次使用或做為污水廠脫氮除磷補(bǔ)充碳源。
【IPC分類】C07K1/14, C02F11/00
【公開號(hào)】CN105016590
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510410009
【發(fā)明人】李夕耀, 彭永臻, 何岳蘭, 包鵬
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2015年7月13日