[發明專利]利用超聲法和酸法組合循環提取脫水剩余污泥中蛋白質及腐殖質的方法

有效

• 申請號: 201410232093.0
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN103992371B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 魏亮亮;秦可娜;趙慶良;姜珺秋;王琨
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C07K1/30
• 分類號: C07K1/30;C07G99/00;C08H99/00
• 代理公司: 哈爾濱市文洋專利代理事務所(普通合伙)23210
• 代理人: 王艷萍

技術領域

本發明涉及從剩余污泥中提取蛋白質及腐殖質的方法，屬于固體廢物處理與資源化領域。

背景技術

市政污泥是污水處理的副產物，主要來源于初沉池、二沉池等工藝環節的運行。隨著我國污水處理事業的蓬勃發展，產生的市政污泥也越來越多，污水處理廠產生的污泥中含有大量的重金屬、病蟲卵、寄生蟲等有害物質，但同時其中亦含有大量的有機物、N、P等營養元素。所以，當前國內外污泥處理處置過程中均提出了穩定化、減量化、資源化、能源化的總體要求。

市政污泥的組成以有機物為主，含有大量的多糖、蛋白質、核酸、油脂及腐殖酸等。需要指出的是，市政污水處理廠產生的剩余污泥中蛋白質含量占到污泥干重的40％～50％，腐殖酸約占污泥干重的30％～40％，若能夠對市政污泥中的蛋白質和腐植酸有效提取，在實現污泥減量化和無害化處置的同時，將實現資源化利用。以往的提取方法多集中在對單一的蛋白質和腐植酸的提取，如，秦曉等在2012年02期的《環境保護科學》上發表的文章《鹽酸法提取污泥中蛋白質過程的研究》公開了一種利用鹽酸提取污泥中蛋白質的方法。李歡等在2009年第49卷12期的清華大學學報(自然科學版)上發表的文章《污水污泥中腐殖酸的提取和利用》公開了一種用堿液中加熱處理污泥從中提取腐殖酸的方法。以上方法只能提取一種物質。不能實現資源的最大化利用，而且提取之后的污泥的可生化性能差。目前尚未有對污泥中蛋白質和腐植酸同步提取報道。

發明內容

本發明是要解決現有污泥資源化方法的僅能從污泥中提取單一物質，不能實現資源的最大化利用、而且可生化性能差的技術問題，而提供利用超聲法和酸法組合循環提取脫水剩余污泥中蛋白質及腐殖質的方法。

本發明的利用超聲法和酸法組合循環提取脫水剩余污泥中蛋白質及腐殖質的方法按以下步驟進行：

一、城鎮污水處理廠的脫水剩余污泥在酸性條件下的超聲破解：將城鎮污水處理廠的脫水剩余污泥用濃度為2mol/L的硫酸調節至pH為1～3，在頻率20KHz，功率密度1～2W/mL的超聲破碎儀中破碎10～30分鐘，然后過100目的篩子，去除篩上的固態顆粒物質，得到溶胞液；

二、靜沉促進蛋白質沉淀：將溶胞液在室溫下靜沉30～60分鐘，以使得破解的蛋白質在酸性條件下沉淀；

三、離心提取蛋白質：將靜沉后的溶胞液在溫度為4～30℃的離心機中以4000～8000轉/分的轉速離心處理5～30分鐘，將離心管中的白色膠體物質與上清液分離，將白色膠體物質在50～60℃下干燥48小時，獲得蛋白質；

四、過濾分離腐殖質：將上清液通過23孔道的多孔陶瓷膜過濾，過濾出來的半固態物質為腐殖質；過濾得到的濾液返回到步驟一用于調節剩余污泥的酸性。

本發明的有益效果包括：

1)采用本發明方法從市政脫水污泥中提取蛋白質和腐植質具有能耗低、費用低、操作方便、時間短暫等特點；在溶液pH為2、超聲功率密度1.5W/mL的運行條件下污泥中蛋白質和腐植質首次提取效率分別為123.9mg/g?VSS和140.2mg/g?VSS。

本發明提取的腐殖質，其主要組成為腐植酸(Humic?acid，HA)和富里酸(fulvic?acid,FA)其中的富里酸(Fulvic)溶于酸、堿中，而腐植酸(Humic?acid，HA)不溶于酸中，在本發明的超聲及硫酸處理條件下，使腐植酸(Humic)在酸性條件下破解進入溶胞液，從而解決了酸性條件下腐植酸難以破解的難題，本發明提取的腐殖質中除腐植酸外，還含有富里酸，提取完全。

2)含酸濾液的反復回用，將使得前一階段未能沉淀和提取的蛋白質和腐殖質在溶胞液中富集，有利于提高后續溶胞液中蛋白質和腐殖酸的含量，不僅有利于蛋白質和腐植質在超聲條件下的破解瀝出，而且能夠實現蛋白質在酸性條件下的沉淀，在實現污泥中有用物質資源化的同時，酸性濾液的回用將降低整個操作的費用；濾液反復使用十次后蛋白質的提取效率為145.8mg/g?VSS，而腐植質的提取效率為118.5mg/g?VSS。

3)相較于單獨采用超聲法及酸化法(硫酸調節pH至2)提取蛋白質時的74.3mg/gVSS和70.61mg/gVSS的蛋白質提取率，酸法聯合超聲法的使用將大幅提升蛋白質的提取效率，且具有協調作用。

4)酸性濾液中部分未能完全沉淀的蛋白質和腐殖質在后續的蛋白質和腐殖質的提取中得到富集并被有效提取，將全面提升蛋白質和腐殖質的提取效率。