污泥蛋白質(zhì)提取關(guān)鍵技術(shù)研究

隨著我國城鎮(zhèn)污水處理規(guī)模的不斷擴大，副產(chǎn)物剩余污泥的產(chǎn)量不斷增加，剩余污泥的處理處置已成為污水處理廠面臨的主要問題之一。 一方面，填埋、焚燒、堆肥等傳統(tǒng)污泥處理方法成本較高，處理效果有待改進，處理過程中污泥所含有害成分易對環(huán)境造成二次污染；另一方面，污泥含有豐富的可利用有機物，以蛋白質(zhì)為例，我國污水處理廠剩余污泥中粗蛋白有時高達40%，如能將其回收利用，可較好的實現(xiàn)污泥資源化、減量化，可為城市污水能源資源開發(fā)及氮磷深度控制技術(shù)提供有力支撐。

近年來，國內(nèi)外研究人員對污泥蛋白質(zhì)提取關(guān)鍵技術(shù)進行了深入的研究。 如Pervaiz M.（2012）等研究了從造紙廠廢水二次污泥中提取蛋白質(zhì)及其作為木材膠粘劑的應(yīng)用， 在最佳堿度條件下使蛋白質(zhì)溶解到水相中，使用不同的酸性介質(zhì)蛋白質(zhì)溶解液進行沉淀回收，優(yōu)化研究表明，在pH 12 時可以最好地從污泥中獲得胞內(nèi)物質(zhì)；在所有使用的沉淀劑中，證明硫酸最有效可回收90%的溶出蛋白質(zhì)；弗式壓榨和超聲處理組合技術(shù)對污泥蛋白(RSP)的總回收率顯著提高。 Xiao KK（2017）等系統(tǒng)地評估不同的污泥分解方法（超聲波、堿性和熱處理），以便實現(xiàn)剩余污泥中蛋白質(zhì)的溶出。 與未處理的對照相比，在最佳處理條件下（1 W/ mL 的超聲處理，pH 12 的堿處理和80 ℃的熱處理）， 可溶性蛋白質(zhì)濃度分別增加了11、23 和12倍。 中國專利CN201511004018.X 公開了一種蛋白質(zhì)的生產(chǎn)方法、系統(tǒng)和產(chǎn)品，其將有機固體廢棄物加水調(diào)節(jié)為10～100 g/L 的混合液；將混合液水解，添加質(zhì)量百分比0.5%～5%的酶，酶解1～3 h，然后將混合液加熱至55～100 ℃，調(diào)節(jié)pH 值至10～13，熱堿水解1～3 h，破胞使微生物蛋白質(zhì)溶出得到第一蛋白質(zhì)溶出液；將第一蛋白質(zhì)溶出液進行固液分離，得到第一清液和殘渣；將第一清液沉淀，得到蛋白質(zhì)產(chǎn)品和第二清液。CN201811336704.0 公開了一種剩余污泥中提取微生物蛋白的方法，包括預(yù)處理單元、水解單元、固液分離單元、濃縮單元、樹脂提取單元和收集單元，采用堿性低溫水解方法對污泥進行處理，可直接使得污泥中微生物細(xì)胞壁破碎，蛋白質(zhì)得到充分釋放并進一步降解成為小分子肽和氨基酸，便于后續(xù)的分離提?。涣硗膺€采用大孔陰離子交換樹脂對濾液進一步精制，以得到程度更高的蛋白質(zhì)溶液。 CN201210501795.5 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(biāo)準(zhǔn)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(gòu)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，且鉛質(zhì)量含量小于0.03%，符合蛋白質(zhì)飼料對該指標(biāo)的要求。 CN201811136640.X 提供了一種降低污泥中提取的蛋白質(zhì)上清液中重金屬含量的方法，包括如下步驟：選取海泡石和粉煤灰中的至少一種作為鈍化劑，并加以改性處理；利用改性鈍化劑鈍化污泥中的重金屬；采用超聲波與木瓜蛋白酶聯(lián)合提取鈍化后的污泥中的蛋白質(zhì)上清液。 施正華（2016）等研究采用等電點沉淀法回收市政污泥水解液中的蛋白質(zhì)，當(dāng)pH 為3.5、沉淀溫度為5 ℃、離心轉(zhuǎn)速為3 000 r/min 和蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度為6 000 mg/L 時，市政污泥水解液中的蛋白質(zhì)回收率為87.46%。 宋小莉（2019）等研究酶解技術(shù)聯(lián)合熱堿方法水解剩余污泥，進而高效溶出蛋白質(zhì)。結(jié)果表明，與酶解技術(shù)結(jié)合，熱堿水解對剩余污泥蛋白質(zhì)的溶出有明顯的促進作用。李哲（2019）等研究熱堿解-水解聯(lián)合工藝預(yù)處理剩余污泥，考察了溫度、pH、反應(yīng)時間對剩余污泥熱堿解破胞效果的影響，以確定適宜的熱堿解條件。

在當(dāng)前綠色經(jīng)濟、循環(huán)經(jīng)濟的指導(dǎo)思想下，如何在安全高效的處理基礎(chǔ)上，將污泥資源化已成為環(huán)境科技領(lǐng)域的研究重點。