申请日2015.03.11
公开(公告)日2015.09.23
IPC分类号C02F11/00; A23K1/16; C02F11/12
摘要
本发明涉及一种管道超声法处理活性污泥提取蛋白质的方法，该方法包括以下步骤：⑴将活性污泥与水输入至电动搅拌浆化罐内，搅拌浆化至均匀后得浆化好的污泥;⑵将管道反应器的进口端经浆液泵与电动搅拌浆化罐相接，其出口端连接主管道，其外壁连接超声波发生器;靠近主管道的管道反应器上设置管道观察窗;主管道上设阀门Ⅰ，并通过阀门Ⅱ连接旁通回路;主管道的末端与厢式过滤机相连;⑶浆化好的污泥泵入管道反应器中;⑷开启超声波发生器进行超声反应得反应好的浆液;⑸打开阀门Ⅰ，反应好的浆液进入厢式过滤机进行液固分离，分别得到含蛋白质的液体和污泥残渣;⑹含蛋白质的液体经分离后，分别得到蛋白浓缩液和清液。本发明成本低廉、易于实施。
摘要附图
权利要求书
1.一种管道超声法处理活性污泥提取蛋白质的方法，包括以下步骤：
⑴将活性污泥通过料斗自动螺旋给料机输入至电动搅拌浆化罐内，同时，以4~8kg：0.5~1.5mL的固液比将温度为12~25℃的水输入至所述电动搅拌浆化罐内，经搅拌浆化1.5~2.5h至均匀后，得到浆化好的污泥;
⑵将管道反应器(1)的进口端经浆液泵(2)与所述电动搅拌浆化罐相接，其出口端连接主管道(3)，其外壁连接超声波发生器(4);靠近所述主管道(3)的所述管道反应器(1)上设置管道观察窗(5);所述主管道(3)上设阀门Ⅰ(6)，并通过阀门Ⅱ(7)连接旁通回路(8);所述主管道(3)的末端与厢式过滤机相连;
⑶所述浆化好的污泥用所述浆液泵(2)泵入所述管道反应器(1)中，并通过所述管道观察窗(5)观察使所述浆化好的污泥均匀地充满所述管道反应器(1)中;
⑷开启所述超声波发生器(4)，使其超声频率为20~60KHz，超声反应10~30min后，得到反应好的浆液;
⑸打开所述阀门Ⅰ(6)，所述反应好的浆液经所述主管道(3)进入所述厢式过滤机进行液固分离，分别得到含蛋白质的液体和污泥残渣;所述污泥残渣排出，作为制作建材的原料;
⑹所述含蛋白质的液体经离心机分离蛋白后，分别得到蛋白浓缩液和清液;所述蛋白浓缩液经蒸煮后用于制备动物饲料;所述清液返回所述电动搅拌浆化罐内循环利用。
2.如权利要求1所述的一种管道超声法处理活性污泥提取蛋白质的方法，其特征在于：所述步骤⑴中的搅拌速率为50~70rpm。
说明书
一种管道超声法处理活性污泥提取蛋白质的方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种管道超声法处理活性污泥提取蛋白质的方法。
背景技术
“十一五”以来，我国的污水处理产业得到了快速发展，污水处理能力及处理率增长迅速，带来了污泥产量的迅速增加。根据住建部资料显示，截止到2009年年底，全国城镇污水处理量达到280亿立方米，湿污泥(含水率80%)产生量突破2000万吨。根据调研结果显示，我国污水处理厂所产生的污泥，有80%没有得到妥善处理，污泥随意堆放及所造成的污染与再污染问题已经凸显出来，并且引起了社会的关注。污泥处理费用提高了污水处理厂的处理成本，部分地区的污泥占用了大量的填埋场容量，增加了地方的环境管理难度。
目前污泥预处理方法有很多, 主要分为物理法超声波预处理、高压喷射法、高温预处理方法等、化学法臭氧预处理、碱解预处理等等。由于超声波技术具有无污染、能量密度高、分解污泥速度快等特点，在污泥处理领域引起人们越来越多的关注。高强度的超声波能破坏菌胶团及污泥微生物的细胞壁结构，使固态有机污泥及胞内物质转变为溶解性有机物，提高了污泥的可生化性。由于污泥是由大量的微生物、细菌等组成，这些生物体细胞内含有大量的蛋白质，约占细胞干质量30%~60%，因此从活性污泥中提取蛋白质较其他污泥处理方法是一种有效的污泥资源化利用途径，符合循环经济发展理念。
目前，针对超声波提取蛋白质技术虽已有大量研究，但由于超声波在污泥中的衰减问题，从活性污泥中提取蛋白质的工程应用却不多见。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低廉、易于实施的管道超声法处理活性污泥提取蛋白质的方法。
为解决上述问题，本发明所述的一种管道超声法处理活性污泥提取蛋白质的方法，包括以下步骤：
⑴将活性污泥通过料斗自动螺旋给料机输入至电动搅拌浆化罐内，同时，以4~8kg：0.5~1.5mL的固液比将温度为12~25℃的水输入至所述电动搅拌浆化罐内，经搅拌浆化1.5~2.5h至均匀后，得到浆化好的污泥;
⑵将管道反应器的进口端经浆液泵与所述电动搅拌浆化罐相接，其出口端连接主管道，其外壁连接超声波发生器;靠近所述主管道的所述管道反应器上设置管道观察窗;所述主管道上设阀门Ⅰ，并通过阀门Ⅱ连接旁通回路;所述主管道的末端与厢式过滤机相连;
⑶所述浆化好的污泥用所述浆液泵泵入所述管道反应器中，并通过所述管道观察窗观察使所述浆化好的污泥均匀地充满所述管道反应器中;
⑷开启所述超声波发生器，使其超声频率为20~60KHz，超声反应10~30min后，得到反应好的浆液;
⑸打开所述阀门Ⅰ，所述反应好的浆液经所述主管道进入所述厢式过滤机进行液固分离，分别得到含蛋白质的液体和污泥残渣;所述污泥残渣排出，作为制作建材的原料;
⑹所述含蛋白质的液体经离心机分离蛋白后，分别得到蛋白浓缩液和清液;所述蛋白浓缩液经蒸煮后用于制备动物饲料;所述清液返回所述电动搅拌浆化罐内循环利用。
所述步骤⑴中的搅拌速率为50~70rpm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明应用管道反应原理，将超声波引入管道中，通过控制污泥粘性、超声波频率、强度，使污泥中生物体细胞破裂达到回收污泥中蛋白质的作用。
2、经对本发明方法提取的污泥生物蛋白进行测试发现：污泥蛋白质中氨基酸含量较高(参见表1)，种类很多，几乎包含所有人体和动物生长所需要的必需氨基酸(赖氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸)，且含量很高，为所检测蛋白干重的21.52%，约占所有检氨基酸总量的50%。另外，还检测出8种非必需氨基酸，总量约占所检测蛋白干重的 20.71%，占所检出氨基酸总量的 50%左右。
在检出的l5种氨基酸中，含量较多的为甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸的，与常用蛋白质饲料相比(参见表2)，污泥蛋白质中粗蛋白质含量(81.85%)均高于玉米蛋白粉、豆粕、羽毛粉中的粗蛋白质含量，且与血粉中粗蛋白质含量差别不大。除脯氨酸和胱氨酸外，常见的蛋白质饲料中所含的氨基酸种类在污泥蛋白质中均可检测到，且必需氨基酸含量高于玉米蛋白粉和豆粕，氨基酸总量均高于表2中所列的常用蛋白质饲料。
表1 污泥提取蛋白质饲料中氨基酸含量
表2 常用蛋白质饲料中粗蛋白质和氨基酸含量
因此，将本发明方法提取的污泥生物蛋白应用于动物蛋白饲料的补给，增加了生物蛋白饲料的来源，可有效缓解养殖业蛋白饲料供给不足的问题。
3、经对本发明方法提取的污泥生物蛋白质沉淀物中的重金属进行测试发现：蛋白质沉淀物中Cd未能检出，其他重金属含量也很低，每千克沉淀物中仅含约1~1.5 mg的Cu和Ph(参见表3)。Zn的含量相对较高，每千克沉淀物含有18.47。与污泥中的重金属含量相比，污泥蛋白质中的重金属大大减少，Cu、Pb的去除率可达99%以上，Zn的去除率也能达到93%以上，而Cd在污泥和制得的蛋白质沉淀物中均未检出。Pb和Cd属于生物毒性显著的元素，是污染饲料的主要重金属元素。Cu和Zn则为动物生长所必需的元素，日粮中适量增加Zn和Cu还可减少动物对Pb、Cd的吸收、贮留及毒性作用。实际生产中，Zn和Cu常被超量添加，添加量分别超过正常量的10~30倍和15~200倍，但是添加量过大会造成饲料的重金属污染。表3干燥沉淀物中的重金属含量与 GB13078-2001中相关规定比较，蛋白质沉淀物中的Pb和Cd含量均符合国家饲料添加剂标准。沉淀物中Zn的含量均未超过NY 929-2005的规定 (≤ 250 mg/kg)，可见该蛋白质沉淀物中Zn的含量也符合饲料安全标准。目前，暂时没有具体标准对饲料中Cu的含量做出规定，但是实际生产发现，Cu含量在饲料中超过一定比例也会对动物产生不良影响，如导致猪胃溃疡、穿孔等，含量应以125~200 mg/kg为宜，而测试结果分析中蛋白质沉淀物中Cu的含量小于2 mg/kg，因此作为饲料添加剂不会对动物产生毒害作用。
表3 污泥蛋白质中的重金属含量
注：“-”表示未检出。
4、本发明成本低廉、易于实施，不但实现了活性污泥的资源化和无害化，有效解决了污泥的环境污染问题，而且除可降低废水处理费用的65%外，还可创造一定的经济效益，同时具有一定的社会效益。
