污泥蛋白质提取关键技术研究

随着我国城镇污水处理规模的不断扩大，副产物剩余污泥的产量不断增加，剩余污泥的处理处置已成为污水处理厂面临的主要问题之一。 一方面，填埋、焚烧、堆肥等传统污泥处理方法成本较高，处理效果有待改进，处理过程中污泥所含有害成分易对环境造成二次污染；另一方面，污泥含有丰富的可利用有机物，以蛋白质为例，我国污水处理厂剩余污泥中粗蛋白有时高达40%，如能将其回收利用，可较好的实现污泥资源化、减量化，可为城市污水能源资源开发及氮磷深度控制技术提供有力支撑。

近年来，国内外研究人员对污泥蛋白质提取关键技术进行了深入的研究。 如Pervaiz M.（2012）等研究了从造纸厂废水二次污泥中提取蛋白质及其作为木材胶粘剂的应用， 在最佳碱度条件下使蛋白质溶解到水相中，使用不同的酸性介质蛋白质溶解液进行沉淀回收，优化研究表明，在pH 12 时可以最好地从污泥中获得胞内物质；在所有使用的沉淀剂中，证明硫酸最有效可回收90%的溶出蛋白质；弗式压榨和超声处理组合技术对污泥蛋白(RSP)的总回收率显着提高。 Xiao KK（2017）等系统地评估不同的污泥分解方法（超声波、碱性和热处理），以便实现剩余污泥中蛋白质的溶出。 与未处理的对照相比，在最佳处理条件下（1 W/ mL 的超声处理，pH 12 的碱处理和80 ℃的热处理）， 可溶性蛋白质浓度分别增加了11、23 和12倍。 中国专利CN201511004018.X 公开了一种蛋白质的生产方法、系统和产品，其将有机固体废弃物加水调节为10～100 g/L 的混合液；将混合液水解，添加质量百分比0.5%～5%的酶，酶解1～3 h，然后将混合液加热至55～100 ℃，调节pH 值至10～13，热碱水解1～3 h，破胞使微生物蛋白质溶出得到第一蛋白质溶出液；将第一蛋白质溶出液进行固液分离，得到第一清液和残渣；将第一清液沉淀，得到蛋白质产品和第二清液。CN201811336704.0 公开了一种剩余污泥中提取微生物蛋白的方法，包括预处理单元、水解单元、固液分离单元、浓缩单元、树脂提取单元和收集单元，采用碱性低温水解方法对污泥进行处理，可直接使得污泥中微生物细胞壁破碎，蛋白质得到充分释放并进一步降解成为小分子肽和氨基酸，便于后续的分离提取；另外还采用大孔阴离子交换树脂对滤液进一步精制，以得到程度更高的蛋白质溶液。 CN201210501795.5 公开了一种生物污泥中蛋白质提取方法，主要包括：污泥酸洗、高温酸溶胞、等电点确定、等电点结晶、有机溶剂洗涤和低温干燥环节。分离得到的蛋白质固体呈淡黄色粉末，蛋白质采用以牛血清蛋白为标准的紫外分光光度法监测的纯度可大于99.8%。 产品的红外光谱证明该固体粉末具有显著的蛋白质结构特征。 产品的X－射线荧光分析表明该方法分离得到的蛋白质无重金属汞、镉、铬以及有毒元素砷，仅含有少量的铅，且铅质量含量小于0.03%，符合蛋白质饲料对该指标的要求。 CN201811136640.X 提供了一种降低污泥中提取的蛋白质上清液中重金属含量的方法，包括如下步骤：选取海泡石和粉煤灰中的至少一种作为钝化剂，并加以改性处理；利用改性钝化剂钝化污泥中的重金属；采用超声波与木瓜蛋白酶联合提取钝化后的污泥中的蛋白质上清液。 施正华（2016）等研究采用等电点沉淀法回收市政污泥水解液中的蛋白质，当pH 为3.5、沉淀温度为5 ℃、离心转速为3 000 r/min 和蛋白质质量浓度为6 000 mg/L 时，市政污泥水解液中的蛋白质回收率为87.46%。 宋小莉（2019）等研究酶解技术联合热碱方法水解剩余污泥，进而高效溶出蛋白质。结果表明，与酶解技术结合，热碱水解对剩余污泥蛋白质的溶出有明显的促进作用。李哲（2019）等研究热碱解-水解联合工艺预处理剩余污泥，考察了温度、pH、反应时间对剩余污泥热碱解破胞效果的影响，以确定适宜的热碱解条件。

在当前绿色经济、循环经济的指导思想下，如何在安全高效的处理基础上，将污泥资源化已成为环境科技领域的研究重点。