污泥蛋白質提取關鍵技術研究

隨著我國城鎮污水處理規模的不斷擴大，副產物剩余污泥的產量不斷增加，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，可較好的實現污泥資源化、減量化，可為城市污水能源資源開發及氮磷深度控制技術提供有力支撐。

近年來，國內外研究人員對污泥蛋白質提取關鍵技術進行了深入的研究。 如Pervaiz M.（2012）等研究了從造紙廠廢水二次污泥中提取蛋白質及其作為木材膠粘劑的應用， 在最佳堿度條件下使蛋白質溶解到水相中，使用不同的酸性介質蛋白質溶解液進行沉淀回收，優化研究表明，在pH 12 時可以最好地從污泥中獲得胞內物質；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；弗式壓榨和超聲處理組合技術對污泥蛋白(RSP)的總回收率顯著提高。 Xiao KK（2017）等系統地評估不同的污泥分解方法（超聲波、堿性和熱處理），以便實現剩余污泥中蛋白質的溶出。 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 公開了一種蛋白質的生產方法、系統和產品，其將有機固體廢棄物加水調節為10～100 g/L 的混合液；將混合液水解，添加質量百分比0.5%～5%的酶，酶解1～3 h，然后將混合液加熱至55～100 ℃，調節pH 值至10～13，熱堿水解1～3 h，破胞使微生物蛋白質溶出得到第一蛋白質溶出液；將第一蛋白質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，得到蛋白質產品和第二清液。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胞壁破碎，蛋白質得到充分釋放并進一步降解成為小分子肽和氨基酸，便于后續的分離提取；另外還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溶液。 CN201210501795.5 公開了一種生物污泥中蛋白質提取方法，主要包括：污泥酸洗、高溫酸溶胞、等電點確定、等電點結晶、有機溶劑洗滌和低溫干燥環節。分離得到的蛋白質固體呈淡黃色粉末，蛋白質采用以牛血清蛋白為標準的紫外分光光度法監測的純度可大于99.8%。 產品的紅外光譜證明該固體粉末具有顯著的蛋白質結構特征。 產品的X－射線熒光分析表明該方法分離得到的蛋白質無重金屬汞、鎘、鉻以及有毒元素砷，僅含有少量的鉛，且鉛質量含量小于0.03%，符合蛋白質飼料對該指標的要求。 CN201811136640.X 提供了一種降低污泥中提取的蛋白質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合提取鈍化后的污泥中的蛋白質上清液。 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，當pH 為3.5、沉淀溫度為5 ℃、離心轉速為3 000 r/min 和蛋白質質量濃度為6 000 mg/L 時，市政污泥水解液中的蛋白質回收率為87.46%。 宋小莉（2019）等研究酶解技術聯合熱堿方法水解剩余污泥，進而高效溶出蛋白質。結果表明，與酶解技術結合，熱堿水解對剩余污泥蛋白質的溶出有明顯的促進作用。李哲（2019）等研究熱堿解-水解聯合工藝預處理剩余污泥，考察了溫度、pH、反應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。

在當前綠色經濟、循環經濟的指導思想下，如何在安全高效的處理基礎上，將污泥資源化已成為環境科技領域的研究重點。