一种脱水污泥温和水解提取混合氨基酸的方法
阅读说明：本技术 一种脱水污泥温和水解提取混合氨基酸的方法 (Method for extracting mixed amino acid by mild hydrolysis of dewatered sludge ) 是由 田甘沛 边博 张利民 胡修韧 于 2019-09-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种脱水污泥温和水解提取混合氨基酸的方法,温和水解包括低温热碱协同酶处理脱水污泥以获取高品质氨基酸。主要包括：利用氢氧化钠水解污泥,释放蛋白,同时加以低温辅热,节约成本且提高蛋白提取率；对获取的蛋白液进行酶处理,提取高品质混合氨基酸。本发明利用温和方法处理废弃污泥以提取氨基酸,保证了氨基酸的完整度及丰富度,同时废弃污泥代替高蛋白原料提取混合氨基酸,实现污泥减量及资源化,对解决高品质氨基酸资源短缺和环境保护具有显著的意义。(The invention discloses a method for extracting mixed amino acid from dewatered sludge by mild hydrolysis, wherein the mild hydrolysis comprises the step of treating the dewatered sludge by low-temperature thermokalite in cooperation with enzyme to obtain high-quality amino acid. The method mainly comprises the following steps: the sludge is hydrolyzed by using the sodium hydroxide, the protein is released, and meanwhile, the low-temperature auxiliary heating is carried out, so that the cost is saved and the protein extraction rate is improved; and performing enzyme treatment on the obtained protein solution to extract high-quality mixed amino acid. The invention utilizes a mild method to treat the waste sludge to extract amino acid, ensures the integrity and the abundance of the amino acid, simultaneously replaces high-protein raw materials with the waste sludge to extract mixed amino acid, realizes sludge reduction and resource utilization, and has obvious significance for solving the shortage of high-quality amino acid resources and protecting the environment.)
技术领域
本发明属于污泥处理技术，特别是固废资源化利用方法，具体是一种脱水污泥温和水解提取混合氨基酸方法。
背景技术
生活污水处理厂污泥产生量大，具有含水率高、总量大、且污泥中蛋白含量多且营养价值高等特点。在对污泥处理处置的同时，实现污泥资源化是污泥处理新方向。
从污泥资源化的角度，用最少的能耗，在系统中实现对污泥中有机质的提取，是解决生活污水污泥的有效途径；而提取出的有机质可以进行进一步的处理，实现高附加值利用能够大幅提升其经济效益。近年来，污泥被用作农业肥料和土壤改良材料。污泥中所含的营养成分往往较全肥低。低矿化率要求高施用量才能满足作物对氮、磷的完全需求。污泥中存在的持久性有机污染物和重金属可能会导致改良后的土壤中持久性有机污染物和重金属的积累，这引起了人们对污泥在农业用地上应用的极大关注。以氨基酸料为基础，配以其他辅料的新型肥料，如微量元素氨基酸螯合物能够有效避免这一问题。而生活污水污泥有机质可以作为氨基酸的优质来源。
现有的污泥提取氨基酸技术，由于大多采用高温高压及强碱强酸处理，对氨基酸的结构及性能有很大程度的破坏，急需一种的新型处理方法达到保证氨基酸品质的效果。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的处理成本高、提取氨基酸结构差，种类少等问题，本申请提供了一种脱水污泥温和水解提取氨基酸的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种脱水污泥温和水解提取混合氨基酸的方法，包括如下步骤：
（1）收集生活污水处理厂机械脱水处理后的脱水污泥；
（2）将收集的脱水污泥与水混合，投入反应罐中，连续搅拌并调节pH至6.5~7.5，且设置与反应罐连接的气体收集罐收集反应溢出气体；
（3）向步骤（2）所述反应罐提供外加热源，向反应罐中投入氢氧化钠，搅拌状态下保持污泥在85℃~90℃下进行水解4~6h；
（4）将步骤（3）中反应结束得到得污泥混合液泵送至离心过滤机，离心分离得到蛋白水解液；
（5）将步骤（4）所得蛋白水解液泵送至酶处理反应器中，连续搅拌并调节pH至9.5~10.5，且设置与酶处理反应器连接的气体收集罐收集反应溢出气体；
（6）待步骤（5）中蛋白水解液温度下降至50℃~60℃，向步骤（5）所述酶处理反应器提供外加热源，保持酶处理反应器内温度为50℃~60℃，预热20~30 min；
（7）预热结束后，向步骤（6）所述酶处理反应器中投入碱性蛋白酶，搅拌状态下保持在50℃~60℃下进行蛋白质水解6~8h，反应完成后即得。
具体地，步骤（1）中，所述脱水污泥的含水率为75~85 wt%。
优选地，步骤（2）中，所述脱水污泥与水的混合质量比为1:4~1:6。
优选地，步骤（3）中，所述的氢氧化钠投入量为12~15g/kg脱水污泥。
优选地，步骤（4）中，所述离心分离的转速为3500~4000r/min。
优选地，所述的碱性蛋白酶为地衣芽孢杆菌蛋白酶，是一种丝氨酸型的内切蛋白酶，能水解蛋白质分子肽链生成多肽或氨基酸，具有较强的分解蛋白质的能力，酶活力为200U/mg，投入量为10~15g/L蛋白水解液。
优选地，步骤（2）、步骤（3）、步骤（5）、步骤（7）中，所述搅拌的转速为120~180r/min。
优选地，步骤（3）和步骤（6）中，所述的外加热源为电加热、蒸汽加热、导热油或工厂余热。
本申请一个提取氨基酸处理周期的时间范围在20小时以内。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）使用本发明提供的方法提取脱水污泥混合氨基酸，氨基酸含量高，其提取量可达8g/100g干污泥以上。
（2）本发明采用低温热碱协同酶处理，氨基酸不发生消旋现象，有效减少对氨基酸的破坏，利于制备微量元素氨基酸螯合物等后续高附加值利用。
（3）采用本发明提供的方法利用温和方法处理能够保证氨基酸种类丰富，提取混合氨基酸液体中含有17种氨基酸，其中包括了7种必需氨基酸和10种非必需氧基酸。
（4）使用本发明提供的方法利用温和水解提取污泥混合氨基酸能够有效降低能耗，且具有操作简单、投资和运行费用低、适应面广等优点，经济效益、环境效益和社会效益良好。
附图说明
下面结合附图和
具体实施方式
对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为实施例1中第3个批次样品的非必需氨基酸种类及提取量。
图2为实施例1中第3个批次样品的必需氨基酸种类及提取量。
图3为实施例1中6个批次样品的混合氨基酸提取量。
图4为实施例2中6个批次样品的混合氨基酸提取量。
图5为实施例3中6个批次样品的混合氨基酸提取量。
图6为对比例1中第3个批次样品的非必需氨基酸种类及提取量。
图7为对比例1中第3个批次样品的必需氨基酸种类及提取量。
具体实施方式
下面将对本发明做详细描述，使本发明的目的、技术优点更加清楚，更好理解本发明。
实施例1
（1）收集生活污水处理厂机械脱水处理后的脱水污泥，含水率为79.5wt%。
（2）按1:4的泥水质量比将步骤（1）收集的脱水污泥与水混合，填入反应罐中，按150r/min连续搅拌并调节pH至7.0，且设置与反应罐连接的气体收集罐收集反应溢出气体。
（3）向步骤（2）所述反应罐提供外加热源，向反应罐中投入氢氧化钠，投入量为12g/kg脱水污泥。保持污泥在90℃下进行水解5h，保持搅拌速度150r/min。
（4）将步骤（3）中反应结束的污泥混合液泵送至离心过滤机，以3600r/min离心分离25min，得到蛋白水解液。
（5）将步骤（4）所得蛋白水解液泵送至酶处理反应器中，按150r/min连续搅拌并调节pH至10，且设置与酶处理反应器连接的气体收集罐收集反应溢出气体。
（6）待水解液温度下降至55℃，向步骤（5）所述酶处理反应器提供外加热源，保持酶处理反应器内温度55℃，预热20 min。
（7）向步骤（6）所述酶处理反应器中投入地衣芽孢杆菌蛋白酶，投入量为15g/L蛋白水解液。保持反应罐温度在55℃下进行蛋白质水解8h，保持搅拌速度150rr/min。反应完成后，收集混合氨基酸液体。
混合氨基酸提取量由100g干污泥中氨基酸重量计算。实验进行6个批次的混合氨基酸提取，实验中测得混合氨基酸提取量均达8.02g/100g干污泥以上，如图3所示。随机抽取第3批次样品，采用柱前衍生反相高效液相色谱方法检测样品中的氨基酸种类，共检测到17种氨基酸，均是L-氨基酸，没有发生消旋现象，其中包括了7种必需氨基酸和10种非必需氧基酸，如图1和2所示。
实施例2
（1）收集生活污水处理厂机械脱水处理后的脱水污泥，含水率为80.2wt%。
（2）按1:5的泥水质量比将步骤（1）收集的脱水污泥与水混合，填入反应罐中，按160r/min连续搅拌并调节pH至7.5，且设置与反应罐连接的气体收集罐收集反应溢出气体。
（3） 向步骤（2）所述反应罐提供外加热源，向反应罐中投入氢氧化钠，投入量为14g/kg脱水污泥。保持污泥在85℃下进行水解6h，保持搅拌速度180r/min。
（4）将步骤（3）中反应结束的污泥混合液泵送至离心过滤机，以3500r/min离心分离30min，得到蛋白水解液。
（5）将步骤是（4）所得蛋白水解液泵送至酶处理反应器中，按160r/min连续搅拌并调节pH至10.5，且设置与酶处理反应器连接的气体收集罐收集反应溢出气体。
（6）待水解液温度下降至50℃，向步骤（5）所述酶处理反应器提供外加热源，保持酶处理反应器内温度50℃，预热20 min。
（7）向步骤（6）所述酶处理反应器中投入地衣芽孢杆菌蛋白酶，投入量为10g/L蛋白水解液。保持酶处理反应器温度在50℃下进行蛋白质水解7h，保持搅拌速度160r/min。反应完成后，收集混合氨基酸液体。
实验进行6个批次的混合氨基酸提取，实验中测得混合氨基酸提取量均达8.20g/100g干污泥以上。随机抽取第3批次样品，共检测到17种氨基酸，均是L-氨基酸，没有发生消旋现象，其中包括了7种必需氨基酸和10种非必需氧基酸。
实施例3
（1）收集生活污水处理厂机械脱水处理后的脱水污泥，含水率为82.5 wt%。
（2）按1:5.5的泥水质量比将步骤（1）收集的脱水污泥与水混合，填入反应罐中，按120r/min连续搅拌并调节pH至6.5，且设置与反应罐连接的气体收集罐收集反应溢出气体。
（3） 向步骤（2）所述反应罐提供外加热源，向反应罐中投入氢氧化钠，投入量为15g/kg脱水污泥。保持污泥在88℃下进行水解6h，保持搅拌速度120r/min。
（4）将步骤（3）中反应结束的污泥混合液泵送至离心过滤机，以4000r/min离心分离25min，得到蛋白水解液。
（5）将步骤是（4）所得蛋白水解液泵送至酶处理反应器中，按170r/min连续搅拌并调节pH至9.5，且设置与酶处理反应器连接的气体收集罐收集反应溢出气体。
（6）待水解液温度下降至60℃，向步骤（5）所述酶处理反应器提供外加热源，保持酶处理反应器内温度60℃，预热30min。
（7）向步骤（6）所述酶处理反应器中投入地衣芽孢杆菌蛋白酶，投入量为16g/L蛋白水解液。保持酶处理反应器温度在60℃下进行蛋白质水解8h，保持搅拌速度170r/min。反应完成后，收集混合氨基酸液体。
实验进行6个批次的混合氨基酸提取，实验中测得混合氨基酸提取量均达8.13g/100g干污泥以上。随机抽取第3批次样品，共检测到16种氨基酸，均是L-氨基酸，没有发生消旋现象，其中包括了7种必需氨基酸和9种非必需氧基酸。
对比例1
高温酸处理污泥/酸解提取氨基酸
（1）收集生活污水处理厂机械脱水处理后的脱水污泥，含水率为79.6 wt%。
（2）按1:4的泥水质量比将步骤（1）收集的脱水污泥与水混合，填入反应罐中，按120r/min连续搅拌并调节pH至1.25，且设置与反应罐连接的气体收集罐收集反应溢出气体。
（3） 向步骤（2）所述反应罐提供外加热源，保持污泥在121℃下进行水解5h，保持搅拌速度120r/min。
（4）将步骤（3）中反应结束的污泥混合液泵送至离心过滤机，以4000r/min离心分离25min，得到蛋白水解液。
（5）将步骤是（4）所得蛋白水解液泵送至酸处理反应器中，调节pH至7.0，且设置与酸处理反应器。
（6）待水解液温度下降至60℃，加入20%HCl，比例为水解液：HCl=1:2，煮沸回流20h。反应完成后，收集混合氨基酸液体。
实验进行6个批次的混合氨基酸提取，随机抽取第3批次样品，共检测到15种氨基酸，其中包括了7种必需氨基酸和8种非必需氧基酸，每种氨基酸含量不超过0.55g/100g干污泥，没有消旋现象，见图6和图7。
对比例2
热碱处理污泥/碱解提取氨基酸
（1）收集生活污水处理厂机械脱水处理后的脱水污泥，含水率为79.7wt%。
（2）按1:4的泥水质量比将步骤（1）收集的脱水污泥与水混合，填入反应罐中，按150r/min连续搅拌并调节pH至7.0，且设置与反应罐连接的气体收集罐收集反应溢出气体。
（3）向步骤（2）所述反应罐提供外加热源，向反应罐中投入氢氧化钠，投入量为12g/kg脱水污泥。保持污泥在90℃下进行水解5h，保持搅拌速度150r/min。
（4）将步骤（3）中反应结束的污泥混合液泵送至离心过滤机，以3600r/min离心分离25min，得到蛋白水解液。
（5）将步骤（4）所得蛋白水解液泵送至碱处理反应器中，按150r/min连续搅拌并调节pH至7，且设置与酶处理反应器连接的气体收集罐收集反应溢出气体。
（6）待水解液温度下降至55℃，向步骤（5）所述碱处理反应器提供外加热源，加入6mol/L NaOH，体积比例为水解液：NaOH=1:2，煮沸6h。反应完成后，收集混合氨基酸液体。
实验进行6个批次的混合氨基酸提取，随机抽取第3批次样品碱法水解：水解提取的氨基酸发生消旋作用，产物有D-型和L-型两类氨基酸。D-型氨基酸不能被人体分解利用，一般不采用碱法水解提取蛋白。
本发明提供了一种脱水污泥温和水解提取混合氨基酸的方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。