[发明专利]一种低强度超声波强化酶解污泥提取蛋白质的方法

说明书

本发明属于城镇污泥资源化处理领域，公开了一种低强度超声波强化酶解污泥提取蛋白质的方法。首先在污泥中加入酶制剂，再把加有酶制剂的污泥放入低强度超声波系统中强化酶的活性，强化后的酶和污泥再放置到水解系统中进行酶解反应。本发明通过采用低强度超声波系统强化了酶制剂的活性，进而促进了酶对污泥水解的反应进程，缩短了酶解污泥的反应时间，提高了污泥蛋白质的提取率，降低了超声波联合酶法处理污泥时的能耗，是一种经济高效的污泥提蛋白方法。

技术领域

本发明属于城镇污泥资源化处理领域，具体为一种低强度超声波强化酶解污泥提取蛋白质的方法。

背景技术

随着城镇化的发展，生活生产能力的不断提高，污水处理量持续增加，相应的污水处理的副产物剩余污泥也在大幅增长。从微观上看，污泥成分复杂，难以降解；从宏观上看，污泥颗粒细小，含水率高，占地面积大。数据显示，以含水率80％计，2017年全年污泥产量达到5000多万吨。而城镇剩余污泥中所含蛋白资源丰富(约含有30-60％)，经有效处理提取能实现污泥的资源化利用。污泥蛋白提取可采用化学水解(酸热、碱热)和酶水解等方法。其中化学方法提取效率高，但是对设备要求严格，耗能和维护成本高，还容易产生二次污染；酶解法虽然环保安全，但是回收蛋白效果有限。

目前有研究者采用超声波联合酶法是通过对污泥进行破壁后再用酶催化水解的技术，能有效提高蛋白质回收率，且环保无污染。由于此技术主要是先通过高强度超声波破解污泥细胞壁，然后再添加酶制剂去水解预处理后的污泥来提取蛋白质，因此，超声波设备能耗较高。低强度超声波联合酶法与高强度超声波联合酶法的机理和作用对象不同，低强度超声波是通过提高酶的活性，并且能较长时间的维持酶活性，从而促进酶的水解反应。低强度超声波在提高好氧和厌氧污泥活性促进污水生物净化等方面的研究较多，但在促进外加酶活性来提取污泥蛋白提取这方面还未见相关报道。

中国专利文献CN101531447A公开了一种剩余污泥预处理的破解装置，通过破解污泥结构及细胞壁，使污泥絮体结构发生变化，细胞内含物流出进入水相，从而提高活性污泥的后段处理效率。这正是许多学者采用的高强度超声波联合酶的预处理装置，但是其破解细胞壁需要耗费较多的能量，而且设备昂贵，限制了其广泛发展。中国专利文献CN107082541A利用超声波水解污泥来回收污水处理厂剩余污泥中蛋白质和磷的系统，但是此方法采用高强度的超声波系统，存在耗能严重的问题。

现有的超声波联合酶法处理污泥提蛋白质技术虽然能有效地提高污泥蛋白提取效率，但超声波能耗过大，主要是超声波破壁时采用的细胞破碎仪器耗能过大，导致其在实际应用中不能得到广泛应用。

发明内容

针对上述问题，本发明通过对超声波的方式和设备进行重新选择。由于之前的超声波联合酶法都是通过高强度超声波破壁来达到预处理的效果，本发明采用低强度超声波强化酶的活性，而不是针对污泥的细胞壁破壁，所以这种超声方式不仅能有效地提高酶解污泥蛋白的效率，还大大地降低超声能耗。

本发明的目的是针对现有酶水解提取污泥蛋白效率过低的问题，提供一种低强度超声波强化酶解污泥提取蛋白质的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种低强度超声波强化酶解污泥提取蛋白质的方法，包括以下步骤：

S1、取含水率为92-96％的污泥置于烧杯中，用碱溶液调节污泥pH至8-12后，加入碱性蛋白酶，搅拌均匀后把烧杯放置到超声波清洗机的中心位置；

S2、在0.08-0.20W/mL的声能密度下，超声辐射10-40min；

S3、将超声处理过的污泥放置到恒温振荡器中进行水解反应；

S4、反应结束后把污泥放置到沸腾水浴锅中灭活10-30min，灭活后对污泥进行离心过滤处理，获得含蛋白质的滤液。