活性污泥的高效利用方法
【專利摘要】本發明公開了一種活性污泥的高效利用方法，包括步驟：將活性污泥進行離心或過濾處理以去除活性污泥中的水分；在脫水后的活性污泥中加入1-4倍量（w/v）的含非離子型表面活性劑的提取溶劑，攪拌或超聲波提取0.5-2小時后，離心或過濾得水解酶提取液；在水解酶提取液中加入乙醇或丙酮等有機溶劑至其濃度為60%-90%，4℃-室溫靜置0.5-1.0小時后離心，取其沉淀，即獲得水解酶。通過上述方式，本發明能夠實現活性污泥的資源化利用，減少環境污染，同時開發出一種巨量的天然水解酶資源。
【專利說明】活性污泥的高效利用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及環保與生物資源開發利用領域，特別是涉及一種活性污泥的高效利用方法。
【背景技術】
[0002]微生物發酵法為常用的污水處理方法，通過微生物的代謝將有機廢物分解成CO2和水，同時微生物自身也大量繁殖增長。污水處理過程具體為微生物分泌各種胞外水解酶將大分子有機物水解成小分子物質，小分子物質則可被微生物吸收和代謝，從而達到污水凈化的目的。
[0003]在污水處理過程中，污水處理廠須定期排出大量的微生物菌體，稱為活性污泥或剩余活性污泥。隨著城鎮化、城市工業化的發展及城市人口的增長，污水及活性污泥量迅速增長，如活性污泥以每年大約10%的速度增長。活性污泥主要由細菌、病毒、真菌、藻類、原生動物及所述生物死亡后的殘留物組成，具有高度粘結性、壓縮性和腐敗性等，處理非常困難。污水處理廠用于活性污泥處理的費用占污水廠總投資和總運行費用的約40%，活性污泥成為一個新的污染源。
[0004]現有活性污泥處理方法主要有直接或經過發酵后作為農作物的肥料、填埋或烘干后填埋、焚燒及投海等。各方法的優缺點如下:
[0005]活性污泥中含大量有機態氮和豐富的無機鹽，是一種較好的有機肥料，但活性污泥中常含有病原菌、有害蟲卵、重金屬和有毒物質，不宜作為肥料施用于農田。且活性污泥含水量大，約80%，需脫水濃縮后施加至田地里，在脫水過程中需添加大量的絮凝劑，但絮凝劑會造成土地板結等諸多不良影響。
[0006]填埋法工程大，耗費大量土地，且易污染周邊環境和地下水源。
[0007]焚燒法投資和運行成本高，能源消耗大，且燃燒時有二氧化硫和二惡因等有害物質產生。
[0008]投海法易使海水污染，國際上已禁止拋海處理工業廢物和污水污泥。
[0009]此外，針對活性污泥處理，還研究出多種熱解技術，如低溫或壓熱解制油、微波高壓熱化學轉化等技術，在催化劑的作用下，將污泥中的有機物熱分解轉化為燃氣、燃油和焦油等，但處于研究階段的熱解技術還存在產品品質或生產成本等問題。總的來說，目前的活性污泥處理方法都不能有效地解決活性污泥的處理。
【發明內容】
[0010]本發明主要解決的技術問題是提供一種活性污泥的高效利用方法，能夠從活性污泥中制備水解酶，實現活性污泥的資源化利用，減少環境污染。
[0011]為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是:提供一種活性污泥的高效利用方法，包括步驟:將活性污泥進行離心或過濾處理以去除活性污泥中的水分；在脫水后的活性污泥中加入1-4倍量(w/v)的含非離子型表面活性劑的提取溶劑，攪拌或超聲波提取0.5-2小時后，離心或過濾得水解酶提取液；在水解酶提取液中加入乙醇或丙酮等有機溶劑至其濃度為60%-90%，40C -室溫靜置0.5-1.0小時后離心，取其沉淀，即獲得水解酶，實現活性污泥的資源化利用。
[0012]其中，獲得水解酶提取液后，還可將水解酶提取液進行膜濃縮以便沉淀水解酶。
[0013]其中，將獲得的水解酶進行干燥或溶解，以制成粉末水解酶制劑或液體水解酶制齊?。干燥方式為冷凍干燥、真空干燥或噴霧干燥。
[0014]本發明提取溶劑中的非離子型表面活性劑為0.5%-2%的Triton X-100。
[0015]本發明可對有機溶劑進行回收利用，具體為獲得水解酶沉淀后，對離心后的上清液進行減壓蒸餾以回收其中的有機溶劑。
[0016]本發明的有益效果是:區別于現有的活性污泥處理技術，本發明將活性污泥作為資源利用的方法，可從活性污泥中提取水解酶，具體為首先將活性污泥進行脫水處理，在脫水后的活性污泥中加入含有非離子型表面活性劑的提取溶劑，攪拌或超聲波提取后，離心或過濾得水解酶提取液，然后，在水解酶提取液中加入有機溶劑，并靜置后離心，獲得水解酶沉淀。通過上述方式，本發明能夠實現活性污泥的資源化利用，減少環境污染，同時開發出一種巨量的天然水解酶資源。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明活性污泥處理方法一實施例的流程示意圖；
[0018]圖2是圖1所示實施例中不同濃度有機溶劑沉淀的水解酶中蛋白酶的活性分析；
[0019]圖3是圖1所示實施例中不同濃度有機溶劑沉淀的水解酶中酯酶的活性分析；
[0020]圖4是不同生物材料中蛋白酶的活性分析。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。
[0022]實施例1
[0023]請參閱圖1，圖1是本發明活性污泥利用方法一實施例的流程示意圖，如圖1所示，活性污泥的利用方法為提取其中的水解酶，實現活性污泥的資源化利用。活性污泥在提取水解酶之前，對其進行脫水處理，脫水方式為離心或過濾。然后，在脫水后的活性污泥中加入1-4倍量(w/v)提取溶劑，攪拌或超聲波提取0.5-2小時后，離心或過濾后得水解酶提取液。
[0024]其中，提取溶劑中含非離子型表面活性劑。在本實施例中，提取溶劑為含0.5%_2%的Triton X-100水溶液。
[0025]在水解酶提取液中加入乙醇或丙酮等有機溶劑至其濃度為60%_90%，室溫或冰上靜置0.5-1.0小時后離心，獲得水解酶沉淀。
[0026]在其他實施例中，可利用硫酸銨沉淀水解酶。
[0027]在其他實施例中，可將水解酶提取液先進行膜濃縮，然后沉淀處理。
[0028]沉淀出的水解酶可進行干燥，以獲得粉末水解酶制劑；或進行溶解，以獲得液體水解酶制劑。
[0029]其中，干燥的方式可以為冷凍干燥、真空干燥或噴霧干燥。[0030]在本實施例中，還可對離心后的上清液進行減壓蒸餾以回收其中的有機溶劑。
[0031]其中，在沒有限定溫度的情況下，本實施例的操作通常在4°C -室溫下進行。
[0032]在本實施例中，對獲得的水解酶活性進行了檢測。
[0033]如圖2所示，圖2是圖1所示實施例中不同濃度有機溶劑沉淀的水解酶中蛋白酶的活性分析，其中，I為活性污泥水解酶提取液的蛋白酶活性，2-8為不同濃度乙醇沉淀水解酶提取液獲得的蛋白酶活性。其分析方法采用中性酪蛋白水解法和含0.1%-0.5%明膠的聚丙烯酰胺電泳凝膠自顯影法測定蛋白酶活性。
[0034]圖3是圖1所示實施例中不同濃度有機溶劑沉淀的水解酶中酯酶的活性分析，如圖3所示，1-6為不同濃度有機溶劑沉淀的酯酶活性，7-10作為對照，為不同濃度有機溶劑沉淀的花生中酯酶活性。其分析方法采用對硝基苯酚法和堅牢藍RR鹽染色的聚丙烯酰胺電泳凝膠自顯影法測定酯酶活性。
[0035]圖4是不同生物材料中蛋白酶的活性分析，如圖4所示，8為活性污泥中蛋白酶活性，10為木瓜中蛋白酶活性。
[0036]實施例2
[0037]在IOOg污水處理廠的活性污泥中加入400ml提取溶劑，攪拌提取I小時，離心后得水解酶提取液。在水解酶提取液中加入丙酮至丙酮終濃度為80%，4°C冰箱中靜置I小時，離心得水解酶沉淀，沉淀溶解 后得液態水解酶制劑，或經冷凍干燥后得高活性水解酶制劑粉。
[0038]分離制備的液態和粉末水解酶制劑經酪蛋白水解法和含0.1%明膠的聚丙烯酰胺電泳凝膠自顯影法測定其蛋白酶活性，經對硝基苯酚法和堅牢藍RR鹽染色的聚丙烯酰胺電泳凝膠自顯影法測定其酯酶活性，通過測定，蛋白酶和酯酶的提取和回收率都很高。
[0039]用上述方法提取和制備酶制劑，每千克活性污泥可獲得30，000酶活單位的中性蛋白酶和38.2酶活單位的酯酶。或每千克活性污泥可制備13克粉末酶制劑，每克酶粉中含中性蛋白酶800酶活性單位和酯酶11.6酶活性單位。或每克蛋白質含6800酶活性單位的中性蛋白酶和94酶活性單位的酯酶。
[0040]綜上所述，本發明活性污泥利用方法可將污水處理廠排放的活性污泥變廢為寶，從根本上解決污泥帶來的環境危害，同時也開發出一種巨量的天然水解酶資源，具有良好的經濟和社會效益。此方法的優點如下:
[0041]A.首次利用活性污泥提取和制備高活性水解酶制劑。
[0042]B.從活性污泥中提取和制備的蛋白酶活性高于目前常用植物材料木瓜中提取的蛋白酶活性。活性污泥是制備高活性蛋白酶等水解酶的優質資源，其含大量降解蛋白質、多糖和油脂等大分子有機物的水解酶。
[0043]C.本發明的從活性污泥中提取水解酶的方法，設備投資少，操作簡單，產品生產成本低，便于大規模生產。
[0044]D.本發明將活性污泥高效利用，變廢為寶，從根本上解決污水處理廠排放的活性污泥帶來的環境危害，具有巨大的經濟和社會效益。
[0045]E.沉淀水解酶用的有機溶劑可完全回收重復利用，生產過程安全環保、無污染物產生。
[0046]以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本發 明的專利保護范圍內。
【權利要求】
1.一種活性污泥的高效利用方法，其特征在于，包括以下步驟: 將活性污泥進行離心或過濾處理以去除活性污泥中的水分； 在脫水后的活性污泥中加入1-4倍量(w/v)的含非離子型表面活性劑的提取溶劑，攪拌或超聲波提取0.5-2小時后，離心或過濾得水解酶提取液； 在水解酶提取液中加入乙醇或丙酮等有機溶劑至其濃度為60%-90%，4°C -室溫靜置0.5-1.0小時后離心，取其沉淀，即獲得水解酶，實現活性污泥的資源化處理。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲得水解酶提取液的步驟之后，將水解酶提取液進行膜濃縮。
3.根據權利要求1、2任意一項所述的方法，其特征在于，所述獲得水解酶的步驟之后，將所述水解酶進行干燥或溶解，以制成粉末水解酶制劑或液體水解酶制劑。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述水解酶的干燥方式為冷凍干燥、真空干燥或噴霧干燥。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述提取溶劑中的非離子型表面活性劑為 0.5%-2% 的 T riton X-1OO0
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述獲得水解酶步驟之后，對所述離心后的上清液進行減壓蒸餾以回收其中的有機溶劑。
【文檔編號】C12N9/16GK103468659SQ201310365379
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月20日 優先權日:2013年8月20日
【發明者】李海航, 范曉敏, 郭濠寧, 倪賀 申請人:華南師范大學