一種利用污泥中蛋白質生產碳酸銨的方法
【技術領域】
[0001] 本發明為一種利用污泥中的蛋白質生產碳酸銨的方法，涉及化工技術領域，尤其 是涉及城鎮生活污水壓濾污泥無害化及資源化處理技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著我國城鎮化水平及污水處理能力的快速提高，污水處理的副產物一剩余污泥 量也在不斷增長。目前城鎮污水處理廠的污泥總產量已達到2433萬t/a，同時以年均12%的 速度增長；根據預測，2015年全國城鎮污水處理廠污泥產生量將達到6000萬t。這些數量 巨大的污泥若得不到有效處理與處置，會經過多種途徑使污染物再次進入水體，致使污水 處理會因為污泥處理環節造成巨大的經濟和環境代價。我國目前主要應用的污泥處理與處 置方法有土地填埋、污泥焚燒、污泥堆肥等，其中土地填埋占63. 0%、污泥堆肥約占13. 5%、 污泥自然干化綜合利用占5. 4%、污泥焚燒占1. 8%、污泥露天堆放和外運各占1. 8%和14. 4%。 事實上，土地填埋、露天堆放和外運的污泥絕大部分屬于隨意處置，真正實現安全處置的比 例不超過20% ;污泥因含水率高需與其它高熱值物質混合燃燒，因此污泥焚燒成本較高；污 泥在堆肥過程中會導致氮元素的損失肥效較低，且存在重金屬污染的風險。常用污泥處置 方式效果的不樂觀使得整個污泥處理形勢十分嚴峻。
[0003] 目前我國污泥處理和處置處于嚴重滯后狀態，用于污泥處置的投資僅占污水處理 廠總投資的20°/『30%，遠遠低于發達國家的投資比例（50°/『70%)。"十二五"期間，國家開始 重視污泥的處理處置問題，鼓勵發展污泥無害化后進行土地綜合利用，中央財政投入大量 資金用于污泥處理與處置。"十二五"期間，污泥處理處置市場將得到進一步發展，將成為繼 污水處理之后的下一個投資熱點。
[0004] 由此可見，我國在污泥處理處置上潛力巨大，污泥處理處置市場已步入快速發展 階段。因此，尋求一種新的、有效的、安全環保的污泥處理處置方法對于本領域技術人員來 說是一個迫切而又亟待解決的技術課題。
【發明內容】
[0005] 針對上述現有技術存在的問題，本發明提供了一種簡單有效的利用污泥中蛋白質 生產碳酸銨的方法，為污水處理廠污泥無害化及資源化處置提供了一條可行性道路。具體 的技術方案為：一種利用污泥中的蛋白質生產碳酸銨的方法，其特殊之處在于是通過如下 的步驟實現的：將污水處理廠產出的污泥中的蛋白質水解成游離的氨基酸；氨基酸在氨基 酸氧化酶作用下脫氨基生成氨氣；再經過氨的轉換與固定，即氨氣與水生成氫氧化銨，氫氧 化銨與污泥中存在的氯化鐵、氯化鋁反應生成氯化銨；氯化銨與大于300目的碳酸鈣粉在 加熱條件下合成碳酸銨。
[0006] 為了能夠更好的實施本發明，其方案還可以進一步的具體細化為： 進一步在于所述的利用改性劑將蛋白質降解成游離的氨基酸過程為：將含水率80%的 污泥與改性劑于改性溝內充分混合均勻后起堆發酵，堆放高度保持在80cm左右，改性劑添 加比例為待改性污泥總重的千分之一；在改性的前48-96小時內，平均每隔8小時進行翻 垛，以利于污泥水分揮發；在外界氣溫T多20°C時，發酵24小時后污泥溫度可達40°C以上， 在改性劑中的蛋白酶的催化作用下，大分子的蛋白質變為較小分子的多肽，繼續發酵，污泥 中的蛋白質在酶的作用下變成短鏈的肽和部分游離氨基酸，污泥經過48小時的發酵，在羧 肽酶和蛋白酶的協同作用下最終全部轉變成游離氨基酸。
[0007] 進一步在于所述的氨基酸在氨基酸氧化酶作用下脫氨基生成氨氣的過程為：污泥 和改性劑混合經發酵在蛋白酶的作用下，污泥中的蛋白質發生水解生成氨基酸，在機械翻 垛提供氧氣條件下，氨基酸在氨基酸氧化酶的作用下發生氧化脫氨基反應脫掉氨基；在缺 氧條件下，兩個氨基酸互相發生氧化-還原反應，生成有機酸、酮酸和氨氣。
[0008] 進一步在于所述的氨的轉換與固定的過程為：在污泥發酵72-96小時、發酵溫度 T ~ 40-50°C、pH ~ 6. 0-6. 5條件下，污泥中經蛋白質水解、氨基酸脫氨基反應生成的氨和 污泥中的水反應生成氫氧化銨，其中大部分氫氧化銨和污泥中的三氯化鐵和三氯化鋁反應 生成氯化銨，實現氨的固定。
[0009] 進一步在于所述的氯化銨與大于300目的碳酸鈣粉在加熱條件下合成碳酸銨為： 在污泥中的氮經過系列反應固定為氯化銨后，污泥繼續發酵產熱，經機械翻垛干化，污泥中 的含水率降到25-30%時，向污泥中添加占污泥總重1-3%的大于300目的碳酸鈣粉，經機械 加溫至污泥溫度達到100°C以上，污泥中的氯化銨和碳酸鈣粉反應生成碳酸銨和水的混合 蒸汽，經冷卻得到碳酸銨晶體。
[0010] 本發明的技術方案充分的利用了污泥中的各種資源，通過技術整合提供合理的反 應條件和反應時間，將污泥所含蛋白質中的氮經過系列化學反應最終轉化成氨，并加以利 用生成碳酸銨，實現了污泥的資源化處置。污泥中的氮進行了轉化、固定，即避免了污泥因 發酵過程中氮氧化物的排放對大氣環境造成的環境污染，又可生產碳酸銨商品，實現污泥 資源化處置。
【具體實施方式】
[0011] 一種利用污泥中的蛋白質生產碳酸銨的方法，是通過如下的步驟實現的：將污水 處理廠產出的污泥中的蛋白質水解成游離的氨基酸；氨基酸在氨基酸氧化酶作用下脫氨基 生成氨氣；再經過氨的轉換與固定，即氨氣與水生成氫氧化銨，氫氧化銨與污泥中存在的氯 化鐵、氯化鋁反應生成氯化銨；氯化銨與大于300目的碳酸鈣粉在加熱條件下合成碳酸銨。
[0012] 其工藝步驟可以具體如下： A、建污泥改性溝：構建污泥改性溝，主要用于污泥的翻垛、改性，改性溝規格根據待改 性污泥量及生產規模確定。
[0013] B、污泥改性：將污水處理廠產出的含水率80%的污泥與改性劑藥品于改性溝內充 分混合后起堆發酵，污泥堆放高度保持在80cm左右。在外界氣溫T多20°C時，發酵24小時 后溫度可達40°C以上，在適宜溫度下污泥中的蛋白質開始水解，持續24小時后蛋白質可全 部水解為氨基酸；發酵48小時后水解生成的氨基酸開始脫氨基反應，此過程需用自動翻垛 設備對污泥進行多次翻垛，以保證反應所需的好氧環境；氨基酸在氨基酸氧化酶作用下脫 氨基生成氨氣的過程為：污泥和改性劑混合經發酵在蛋白酶的作用下，污泥中的蛋白質發 生水解生成氨基酸，在機械翻垛提供氧氣條件下，氨基酸在氨基酸氧化酶的作用下發生氧 化脫氨基反應脫掉氨基，每消耗1分子氧產生2分子α-酮酸和2分子氨。其化學反應式 為：
【主權項】
1. 一種利用污泥中的蛋白質生產碳酸銨的方法，其特征在于是通過如下的步驟實現 的：將污水處理廠產出的污泥中的蛋白質水解成游離的氨基酸；氨基酸在氨基酸氧化酶作 用下脫氨基生成氨氣；再經過氨的轉換與固定，即氨氣與水生成氫氧化銨，氫氧化銨與污泥 中存在的氯化鐵、氯化鋁反應生成氯化銨；氯化銨與大于300目的碳酸鈣粉在加熱條件下 合成碳酸銨。
2. 根據權利要求1所述的利用污泥中的蛋白質生產碳酸銨的方法，其特征在于所述 的將污泥中蛋白質水解為游離氨基酸過程為：將污水處理廠產出的含水率80%的污泥與改 性劑在改性溝中均勻混合后起堆發酵，污泥堆放高度保持在80cm左右；在外界溫度保持在 20°C以上時，經24小時發酵后污泥溫度可達40°C以上，在改性劑中蛋白酶的催化作用下， 污泥中的蛋白質發生水解生成多肽；發酵48小時后，在羧肽酶和蛋白酶的協同作用下蛋白 質最終水解為游離的氨基酸。
3. 根據權利要求2所述的利用污泥中的蛋白質生產碳酸銨的方法，其特征在于所述 的氨基酸在氨基酸氧化酶作用下脫氨基生成氨氣的過程為：污泥和改性劑混合經發酵在蛋 白酶的作用下，污泥中的蛋白質發生水解生成氨基酸，在機械翻垛提供氧氣條件下，氨基酸 在氨基酸氧化酶的作用下發生氧化脫氨基反應脫掉氨基；在缺氧條件下，兩個氨基酸互相 發生氧化-還原反應，生成有機酸、酮酸和氨氣。
4. 根據權利要求1、2或者3任一權利要求所述的利用污泥中的蛋白質生產碳酸銨 的方法，其特征在于所述的氨的轉換與固定的過程為：在污泥發酵72-96小時、發酵溫度 T ~ 40-50°C、pH ~ 6. 0-6. 5條件下，污泥中經蛋白質水解、氨基酸脫氨基反應生成的氨和 污泥中的水反應生成氫氧化銨，其中氫氧化銨和污泥中的三氯化鐵和三氯化鋁反應生成氯 化銨，實現氨的固定。
5. 根據權利要求4所述的利用污泥中的蛋白質生產碳酸銨的方法，其特征在于所述的 氯化銨與大于300目的碳酸鈣粉在加熱條件下合成碳酸銨為：在污泥中的氮經過反應固定 為氯化銨后，污泥繼續發酵產熱，經機械翻垛干化，污泥中的含水率降到25-30%時，向污泥 中添加占污泥總重1-3%的大于300目的碳酸鈣粉，經機械加溫至污泥溫度達到100°C以上， 污泥中的氯化銨和碳酸鈣粉反應生成碳酸銨和水的混合蒸汽，經冷卻得到碳酸銨晶體。
【專利摘要】本發明公開了一種利用污泥中的蛋白質生產碳酸銨的方法及應用工藝，涉及化工技術領域，尤其是涉及污泥無害化及資源化處置的技術領域。其具體的技術方案為：一種利用污泥中蛋白質生產碳酸銨的方法，其特征在于通過改性劑作用將污泥中的蛋白質進行水解、氨基酸脫氨基及氨的固定，利用固定后生成的氯化銨與碳酸鈣粉反應合成碳酸銨。本發明公開了一種污泥無害化及資源化處理的方法，充分利用污泥中所含有的資源，通過技術整合合理控制反應條件從污泥中提取出碳酸銨，為污泥的處置提供了一種切實可行的新方法。
【IPC分類】C01C1-26
【公開號】CN104628013
【申請號】CN201510042672
【發明人】徐明好
【申請人】徐明好
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月28日