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城市污泥中蛋白質資源化的研究方向

發布日期:2019-08-01 01:21:09   瀏覽次數:85
資源化是城市污泥處理處置的必然趨勢,回收利用污泥中豐富的蛋白質用作動物飼料添加劑、發泡劑原料和肥料等是一個新的研究方向。

資源化是城市污泥處理處置的必然趨勢,回收利用污泥中豐富的蛋白質用作動物飼料添加劑、發泡劑原料和肥料等是一個新的研究方向。蛋白質資源化包括污泥水解提取蛋白質、蛋白質的純化分離和污泥蛋白質的開發應用3個步驟。其中,提取蛋白質的方法中熱-堿法、熱-酸法、超聲-堿法和超聲-酶法的蛋白質提取率在65%以上。蛋白質純化的過程中循環水解和膜技術能進一步提高提取液中蛋白質的濃度,鹽析沉淀法和等電點沉淀法可回收其中85%以上的蛋白質。用作動物飼料添加劑和肥料是提取純化出的蛋白質最有前景的應用方式。最后對城市污泥中蛋白質資源化的研究方向提出了建議與展望。


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總結了目前污泥蛋白質資源化的研究進展,從污泥水解提取蛋白質,蛋白質的純化分離和污泥蛋白質的開發應用3個方面進行了綜述。


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污泥蛋白質的用途豐富,用作動物飼料添加劑和肥料是提取純化出的蛋白質最有前景的應用方式。對城市污泥中蛋白質資源化的研究方向提出了建議與展望。


主要內容


關于城市污泥中蛋白質的資源化本文對目前的進展進行總結,以期為今后的研究提供參考。圖1總結了污泥蛋白質資源化的技術路線,包括3個重要步驟:污泥水解提取蛋白質、蛋白質的純化分離和污泥蛋白質的開發應用。


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1 污泥水解提取蛋白質


從污泥中提取蛋白質的關鍵在于尋找能方便有效水解污泥,破壞微生物菌體細胞,使胞內蛋白釋放,又不會將其大量破壞的方法。表1總結了現有的污泥水解方法和蛋白質提取效果。


比較可知,聯合處理法較物理法、化學法、生物法提取蛋白質的效果更好,其中熱-堿法、熱-酸法、超聲-堿法和超聲-酶法是目前最高效的方法,能達到65%以上的提取率。


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2 蛋白質的純化分離


污泥水解得到的蛋白質提取液是混合溶液,含有蛋白質、多糖、脂肪、重金屬等多種物質。蛋白質分離是后續產品制備的前提。污泥蛋白質的純化分離常以沉淀結晶法實現,為增強沉淀效果,研究中一般先對提取液進行濃縮,提高蛋白質濃度,具體技術路線如圖2所示。


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3 污泥蛋白質的開發應用


污泥蛋白質用途眾多,可作為動物飼料添加劑,也可制成泡沫混凝土及泡沫滅火劑的發泡劑和生產肥料,以及造紙增強劑和木材膠粘劑。


3.1 動物飼料添加劑


我國蛋白質飼料資源短缺,對進口的依賴性不斷增強,提取污泥中含量豐富的蛋白質作為飼料添加劑具有現實意義。污泥蛋白質至少需滿足以下2個條件:


1)污泥蛋白質與傳統飼料添加劑有相同的營養價值;


2)污泥蛋白質飼料產品是安全的,不會對動物、人類和生態產生不良影響。


如表3所示,污泥蛋白質產品的必需氨基酸總含量高于3種常用的蛋白質飼料添加劑(除色氨酸在酸水解法測定蛋白質的過程中被破壞未檢出外,必需氨基酸全部檢出),非必需氨基酸在總質量中的占比也很高。此外,污泥蛋白質產品中粗蛋白含量與啤酒酵母和骨粉相似,總消化養分、維持凈能等含量高于主要飼料。可見污泥蛋白質在營養價值上有用作飼料添加劑的潛力。


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3.2 發泡劑


污泥蛋白質類發泡劑優于發泡性能不穩定的植物蛋白質類發泡劑,和原材料資源有限且制備過程污染嚴重的動物蛋白質類發泡劑而倍受關注。污泥蛋白質發泡劑可用于制備泡沫滅火劑和泡沫混凝土(圖3)。


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3.3 肥 料


污泥堆肥接受度高,應用廣泛,但存在重金屬和其他有毒有害物質積累等問題,將蛋白質或氨基酸從污泥中提取出來用作肥料,則不存在安全隱患。


除以上用途外,根據已有報道,污泥蛋白質改性處理后,還可用作瓦楞原紙增強劑,以及作為生物質資源開發環保型木材膠粘劑。


重要結論


本文總結了目前污泥蛋白質資源化的研究進展,從污泥水解提取蛋白質,蛋白質的純化分離和污泥蛋白質的開發應用3個方面進行綜述,發現污泥中蛋白質的提取已有較全面的研究,其中熱-堿法、熱-酸法、超聲-堿法和超聲-酶法效果最好,蛋白質提取率能超過65%。所得的提取液可通過循環水解或膜處理進行高效濃縮,隨后鹽析沉淀法或等電點沉淀法可分離出其中85%以上的蛋白質。


污泥蛋白質的用途豐富,制備肥料、作為發泡劑制備泡沫蛋白滅火劑及泡沫混凝土已有實際生產案例,且產品質量優良。用作動物飼料添加劑雖還處于實驗室研究階段,但營養性已完全達標,在嚴格控制重金屬等有害物質的前提下,污泥蛋白質對動物是安全的。污泥蛋白質同時還具有開發其他用途的潛質。就目前的市場需求、生產效益和可消納污泥量而言,制備肥料和動物飼料添加劑前景最廣闊。


今后研究需要關注以下幾點:1)部分污泥水解技術對污泥的破解效果顯著,但其蛋白質提取效率還未知,后續可嘗試采用更多的水解方法提高蛋白質提取率;2)蛋白質提取溶液的濃縮方法眾多,目前的研究僅涉及膜處理和循環水解2種,應加強對污泥蛋白質提取液最適濃縮方法的研究;3)深入研究循環水解過程中蛋白質的提取和破壞情況,尋找其最優化工藝條件;4)關注不同蛋白質提取方法和分離純化技術作用效果的同時,加強對處理過程中有毒有害物質遷移去除的探索;5)進一步研究污泥蛋白質飼料的生態安全,制定科學的標準和使用方法,促進污泥蛋白質作為飼料添加劑的更廣泛應用。



 
標簽: 環保新聞
 

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