專利名稱：從活性污泥中提取聚羥基脂肪酸酯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及剩余活性污泥處理與綜合利用領(lǐng)域，具體地說是一種從活性污泥中提取聚羥基脂肪酸酯的方法。
背景技術(shù)：
在污水處理過程中產(chǎn)生了大量的活性污泥，這些污泥前成為目前污水處理廠的巨大負(fù)擔(dān)，處理起來不但耗資巨大，而且污泥的最終處理占用土地，很容易對(duì)環(huán)境造成二次污染。而聚羥基脂肪酸酯(PHA)是細(xì)菌在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不均衡的情況下，細(xì)胞內(nèi)合成的一種貯存能量及碳源的物質(zhì)。聚羥基脂肪酸酯的通式如下所示 其中m＝1、2、3。通常情況下m＝1，即β-羥基脂肪酸。R為側(cè)鏈，可為飽和或不飽和、直鏈或含側(cè)鏈及取代基范圍從甲基至壬基的烷基。R為甲基時(shí)聚合物為聚-β-羥基丁酸酯(PHB)，為乙基時(shí)聚合物為聚-β-羥基戊酸酯(PHV)。n的范圍通常是100～30000。因此可以考慮從剩余污泥中提取聚羥基脂肪酸酯，達(dá)到污泥的綜合利用以及減少對(duì)環(huán)境的污染。
PHA的提取幾乎占去PHA生產(chǎn)成本的一半左右，并且也直接決定著PHA的性質(zhì)所在。所以改進(jìn)PHA的提取方法與研究PHA的合成同等重要?，F(xiàn)今已有的提取方法有很多，主要分為以下幾類有機(jī)溶劑提取法、消化法包括次氯酸鹽法、次氯酸鹽-表面活性劑(SDS)法、堿法、氯仿-次氯酸鹽混合液法、酶法以及一些物理方法等。這些方法各有利弊對(duì)于有機(jī)溶劑萃取法來說，可以溶解PHA的有機(jī)溶劑不多，且溶解度較低，溶劑濃度超過5％(w/v)時(shí)就很粘稠，使得PHA與非PHA物質(zhì)分離困難，藥劑成本高，對(duì)環(huán)境的副作用大，PHA在有機(jī)溶劑中可以降解，且菌體中的結(jié)合水也會(huì)影響提取分離的效果。次氯酸鹽法無需使用有機(jī)溶劑進(jìn)行萃取，但對(duì)試驗(yàn)條件要求嚴(yán)格，而且用這種方法從不同產(chǎn)生菌提取PHB，所得分子量差別較大。次氯酸鹽-表面活性劑(SDS)法提取出來的PHA較單獨(dú)使用SDS的提取結(jié)果純度高，較單獨(dú)使用次氯酸鈉的提取結(jié)果分子量大，但是這種方法會(huì)造成二次污染，對(duì)環(huán)境的副作用大。堿法操作簡(jiǎn)單，所用試劑低廉且用量很小所得產(chǎn)品純度高，分子量降解少，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，但是提取率較低。酶法處理要求條件較為苛刻，提取出的PHB純度不高，但如需提高PHB純度，則要進(jìn)一步溶劑抽提，導(dǎo)致回收成本更高。機(jī)械法通常采用高壓均質(zhì)或高速珠研磨，但其需要提供高能量和足夠的冷卻能力以防止產(chǎn)物過熱和細(xì)胞顆粒微化。機(jī)械破碎法提取效率低，分離效果差。
超聲波在強(qiáng)化生物分離過程中顯示出多方面的優(yōu)越性。超聲波特性主要有如下幾方面空化效應(yīng)、熱效應(yīng)、機(jī)械攪拌、強(qiáng)化擴(kuò)散、乳化作用、凝聚作用、機(jī)械粉碎作用。超聲波技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、衛(wèi)生、國防等領(lǐng)域，尤其在提取中草藥成份方面的應(yīng)用正受到越來越多的重視。對(duì)于PHA的提取，目前還沒有見到利用超聲波輔助提取PHA的報(bào)道。用超聲波進(jìn)行提取具有方便快速的優(yōu)點(diǎn)，若將其引入PHA的提取當(dāng)中，無疑會(huì)大大縮短提取時(shí)間，提高提取率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種從活性污泥中提取聚羥基脂肪酸酯的方法，提高聚羥基脂肪酸酯的獲得率，降低提取時(shí)間。
取一定量的活性污泥，于4000～5000r/min離心2～10分鐘，取固體于40～60℃真空干燥箱中烘干，得到含水率在5～15的干污泥。置于研缽中研磨成粉末狀的細(xì)碎顆粒(目)。干活性污泥與氯仿(分析純)的比例為1∶25～50(重量比)，置于磨口錐形瓶?jī)?nèi)并充分混勻。對(duì)混勻的樣品進(jìn)行超聲波處理，超聲波的頻率在(工作頻率40kHz)，處理時(shí)間為10～60分鐘，并且分兩次進(jìn)行。超聲波處理后，將磨口錐形瓶置于30℃恒溫水浴振蕩器中，水浴振蕩時(shí)間80～110分鐘，震蕩頻率為(30～120次/分鐘)。反應(yīng)完畢后，取錐形瓶中固體及液體，于4000～5000r/min離心2～10分鐘，取下層于37～50℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至2～10ml，向濃縮后的液體中加入20～40倍甲醇，混勻，于4000～5000r/min離心2～10分鐘，取固體物質(zhì)置于培養(yǎng)皿中，晾干即可得到聚羥基脂肪酸酯混合物。
超聲波細(xì)胞破碎的原理是利用超聲波發(fā)生器所發(fā)出的高頻振蕩訊號(hào)，通過換能器轉(zhuǎn)換成為高頻機(jī)械振蕩而傳播到介質(zhì)中，超聲波在介質(zhì)中疏密相間的向前輻射，使液體流動(dòng)而產(chǎn)生數(shù)以萬計(jì)的微小氣泡，這些氣泡在超聲波縱向傳播的負(fù)壓區(qū)形成、生長(zhǎng)，而在正壓區(qū)迅速閉合。在這種被稱作“空化”效應(yīng)的過程中，氣泡閉合形成超過1000個(gè)大氣壓的瞬間高壓，連續(xù)不斷產(chǎn)生的高壓就像一連串小“爆炸”不斷沖擊細(xì)胞，空化中產(chǎn)生的極大壓力造成被破碎物細(xì)胞壁及整個(gè)生物體破裂，而且整個(gè)破裂過程在瞬間完成，提高了破碎速度，縮短了破碎時(shí)間，可極大地提高提取效率。實(shí)驗(yàn)中采用的是超聲波清洗器進(jìn)行細(xì)胞破壁，其原理與超聲波細(xì)胞粉碎儀相同，都是利用“空化”效應(yīng)使細(xì)胞破壁，破壁后，暴露在外的PHA迅速轉(zhuǎn)移至氯仿中，且由于超聲波的強(qiáng)化擴(kuò)散作用，PHA溶解于氯仿更為迅速，大大縮短了氯仿抽提PHA的時(shí)間，同時(shí)可以減小PHA在有機(jī)溶劑中時(shí)間過久而引起的降解。


圖1是超聲波處理時(shí)間與提取率關(guān)系曲線。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
實(shí)驗(yàn)藥品活性污泥取自天津泰達(dá)城市污水處理廠三氯甲烷分析純天津市北方化玻購銷中心甲醇分析純天津市富宇精細(xì)化工有限公司安替福民分析純天津市化學(xué)試劑三廠葡萄糖、氯化銨、磷酸二氫鉀、ZnSO4·7H2O、NiCl2·H2O、CuSO4·5H2O蘇丹黑、蕃紅、二甲苯(均為分析純)一、試驗(yàn)步驟1.從天津泰達(dá)城市污水處理廠取來的活性污泥，利用葡萄糖、氨氮以及磷酸鈉按照C∶N∶P＝100∶1∶1(重量比)的情況下配制的培養(yǎng)液培養(yǎng)活性污泥，利用好氧和缺氧交替馴化污泥，周期為4小時(shí)，好氧和缺氧狀態(tài)的時(shí)間比為1∶1。
2.取活性污泥3.0L，于4500r/min離心5分鐘，取固體于45℃真空干燥箱中烘干，共得干污泥11.8460g。置于研缽中研磨成40～60目粉末狀的細(xì)碎顆粒。
3.取5個(gè)250mL磨口錐形瓶，分別加入1.0000g活性污泥粉末和50mL氯仿，充分混勻。
4.對(duì)樣品按以下時(shí)間進(jìn)行超聲波處理0min、5min×2、10min×2、15min×2、20min×2。兩次超聲波處理時(shí)間間隔為5min，超聲波處理總時(shí)間依次為0min、10min、20min、30min、40min。
5.超聲波處理后，將磨口錐形瓶置于30℃恒溫水浴振蕩器中，水浴振蕩時(shí)間依次為2h、110min、100min、90min、80mm，使各組的總反應(yīng)時(shí)間均為2h，即活性污泥粉末與氯仿接觸時(shí)間均為2h。
6.反應(yīng)完畢后，取錐形瓶中固體及液體，于4500r/min離心5分鐘，取下層，即氯仿層于42℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至5mL左右。
7.向濃縮后的液體中加入150mL甲醇，混勻，于4500r/min離心5分鐘，取固體物質(zhì)置于培養(yǎng)皿中，晾干。
8.將固體物質(zhì)用電子天平稱重，記錄其數(shù)值，并計(jì)算提取率。
二、超聲波-氯仿法提取PHA實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果超聲波-氯仿法提取PHA實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1所示表1超聲波-氯仿法的提取結(jié)果


從數(shù)據(jù)結(jié)果顯示表明，PHA的提取率隨著超聲波作用時(shí)間的加長(zhǎng)，提取率提高。它們之間的關(guān)系如圖1所示。
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，實(shí)驗(yàn)中所采用的三種提取方法中使用超聲波-氯仿法提取活性污泥中的PHA，可以在最短的時(shí)間內(nèi)得到最高的提取率，大大縮短PHA提取所需時(shí)間，可通過控制超聲波作用時(shí)間和其他反應(yīng)條件尋找一種耗時(shí)短、提取率高、純度高、PHA降解小的方法。
權(quán)利要求
1.一種從活性污泥中提取聚羥基脂肪酸酯的方法，取適量的活性污泥，于4000～5000r/min離心2～10分鐘，取固體于40～60℃真空干燥箱中烘干，得到含水率在5～15％的干活性污泥；置于研缽中研磨成40～100目粉末狀的細(xì)碎顆粒；干活性污泥與氯仿的重量比為1∶25～50，置于磨口錐形瓶?jī)?nèi)并充分混勻；對(duì)混勻的樣品進(jìn)行超聲波處理，超聲波的工作頻率為40kHz，處理時(shí)間為10～60分鐘，并且分兩次進(jìn)行；超聲波處理后，將磨口錐形瓶置于30℃恒溫水浴振蕩器中，水浴振蕩時(shí)間80～110分鐘，震蕩頻率為30～120次/分鐘；反應(yīng)完畢后，取錐形瓶中固體及液體，于4000～5000r/min離心2～10分鐘，取下層于37～50℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至2～10ml，向濃縮后的液體中加入20～40倍甲醇，混勻，于4000～5000r/min離心2～10分鐘，取固體物質(zhì)置于培養(yǎng)皿中，晾干即可得到聚羥基脂肪酸酯混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及剩余活性污泥處理與綜合利用領(lǐng)域，具體地說是一種從活性污泥中提取聚羥基脂肪酸酯的方法。本發(fā)明的方法為取活性污泥，離心，取固體烘干，得到含水率在5～15％的干活性污泥；研磨成40～100目粉末狀的細(xì)碎顆粒；干活性污泥與氯仿的重量比為1∶25～50，進(jìn)行超聲波處理、水浴振蕩、離心、濃縮，加入20～40倍甲醇，離心，取固體物質(zhì)置于培養(yǎng)皿中，晾干即可得到聚羥基脂肪酸酯混合物。本發(fā)明不但有利于剩余活性污泥處理與綜合利用，而且會(huì)大大縮短提取聚羥基脂肪酸酯的時(shí)間，提高提取率。
文檔編號(hào)C02F11/02GK1803883SQ20051013364
公開日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
發(fā)明者李克勛 申請(qǐng)人:南開大學(xué)