專利名稱：制備水處理用促凝劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制備蛋白質(zhì)的方法，該蛋白質(zhì)能夠在污水處理和凈化中作為有效的初級(jí)促凝劑。具體地，本發(fā)明涉及從辣木科(Moringaceae)樹(shù)木，特別是那些辣木(Moringa oleifera)Lam(syns Moringa pterygospermaGaertn.)的種子中提取促凝劑蛋白質(zhì)衍生物的方法。
辣木Lam(在下文中稱為辣木)的種子主要用于獲得食用油，該油是利用機(jī)械壓力機(jī)提取的。這種提取方法中的殘留物被稱為濾餅。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)辣木種子包含水溶性的低分子量高堿性蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)能夠用作污水處理中的初級(jí)促凝劑。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)壓碎的/粉末狀的種子懸浮物和濾餅，它們是油提取過(guò)程后剩余的，可以作為有效的促凝劑，但是其缺點(diǎn)是產(chǎn)生了大量需要處理的殘存的不溶材料。
本發(fā)明的目的是提供一種從辣木種子中獲得最大產(chǎn)量的促凝蛋白質(zhì)的提取方法。該提取方法應(yīng)該優(yōu)選適用于不發(fā)達(dá)國(guó)家，由此提供用于水處理的便宜的促凝劑蛋白質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種由辣木種子制備促凝蛋白質(zhì)的方法，該方法包括如下步驟1.處理辣木種子濾餅和/或包含殼的整個(gè)種子以產(chǎn)生均勻分散的顆粒粉末，該粉末具有例如0.5至2.5mm直徑的顆粒尺寸；和2.為了從粉末中浸提蛋白質(zhì)，將顆粒粉末加入到絡(luò)鹽溶液中，優(yōu)選是含氯化鈣(典型地為0.5-1.5g/l)，氯化鎂(典型地為3.0-5.0g/l)，氯化鉀(典型地為0.5-1.0g/l)和氯化鈉(典型地為20-30g/l)的水溶液；和3.將蛋白質(zhì)溶液與剩余的固體分離；和4.通過(guò)加熱溶液，沉淀出包括蛋白質(zhì)、酶和糖類的一些有機(jī)化合物；和5.從溶液中去除沉淀物并且去除過(guò)量的水以濃縮產(chǎn)品蛋白質(zhì)，優(yōu)選蛋白質(zhì)是固體懸浮物的形式。
該方法優(yōu)選包括的附加步驟為干燥蛋白質(zhì)料漿至其含濕量為15％或更低，優(yōu)選10％或更低，最優(yōu)選5％或更低。
該提取方法是一系列的單元操作，每一項(xiàng)操作的設(shè)置是為了在由辣木Lam樹(shù)木種子提取蛋白質(zhì)并且將其轉(zhuǎn)換成實(shí)際應(yīng)用狀態(tài)的過(guò)程中能進(jìn)行一個(gè)基本步驟。
參考下面的附圖將進(jìn)一步描述本發(fā)明的方法，附圖中以及

圖1是本發(fā)明方法第一部分的示意圖；以及圖2是本發(fā)明方法第二部分的示意圖。
本發(fā)明方法的單元操作按順序進(jìn)行。
尺寸減少收集的濾餅是尺寸不均勻的、無(wú)規(guī)團(tuán)聚的顆粒材料。
該操作過(guò)程為在控制速率下將濾餅從進(jìn)料斗(1)輸送到研磨機(jī)(2)中，該研磨機(jī)的設(shè)計(jì)原理適合于濾餅。
在離開(kāi)研磨機(jī)時(shí)，已經(jīng)將濾餅轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂械湫偷?.5至2.5mm直徑的顆粒尺寸，優(yōu)選1至2mm直徑的顆粒尺寸的均勻分散的顆粒粉末，并且具有最小量的能降低后續(xù)分離操作效率的非常細(xì)的顆粒。
將研磨過(guò)的產(chǎn)品收集到接收料斗(3)中，該料斗配有用于排出研磨機(jī)產(chǎn)生氣流的排氣管。接收料斗具有例如回轉(zhuǎn)閥的裝置以便于將產(chǎn)品排放到容器中或傳送帶(4)上以運(yùn)送到提取操作中。
提取該過(guò)程由一個(gè)或多個(gè)加工容器(5)和設(shè)備(7)組成，用于提供絡(luò)鹽溶液，也就是，典型地為包含氯化鈣(1g/l)、氯化鎂(4g/l)、氯化鉀(0.75g/l)和氯化鈉(24g/l)的水溶液。
典型的加工容器是底部?jī)A斜至排放口的垂直圓柱形罐，而且安裝的混合器(6)使用了葉片式或分散式的旋轉(zhuǎn)攪拌器。
在操作中，將絡(luò)鹽溶液充滿容器，同時(shí)將顆粒粉末以指定的比例，典型的為20％w/w，加入到其中，并完全分散。
接著在室溫條件下連續(xù)攪拌絡(luò)鹽溶液足夠的時(shí)間以從分散的粉末中浸提蛋白質(zhì)。然而時(shí)間也可變化以適應(yīng)粉末的性質(zhì)，已發(fā)現(xiàn)大約1小時(shí)是有效的。
在浸提操作完成時(shí)，容器中的內(nèi)容物是料漿的形式，其中含有懸浮在絡(luò)鹽和提取物的溶液中的廢濾餅固體。
使用正排量泵(8)將料漿輸送至潷析離心機(jī)或壓濾機(jī)，最有效的是后者，從而將廢粉末固體與溶液分離。廢粉末具有例如15-30％范圍內(nèi)的含濕量。將回收的溶液收集在接收容器(10)中。
蛋白質(zhì)的分離用泵(11)將絡(luò)鹽和提取物的溶液從接收容器(10)輸送到熱交換器系統(tǒng)(12)中，在該系統(tǒng)中將其溫度升至70℃以上，通常達(dá)95℃持續(xù)0.5至1分鐘。提供水壓或機(jī)械裝置進(jìn)行充分的攪拌以確保沉淀的材料不會(huì)在容器的表面燒焦。熱交換器的主要部分可使用蒸汽作為間接加熱介質(zhì)，具有用于溶液的適宜的溫度控制系統(tǒng)。通過(guò)使用流出的熱溶液來(lái)間接加熱流入的冷溶液而在熱交換器的最初部分達(dá)到最佳能量效率。
在將溶液溫度升至70℃以上的操作中，一些有機(jī)化合物(包括蛋白質(zhì)，酶和糖類)沉淀而在溶液中形成固體懸浮物。這些材料是副產(chǎn)品，通過(guò)分離器(13)，通常為用于疊盤設(shè)計(jì)的連續(xù)操作的離心機(jī)，將懸浮物從熱交換器中排出。將沉淀的材料收集成稠漿或餅，并在壓力下將凈化的溶液從離心機(jī)中直接排放到接收容器(14)中。
濃縮將溶液從接收容器(14)輸送到進(jìn)行去除過(guò)量水的操作。這可以采取多級(jí)真空蒸發(fā)器或優(yōu)選的通常被稱為超濾機(jī)(15)的選擇性膜濾器的形式。當(dāng)考慮到要從溶液中去除除了水以外的低分子量溶質(zhì)時(shí)使用后面的方法，而且該方法使用標(biāo)稱孔尺寸通常為5,000千道爾頓的膜并且通常在20psi差壓下進(jìn)行。整個(gè)操作通常使產(chǎn)品蛋白質(zhì)的濃度增加10倍。濃縮的產(chǎn)品以飽和溶液中固體懸浮物的形式排出，輸送至接收容器(16)中。
可以將容器(16)中接收的濃縮產(chǎn)品包裝并配給以供直接使用(作為絮凝劑)。或者，通過(guò)泵(17)從容器(16)送入干燥操作中進(jìn)行脫水。
干燥如果上述方法能方便安排，可以直接使用稠漿狀的蛋白質(zhì)(作為水處理助劑)。然而，應(yīng)當(dāng)承認(rèn)大規(guī)模高效形式的工廠會(huì)遠(yuǎn)離使用蛋白質(zhì)的各位置。出于這一主要目的，將蛋白質(zhì)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦煞勰?，這樣能耐降解同時(shí)適宜儲(chǔ)存，運(yùn)輸和使用。
該操作包括的系統(tǒng)用于將稠漿干燥至優(yōu)選為15％或更低的含濕量并且生產(chǎn)出方便使用的細(xì)分形式的蛋白質(zhì)。
冷凍干燥是將蛋白質(zhì)干燥成破碎為細(xì)小顆粒態(tài)的易碎固體的方法。優(yōu)選的方法是噴霧干燥法，該方法干燥蛋白質(zhì)而不會(huì)有不希望的降解同時(shí)將其轉(zhuǎn)變成細(xì)小粉末。
噴霧干燥器(18)由一腔室組成，通過(guò)可變?nèi)萘空帕勘?17)在控制速率下將料漿送入該腔室。利用霧化器噴嘴或霧化器旋轉(zhuǎn)盤在腔室中將料漿分散成非常小的液滴形式。同時(shí)引入大量空氣，該空氣通常已經(jīng)被加熱到200℃。該方法實(shí)現(xiàn)了快速蒸發(fā)料漿中的水分而不會(huì)將產(chǎn)品的溫度升高到破壞水平，對(duì)于該蛋白質(zhì)來(lái)說(shuō)排出溫度限制在100℃或更低，優(yōu)選80-90℃，最優(yōu)選84-87℃。
將最終產(chǎn)品在兩個(gè)適宜的位置(20)處通過(guò)旋轉(zhuǎn)閥從噴霧干燥系統(tǒng)中排出，或者利用類似的方法將蛋白質(zhì)直接裝入用于運(yùn)輸?shù)娜萜髦谢蜉斔蛡魉拖到y(tǒng)中而輸送至填充過(guò)程。
在使用時(shí)，通常將液體濃縮物在清水中稀釋至2∶1，對(duì)于便攜水處理根據(jù)將要處理的水的性質(zhì)一次施加的劑量為1-20mg/l(當(dāng)量的蛋白質(zhì)含量)。對(duì)于污水中應(yīng)用來(lái)說(shuō)，劑量范圍在5至50mg/l之間(當(dāng)量蛋白質(zhì)含量)。
將干產(chǎn)品制備成在清水中為5％(w/v)的儲(chǔ)備溶液，并且根據(jù)實(shí)際應(yīng)用以基于當(dāng)量蛋白質(zhì)含量的相似用量作為液體濃縮物投料。
權(quán)利要求
1.一種由辣木科樹(shù)種制備促凝劑蛋白質(zhì)的方法，該方法包括如下步驟處理種子濾餅和/或整個(gè)種子以產(chǎn)生均勻分散的顆粒粉末；將顆粒粉末加入絡(luò)鹽溶液中以從粉末中浸提蛋白質(zhì)；將蛋白質(zhì)溶液與剩余的固體分離；通過(guò)加熱溶液沉淀一定的有機(jī)化合物；和從溶液中去除沉淀物并且去除過(guò)量的水以濃縮產(chǎn)品蛋白質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，它包括干燥蛋白質(zhì)料漿至含濕量為15％或更低的附加步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述種子源自辣木(Moringaoleifera)Lam。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)的方法，其中顆粒粉末具有0.5至2.5mm直徑的顆粒尺寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中顆粒粉末具有1至2mm直徑的顆粒尺寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)的方法，其中絡(luò)鹽溶液包括含有氯化鈣、氯化鎂、氯化鉀和氯化鈉的水溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中絡(luò)鹽溶液包括含有氯化鈣(0.5-1.5g/l)、氯化鎂(3.0-5.0g/l)、氯化鉀(0.5-1.0g/l)和氯化鈉(20-30g/l)的水溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)的方法，其中將絡(luò)鹽和提取物的溶液的溫度升至70℃以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)的方法，其中利用離心作用來(lái)分離蛋白質(zhì)溶液和沉淀的材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)的方法，其中利用過(guò)濾來(lái)濃縮蛋白質(zhì)溶液。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10任一項(xiàng)的方法，其中噴霧干燥蛋白質(zhì)溶液。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至10任一項(xiàng)的方法，其中冷凍干燥蛋白質(zhì)溶液。
13.一種促凝蛋白質(zhì)制劑，該制劑由權(quán)利要求1至12任一項(xiàng)的方法來(lái)制備時(shí)適用于水的凈化。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的蛋白質(zhì)制劑在污水處理和凈化中的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制備蛋白質(zhì)的方法，該蛋白質(zhì)能夠作為污水處理和凈化中有效的促凝劑。本發(fā)明具體涉及從辣木科樹(shù)木的種子中提取促凝劑蛋白質(zhì)衍生物的方法。本發(fā)明還涉及根據(jù)上述方法制備的促凝蛋白質(zhì)制劑，以及這種制劑在污水處理和凈化中的用途。
文檔編號(hào)B01D11/02GK1432021SQ01810348
公開(kāi)日2003年7月23日 申請(qǐng)日期2001年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月31日
發(fā)明者J·P·薩瑟蘭 申請(qǐng)人:最佳環(huán)境股份有限公司