專利名稱：用于處理有機物質(zhì)的殘渣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于處理有機物質(zhì)的殘渣、分離鈣、回收鈣和/或磷的方法，并涉及所得產(chǎn)物的應(yīng)用以及它們作為土壤改良劑和肥料的用途，還涉及提供氣體凈化中的二氧化碳捕獲劑的方法。
背景技術(shù)：
人們已習(xí)慣于將植物源性的和動物源性的產(chǎn)品用于各種目的。在打算用作食品及其他有用目的的產(chǎn)品的處理和制備中，產(chǎn)生了大量殘渣，例如魚廢料、魚骨和魚鱗；禽廢料，包括羽毛和軟骨；馬鈴薯、胡蘿卜、番茄以及其他植物和蔬菜的葉、莖和皮；果皮和谷物殼等。除了農(nóng)業(yè)和毛皮獸養(yǎng)殖業(yè)，在例如土地和水系的管理中，也會產(chǎn)生各種廢物，其中的一個例子是利用生物操縱方式管理水系時，捕獲了大量的魚類。在芬蘭的環(huán)境中，所涉及的魚類通常是數(shù)以噸計的石斑魚。
焚燒這些廢物或用其他方式處理是麻煩的，而且所使用的方法和設(shè)備通常也不能滿足目前的環(huán)保要求。處理有機物質(zhì)的一個問題是待處理的這些物質(zhì)是季節(jié)性積累的，且難以儲存這些物質(zhì)。處理后的廢物中的礦物質(zhì)組成使其利用變得困難例如，氮、鈣、鉀和磷之間很少以所需的比例存在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供解決上述問題的方法。特別是，本發(fā)明的目的是提供一種方法，例如，通過該方法，可以加強對有機物質(zhì)及其殘渣的利用，并且通過該方法，可以產(chǎn)生適于農(nóng)業(yè)應(yīng)用的最終產(chǎn)品。
根據(jù)本發(fā)明中所進(jìn)行的相關(guān)實驗，基于養(yǎng)料分析和耕種試驗，由分解有機物質(zhì)獲得的水解殘渣具有明顯的施肥效果和施肥價值。如果將富含氮的有機物質(zhì)用作水解過程的起始原料，則可以改變鉀和磷酸鹽的含量和/或比例，從而優(yōu)化養(yǎng)料組成而使其適用于不同的用途(例如，適用于不同的蔬菜和谷物或適用于不同的土壤類型)。
采用微生物法可以將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氨，將硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化氫，或用堿土金屬將磷酸鹽沉淀形成不溶性化合物。
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)有機物質(zhì)，特別是魚漿用上述的例如本文中的方法進(jìn)行水解時，水解殘渣包含磷酸鈣。特別是，當(dāng)魚骨原料水解時，產(chǎn)生大量的磷酸鈣。然而，這種形式的磷酸鹽是不溶性的，因而不能用作植物的肥料。
因此，本發(fā)明的目的是開發(fā)一種方法和實施該方法的設(shè)備，所述方法和設(shè)備用于處理有機物質(zhì)及其殘渣，并用于分離鈣和回收磷酸，以及用于進(jìn)一步將所述產(chǎn)物用于氣體的洗滌和作為土壤改良劑和肥料。本發(fā)明的目的通過以獨立權(quán)利要求所披露的內(nèi)容為特征的方法和設(shè)備來實現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選實施方式披露于從屬權(quán)利要求中。
本發(fā)明通過用酸處理存在于有機物質(zhì)中的或其水解產(chǎn)物中產(chǎn)生的磷酸鈣，從而將其轉(zhuǎn)化為有用形式，借此，鈣作為與所述酸相應(yīng)的鹽而沉淀，剩下的磷酸根離子形成磷酸。還可用銨離子使剩余的游離磷酸根離子形成化合物。
可分離所形成的鈣鹽并進(jìn)一步將其煅燒為氧化鈣。當(dāng)在水溶液中水解時，所得的氧化鈣形成氫氧化鈣，所述氫氧化鈣是可以用于凈化氣體的良好的二氧化碳捕獲劑。存在于待凈化氣體中的二氧化碳與由氧化鈣形成的氫氧化鈣反應(yīng)形成碳酸鈣。
所形成的碳酸鈣可以用作土壤改良劑或肥料，或可將其進(jìn)一步煅燒。煅燒碳酸鈣所需要的溫度低于1000℃。
剩余的磷酸溶液，例如在傾析后，可以與含有碳酸氫銨和/或碳酸鉀的水解殘渣合并，借此，在釋放出二氧化碳的同時，所述鉀鹽和銨鹽轉(zhuǎn)化為磷酸鹽形式。
本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的優(yōu)點在于提供含有較少二氧化碳的更清潔的經(jīng)過洗滌的氣體。本發(fā)明的另一優(yōu)點在于氣體洗滌中所產(chǎn)生的碳酸鈣可以在比磷酸鈣低很多的溫度下煅燒，磷酸鈣的分解需要約1700℃的溫度。此外，通過加以計算地改變殘渣中的各種成分，可以控制鉀、銨態(tài)氮和磷的濃度及其比例。因此，可以精確地制備對于每個植物種類或土壤類型最合適的肥料組合物。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及一種用于處理有機物質(zhì)的殘渣的方法，該方法包括以下步驟a)將殘渣中的有機成分與含有磷酸鈣的成分分離；b)將所述含有磷酸鈣的成分加到酸中，和/或c)使鈣作為與所述酸對應(yīng)的鹽沉淀，和選擇性地d)分離由磷酸根離子形成的磷酸。
此后，可選擇性地將鈣鹽煅燒以獲得氧化鈣，所述氧化鈣與水形成氫氧化鈣，所述氫氧化鈣作為氣體凈化中的二氧化碳捕獲劑。
所形成的碳酸鈣可以回收。
在上下文中，所述有機物質(zhì)可以指任何有機物質(zhì)。有機物質(zhì)可以是植物源性的或動物源性的。植物源性的物質(zhì)可以是例如栽培植物或栽培植物的廢料，例如卷心菜、馬鈴薯或馬鈴薯皮。動物源性的物質(zhì)可以是，例如魚漿，諸如魚或魚廢料，或禽或禽廢料或骨粉混合物。動物源性的物質(zhì)特別是魚漿。
在本發(fā)明中，所述有機物質(zhì)的殘渣是指該有機物質(zhì)本身或用各種方法處理后的有機物質(zhì)。
術(shù)語“殘渣”用于強調(diào)指出該物質(zhì)不能以例如人類食品或動物飼料等任何其他方式使用。
例如骨或魚骨的有機物質(zhì)可按原樣得到利用。通過適當(dāng)?shù)念A(yù)處理工藝可加速所述有機物質(zhì)的分解，其中一個優(yōu)選的例子是微生物分解或化學(xué)分解或水解。
通過例如生物轉(zhuǎn)化過程可以獲得水解殘渣，并且它可以是完全水解或部分水解的有機物質(zhì)。
在常壓或高于大氣壓的壓力下進(jìn)行水解。優(yōu)選在高于大氣壓的壓力下進(jìn)行水解，例如在1.1～6巴，更優(yōu)選在約2巴的壓力下進(jìn)行水解。
在本發(fā)明的方法中，可以采用任何常規(guī)方法將殘渣中的有機成分與含有磷酸鈣的成分分離。例如可以通過以下方法進(jìn)行分離從殘渣中傾析有機物質(zhì)，使所得的含有磷酸鈣的物質(zhì)含水盡可能的少。還可通過從反應(yīng)器的底部移出含有磷酸鈣的物質(zhì)進(jìn)行分離。分離還可以通過例如加壓分離或離心分離來進(jìn)行。
任何比磷酸強的有機酸或無機酸均可以作為所使用的酸。這些酸的例子包括HClO4(高氯酸)、HCl(鹽酸)、H2SO4(硫酸)、HNO3(硝酸)和(COOH)2(草酸)。優(yōu)選所使用的酸為草酸，這是因為草酸為有機酸，并且隨后仍可將產(chǎn)物通過燃燒分解。通過改變所用酸的量，可以改變形成并沉淀的鹽的量。
可在常壓或高于常壓的壓力下實施本發(fā)明，例如在1.2～6巴，優(yōu)選在約2巴的壓力下。
磷酸鈣可形成與所使用的酸相對應(yīng)的鹽。優(yōu)選形成草酸鈣鹽。將所得的鹽分離，并選擇性地將其煅燒以產(chǎn)生氧化鈣。氧化鈣與水反應(yīng)形成氫氧化鈣，該氫氧化鈣可作為二氧化碳捕獲劑而用于氣體的洗滌和凈化。
待凈化的氣體為含有二氧化碳的氣體，優(yōu)選為煙道氣或沼氣。將其回收，并作為溫室氣體，用于加熱、發(fā)電或作為燃料。
在氣體洗滌中，氫氧化鈣與二氧化碳反應(yīng)得到碳酸鈣，該碳酸鈣可用作土壤改良劑或肥料。也可將碳酸鈣焚燒。所述碳酸鈣可以在焚化爐中焚燒，所需的溫度低于1000℃。
本發(fā)明還涉及通過以下方法制備的磷酸，在所述方法中，將含有磷酸鈣的成分與有機物質(zhì)的殘渣中的有機成分分離，并將所述的含有磷酸鈣的成分加入酸中，借此，存在于溶液中的游離磷酸根離子在該反應(yīng)中形成磷酸，回收所形成的磷酸。
本發(fā)明還涉及通過以下方法制備的含有磷酸的產(chǎn)物，在所述方法中，傾析磷酸溶液，并與含有碳酸氫銨和碳酸鉀的水解殘渣合并，借此，在釋放出二氧化碳的同時，鉀鹽和銨鹽轉(zhuǎn)化為磷酸鹽的形式。還可以將所獲得的含有磷酸的產(chǎn)物用作土壤改良劑、肥料或類似肥料的產(chǎn)品。通過加以計算地改變各種組分，可以控制鉀、銨態(tài)氮和磷的濃度及其比例，從而生產(chǎn)出更具有植物特異性和土壤特異性的肥料和土壤改良用產(chǎn)品。
本發(fā)明還涉及通過以下方法制備的含有碳酸鈣的產(chǎn)物，在所述方法中，將含有磷酸鈣的成分與有機物質(zhì)的殘渣中的有機成分分離，將含有磷酸鈣的成分加入酸中，借此，鈣作為與所述酸相應(yīng)的鹽沉淀出來，將所述鈣鹽煅燒形成氧化鈣，其與水形成氫氧化鈣，該氫氧化鈣與二氧化碳反應(yīng)形成碳酸鈣，回收所得到的碳酸鈣。所述含有碳酸鈣的產(chǎn)品可以用作土壤改良劑、肥料和類似肥料的產(chǎn)品。還可將該碳酸鈣再次煅燒以形成二氧化碳捕獲劑。
對于普通技術(shù)人員顯而易見的是，隨著技術(shù)的進(jìn)步，本發(fā)明的基本思想可采用各種不同的方式實施。因此，本發(fā)明及其實施方式并不限于上述實施方式，而是可在權(quán)利要求的范圍內(nèi)變化。
實施例實施例1小魚骨的處理制備含有10g小魚骨和100ml 5-％草酸的溶液。將所述溶液混合30分鐘。溶液的pH值為1.2，并具有輕微的硫化氫的氣味。小魚骨逐漸溶解，并進(jìn)一步沉淀。然后，將所述溶液用GF/B濾紙進(jìn)行真空抽濾。用UV(紫外線)裝置檢測溶液中的磷酸根含量。PO43-含量為7300mg/l。
實施例2骨粉的處理制備含有10g骨粉和100ml 5-％草酸的溶液。將所述溶液混合60分鐘。然后，將所述溶液用GF/B濾紙進(jìn)行真空過濾。用UV裝置檢測溶液中的磷酸根含量。PO43-含量為15000m/l。
實施例3大魚骨的處理制備在100ml水中含有5g大魚骨和5g脫水草酸的溶液。將所述溶液混合60分鐘，然后將溶液放置1小時。然后，將所述溶液用GF/B濾紙進(jìn)行真空過濾。用UV裝置檢測溶液中的磷酸根含量。PO43-含量為7000mg/l。
實施例4大魚骨的處理制備在100ml水中含有5g大魚骨和5g脫水草酸的溶液。將所述溶液放置60分鐘，然后將溶液混合120分鐘。將所述溶液用GF/B濾紙進(jìn)行真空過濾并用UV裝置檢測溶液中的磷酸根含量。PO43-含量為8500mg/l。
實施例5有機物質(zhì)的水解殘渣的形成和處理在容積為300升的反應(yīng)器R1中加入有機物質(zhì)和20升接種物，所述有機物質(zhì)含有18.8kg骨粉、28.9kg魚和3.8kg遺傳操作的酵母(Genencor)，所述接種物含有不同魚類自身的微生物以及酵母。反應(yīng)器的壓力為2巴。反應(yīng)器的pH為8.2。用分光光度計檢測總NH2量，其為9200mg/l。此外，采用硫酸測定碳酸根含量，計算碳酸銨形式的銨離子含量。計算得出銨離子含量為8700mg/，碳酸根含量為46300mg/l。還測定了堿度和磷酸根含量。堿度為32000，磷酸根含量為1200mg/l。測定了由反應(yīng)器獲得的沼氣的量和組成。第二天，反應(yīng)器產(chǎn)生109.4升/天的沼氣，該沼氣含有74.6％的CH4(甲烷)和20.0％的CO2(二氧化碳)。
從反應(yīng)器R1獲得的沼氣可再循環(huán)進(jìn)入含有強氨性生物廢物的反應(yīng)器中，在該反應(yīng)器中，二氧化碳進(jìn)一步與氨反應(yīng)并形成緩沖化合物。在這種情況下，氨的毒性消失了，從而產(chǎn)生適于微生物的環(huán)境。
以適當(dāng)?shù)臅r間間隔從上述任一反應(yīng)器取出部分或完全水解后的殘渣，并按照實施例1～4所述用酸處理。當(dāng)用水解作為預(yù)處理時，整個過程更快速并更有效。
權(quán)利要求
1.用于處理有機物質(zhì)的殘渣的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟a)將所述殘渣中的有機成分與含有磷酸鈣的成分分離，b)將所述含有磷酸鈣的成分加到酸中，c)使所述鈣作為與所述酸相應(yīng)的鹽而沉淀，和d)選擇性地分離由磷酸根離子形成的磷酸。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，被處理的所述殘渣為有機物質(zhì)的廢料或由所述有機物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化得到的水解殘渣。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的有機物質(zhì)是動物源性的。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述動物源性的物質(zhì)為魚、魚廢料、禽或禽廢料。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的有機物質(zhì)是植物源性的。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述植物源性的物質(zhì)為栽培植物、栽培植物的廢料，例如卷心菜、馬鈴薯或馬鈴薯皮。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法在常壓下進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法在高于大氣壓的壓力下進(jìn)行。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述的方法在1.2～6巴的壓力下進(jìn)行，優(yōu)選在約2巴的壓力下進(jìn)行。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所使用的酸為酸性比磷酸更強的酸。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所使用的酸為下列之一高氯酸、鹽酸、硫酸、硝酸或草酸。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所使用的酸為草酸。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，由鈣形成的所述鹽為草酸鈣。
14.如權(quán)利要求1～13任一項所述的方法，其特征在于，回收所述的鈣鹽并選擇性地將該鈣鹽煅燒為氧化鈣。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述的氧化鈣與水發(fā)生反應(yīng)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，氧化鈣與水反應(yīng)后形成氫氧化鈣，該氫氧化鈣在氣體凈化中作為二氧化碳捕獲劑。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，待凈化的氣體為含有二氧化碳的氣體，優(yōu)選為煙道氣或沼氣。
18.如權(quán)利要求16或17所述的方法，其特征在于，回收經(jīng)凈化的氣體。
19.如權(quán)利要求16～18任一項所述的方法，其特征在于，回收在氣體凈化中所形成的碳酸鈣。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，將所回收的碳酸鈣用作土壤改良劑、肥料或類似肥料的產(chǎn)品。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，將所回收的碳酸鈣煅燒。
22.如權(quán)利要求1～21任一項所述的方法，其特征在于，傾析并回收所形成的磷酸溶液。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，將所回收的磷酸溶液與所述有機物質(zhì)的水解殘渣合并。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，將含有磷酸和水解殘渣的所述產(chǎn)物用作土壤改良劑、肥料或類似肥料的產(chǎn)品。
25.如權(quán)利要求1～24任一項所述的用于處理有機物質(zhì)的殘渣的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟a)將所述殘渣中的有機成分與含有磷酸鈣的成分分離，b)將所述含有磷酸鈣的成分加到含酸溶液中，借此c)使所述鈣作為與所述酸相應(yīng)的鹽而沉淀，回收所述的鹽并選擇性地將其煅燒以得到氧化鈣，和d)分離由磷酸根離子形成的磷酸。
26.一種含有碳酸鈣的產(chǎn)物，其特征在于，該產(chǎn)物由下述方法制備，在該方法中，將含有磷酸鈣的成分與有機物質(zhì)的殘渣中的有機成分分離，將所述含有磷酸鈣的成分加到酸中，使鈣作為與所述酸相應(yīng)的鹽而沉淀，將所述鈣鹽煅燒以形成氧化鈣，所述氧化鈣與水形成氫氧化鈣，所述氫氧化鈣與二氧化碳反應(yīng)形成碳酸鈣，回收所得到的碳酸鈣。
27.權(quán)利要求26所述的產(chǎn)物作為土壤改良劑、肥料和類似肥料的產(chǎn)品的應(yīng)用。
28.磷酸，其特征在于通過以下方法制備，在該方法中，將含有磷酸鈣的成分與有機物質(zhì)的殘渣中的有機成分分離，將所述含有磷酸鈣的成分加到酸中，借此，存在于溶液中的游離磷酸根離子在反應(yīng)中形成磷酸，并回收所形成的磷酸。
29.一種含有磷酸的產(chǎn)物，其特征在于，該產(chǎn)物由下述方法制備，在該方法中，將含有磷酸鈣的成分與有機物質(zhì)的殘渣中的有機成分分離，將所述含有磷酸鈣的成分加到酸中，借此，存在于溶液中的游離磷酸根離子形成磷酸，并將所述磷酸與含有碳酸氫銨和碳酸鉀的水解殘渣合并。
30.權(quán)利要求29所述的產(chǎn)物作為土壤改良劑、肥料或類似肥料的產(chǎn)品的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于處理有機物質(zhì)、分離鈣和回收磷的方法，本發(fā)明還涉及所獲得的產(chǎn)物的應(yīng)用以及它們作為土壤改良劑和肥料的應(yīng)用，還涉及提供氣體凈化中的二氧化碳捕獲劑的方法。在本方法中，將有機成分與含有磷酸鈣的成分分離，將含有磷酸鈣的成分溶解于含酸溶液中和/或使鈣作為與所述酸相應(yīng)的鹽而沉淀，并選擇性地分離由磷酸根離子形成的磷酸。本發(fā)明還涉及由本發(fā)明的方法制備的含有碳酸鈣的產(chǎn)物和含有磷酸的產(chǎn)物。
文檔編號C05B7/00GK1659117SQ03812599
公開日2005年8月24日 申請日期2003年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月31日
發(fā)明者尤西·耶爾文蒂耶 申請人:普雷塞科有限責(zé)任公司