本發(fā)明涉及大豆蛋白生產(chǎn)以及污染物處理領(lǐng)域，提供了一種水熱碳化處理豆渣黑泥制備肥料的方法。

背景技術(shù)：

大豆蛋白一般是指來(lái)源于大豆的蛋白質(zhì)，其氨基酸組成與牛奶相接近，不含膽固醇，并且含有異黃酮等特有活性成分，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。由于大豆蛋白有以上優(yōu)點(diǎn)，加之其制備原料成本低廉易得，制備技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，國(guó)內(nèi)大豆蛋白制備產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，截止2015年國(guó)內(nèi)大型大豆蛋白生產(chǎn)企業(yè)已近百家，中小型企業(yè)數(shù)量更多。

目前國(guó)內(nèi)企業(yè)大豆蛋白生產(chǎn)的基本過(guò)程為：低溫浸出-堿溶-酸沉-離心-噴霧干燥或酶處理，其中堿溶后會(huì)產(chǎn)生大量豆渣(每噸蛋白約5噸豆渣)，酸沉離心后會(huì)產(chǎn)生大量廢水(每噸蛋白約20噸高cod、bod的廢水)。如果不能妥善處置，會(huì)造成嚴(yán)重污染問(wèn)題，并且如果不能充分利用這些富含蛋白、纖維素的豆渣和廢水也是一種很大的資源浪費(fèi)。

目前，豆渣的主要去向?yàn)轱暳蠌S(chǎng)家，廢水主要經(jīng)污水廠(chǎng)處理。由于豆渣含水率高，極容易腐敗，作為飼料直接使用或加工并不方便，因此很多時(shí)候豆渣會(huì)直接作為肥料使用甚至丟棄。生產(chǎn)大豆蛋白的廢水沉淀所產(chǎn)生的污泥，即豆渣黑泥，無(wú)論堆肥、填埋都存在占地大，污染等問(wèn)題。大豆蛋白生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)廢物的綜合處理和利用距離“減量化、無(wú)害化、穩(wěn)定化、資源化”的理想狀態(tài)還有很大的差距。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

申請(qǐng)人在引入德國(guó)buttmann水熱碳化處理技術(shù)建造設(shè)備，實(shí)際運(yùn)行處理城市生活污水廠(chǎng)污泥(北京、兗州、濟(jì)寧等地)的基礎(chǔ)上中對(duì)水熱碳化處理工藝進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化并嘗試擴(kuò)展其適用范圍。實(shí)驗(yàn)中，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，水熱碳化技術(shù)完全可以用于處理豆渣和豆渣黑泥，能有效降低兩者含水率并改善其營(yíng)養(yǎng)元素組成。將現(xiàn)有的水熱碳化催化劑種類(lèi)和添加方式(在進(jìn)入反應(yīng)器之前一次性加入濃硫酸)改為兩次分步添加(在進(jìn)入反應(yīng)器之前加入醋酸，在反應(yīng)進(jìn)行到中途向反應(yīng)器中加入濃硫酸)，能更好的改善產(chǎn)物含水率以實(shí)現(xiàn)更好的減量/保存效果，并提高蛋白/有效氮磷含量。

本發(fā)明中所述的“豆渣黑泥”是指大豆蛋白生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水所沉淀產(chǎn)生的污泥。

一方面，提供了一種水熱碳化處理豆渣黑泥制備肥料的方法，包括步驟：

a.豆渣黑泥收集；

b.將豆渣黑泥送至反應(yīng)器，期間加入醋酸；

c.在反應(yīng)器中進(jìn)行水熱碳化反應(yīng)，期間加入濃硫酸；

d.收集產(chǎn)生的生物碳漿；

e.板壓脫水后，粉碎，裝袋作為肥料成品。

進(jìn)一步的方面，該方法中使用的濃硫酸為98％濃硫酸，醋酸為冰醋酸。

進(jìn)一步的方面，該方法中使用的濃硫酸加入量為0.5-1％(v/v)，醋酸加入量為1-2％(v/v)。

進(jìn)一步的方面，該方法中使用的濃硫酸加入量為0.5％(v/v)，醋酸加入量為1.5％(v/v)。

進(jìn)一步的方面，水熱碳化溫度為150-200℃，壓力為15-30bar，時(shí)間為60-150分鐘。

進(jìn)一步的方面，水熱碳化溫度為150℃，壓力為20bar，時(shí)間為120分鐘。

進(jìn)一步的方面，水熱碳化進(jìn)行到預(yù)期反應(yīng)時(shí)間四分之一時(shí)加入濃硫酸。

進(jìn)一步的方法，步驟d中通過(guò)泄壓系統(tǒng)在保障系統(tǒng)運(yùn)行壓力的條件下收集產(chǎn)生的生物碳漿，期間通過(guò)熱交換系統(tǒng)接受生物碳漿的熱量，所獲熱量用于通過(guò)前熱交換系統(tǒng)在步驟b中預(yù)熱黑泥，碳漿通過(guò)卸壓系統(tǒng)降壓后留余壓送至緩沖儲(chǔ)罐。

進(jìn)一步的方面，反應(yīng)器中的壓力由污泥泵提供。

附圖說(shuō)明

附圖1是污泥熱水碳化處理技術(shù)的完整工藝流程框圖。圖中：1、進(jìn)料漏斗，2、污泥加壓泵，3、前熱交換器系統(tǒng)，4、熱回收，5、1#催化劑投加點(diǎn)，6、反應(yīng)器，7、后熱交換器系統(tǒng)，8、卸壓系統(tǒng)，9、碳漿儲(chǔ)倉(cāng)，10、板框脫水裝置，11、廢水處理(選擇項(xiàng))，12、1#催化劑投加泵，13、2#催化劑投加泵，14、生物炭導(dǎo)熱油爐，15、濾液儲(chǔ)罐，16，污泥料倉(cāng)，a、含水率85％的豆渣黑泥，b、沉淀物回饋(可選)，c、處理后水返回工廠(chǎng)進(jìn)水口，d、生物炭餅。

附圖2是申請(qǐng)人實(shí)際處理豆渣使用的設(shè)備外觀(guān)圖(3000噸年處理能力)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1豆渣黑泥的處理

豆渣黑泥樣本來(lái)源：山東興魚(yú)大豆生物有限公司所產(chǎn)廢水經(jīng)沉淀所得黑泥，含水率約85％。

本發(fā)明的處理過(guò)程：

a.使用封閉螺旋收集豆渣黑泥；

b.將豆渣黑泥送至反應(yīng)器，期間加入冰醋酸1.5％(v/v)并以前熱交換系統(tǒng)預(yù)熱黑泥；

c.在反應(yīng)器中進(jìn)行水熱碳化反應(yīng)，水熱碳化溫度為150℃，壓力為20bar，時(shí)間為120分鐘，反應(yīng)進(jìn)行到約30分鐘時(shí)加入98％濃硫酸0.5％(v/v)，反應(yīng)器中的壓力由污泥泵提供；

d.通過(guò)泄壓系統(tǒng)在保障系統(tǒng)運(yùn)行壓力的條件下收集產(chǎn)生的生物碳漿，期間通過(guò)后熱交換系統(tǒng)降溫并回收熱量；

e.板壓脫水得炭餅。

對(duì)照處理過(guò)程1：

基本處理過(guò)程同本發(fā)明的處理過(guò)程，其中不加入酸催化劑，并調(diào)整水熱碳化溫度至200℃，壓力至30bar，時(shí)間至150分鐘。

對(duì)照處理過(guò)程2：

基本處理過(guò)程同本發(fā)明的處理過(guò)程，其中僅在步驟b中加入98％濃硫酸1.5％作為單一一種催化劑。

對(duì)照處理過(guò)程3：

基本處理過(guò)程同本發(fā)明的處理過(guò)程，其中僅在步驟b中加入98％濃硫酸1.5％作為單一一種催化劑，并調(diào)整水熱碳化溫度至200℃，壓力至30bar，時(shí)間至150分鐘。

對(duì)照處理過(guò)程4

基本處理過(guò)程同本發(fā)明的處理過(guò)程，其中在步驟b中加入98％濃硫酸1％，在步驟c反應(yīng)進(jìn)行到30分鐘是加入80％濃硝酸，作為催化劑，

上述處理過(guò)程使用相同的設(shè)備，相同的黑泥進(jìn)樣量(1.5噸)進(jìn)行。

實(shí)施例2實(shí)施例1中各處理方法的效果比較

測(cè)定所得炭餅含水率，有效氮含量(堿擴(kuò)散法)，有效磷含量(鉬銻抗比色法)

結(jié)果表明，相比現(xiàn)有的水熱碳化方法，本發(fā)明的方法能夠更有效的降低黑泥含水率以更好的實(shí)現(xiàn)污泥減量，同時(shí)延長(zhǎng)保存時(shí)間(數(shù)據(jù)見(jiàn)實(shí)施例3)；縮短反應(yīng)時(shí)間(效果好于反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)的對(duì)照1和3)；有效提高了產(chǎn)品中有效氮和磷含量以實(shí)現(xiàn)更好的肥料效果(即使排除含水率的區(qū)別，本發(fā)明方法產(chǎn)物的有效氮和磷含量也明顯高于對(duì)照，這可能是由分步加入兩種酸產(chǎn)生的更好破壁分解過(guò)程引起)；與對(duì)照4的對(duì)比可以看出，對(duì)于豆渣原料，采用弱酸加強(qiáng)酸的方式效果甚至好于純強(qiáng)酸(含水低，含氮高，含磷略低)。本發(fā)明的方法在建造和運(yùn)行費(fèi)用上與現(xiàn)有水熱碳化處理技術(shù)并無(wú)明顯區(qū)別(酸種類(lèi)增多但總體積不變)。

實(shí)施例3實(shí)際肥料制備和使用

板壓脫水得到的炭餅含水率低，適合運(yùn)輸一定時(shí)間的儲(chǔ)存/堆肥。原污泥露天堆放3日左右就會(huì)發(fā)酵產(chǎn)生極其難聞的氣味，操作人員不做防護(hù)難以接近，而經(jīng)過(guò)處理的炭餅露天堆放30日也沒(méi)有明顯的臭味產(chǎn)生。

在蘿卜盆栽實(shí)驗(yàn)中，將實(shí)施例1中使用本發(fā)明方法制備的炭餅作為有機(jī)肥以干土重1.5％的量施用時(shí)，蘿卜生長(zhǎng)情況(生長(zhǎng)速度和地下部分大小)明顯優(yōu)于未施肥組。