一种水热碳化处理豆渣黑泥制备肥料的方法与流程

本发明涉及大豆蛋白生产以及污染物处理领域，提供了一种水热碳化处理豆渣黑泥制备肥料的方法。

背景技术：

大豆蛋白一般是指来源于大豆的蛋白质，其氨基酸组成与牛奶相接近，不含胆固醇，并且含有异黄酮等特有活性成分，具有较高的营养价值。由于大豆蛋白有以上优点，加之其制备原料成本低廉易得，制备技术相对简单，国内大豆蛋白制备产业发展迅速，截止2015年国内大型大豆蛋白生产企业已近百家，中小型企业数量更多。

目前国内企业大豆蛋白生产的基本过程为：低温浸出-碱溶-酸沉-离心-喷雾干燥或酶处理，其中碱溶后会产生大量豆渣(每吨蛋白约5吨豆渣)，酸沉离心后会产生大量废水(每吨蛋白约20吨高cod、bod的废水)。如果不能妥善处置，会造成严重污染问题，并且如果不能充分利用这些富含蛋白、纤维素的豆渣和废水也是一种很大的资源浪费。

目前，豆渣的主要去向为饲料厂家，废水主要经污水厂处理。由于豆渣含水率高，极容易腐败，作为饲料直接使用或加工并不方便，因此很多时候豆渣会直接作为肥料使用甚至丢弃。生产大豆蛋白的废水沉淀所产生的污泥，即豆渣黑泥，无论堆肥、填埋都存在占地大，污染等问题。大豆蛋白生产过程中所产废物的综合处理和利用距离“减量化、无害化、稳定化、资源化”的理想状态还有很大的差距。

技术实现要素：

申请人在引入德国buttmann水热碳化处理技术建造设备，实际运行处理城市生活污水厂污泥(北京、兖州、济宁等地)的基础上中对水热碳化处理工艺进行了进一步优化并尝试扩展其适用范围。实验中，申请人发现，水热碳化技术完全可以用于处理豆渣和豆渣黑泥，能有效降低两者含水率并改善其营养元素组成。将现有的水热碳化催化剂种类和添加方式(在进入反应器之前一次性加入浓硫酸)改为两次分步添加(在进入反应器之前加入醋酸，在反应进行到中途向反应器中加入浓硫酸)，能更好的改善产物含水率以实现更好的减量/保存效果，并提高蛋白/有效氮磷含量。

本发明中所述的“豆渣黑泥”是指大豆蛋白生产过程中产生的废水所沉淀产生的污泥。

一方面，提供了一种水热碳化处理豆渣黑泥制备肥料的方法，包括步骤：

a.豆渣黑泥收集；

b.将豆渣黑泥送至反应器，期间加入醋酸；

c.在反应器中进行水热碳化反应，期间加入浓硫酸；

d.收集产生的生物碳浆；

e.板压脱水后，粉碎，装袋作为肥料成品。

进一步的方面，该方法中使用的浓硫酸为98％浓硫酸，醋酸为冰醋酸。

进一步的方面，该方法中使用的浓硫酸加入量为0.5-1％(v/v)，醋酸加入量为1-2％(v/v)。

进一步的方面，该方法中使用的浓硫酸加入量为0.5％(v/v)，醋酸加入量为1.5％(v/v)。

进一步的方面，水热碳化温度为150-200℃，压力为15-30bar，时间为60-150分钟。

进一步的方面，水热碳化温度为150℃，压力为20bar，时间为120分钟。

进一步的方面，水热碳化进行到预期反应时间四分之一时加入浓硫酸。

进一步的方法，步骤d中通过泄压系统在保障系统运行压力的条件下收集产生的生物碳浆，期间通过热交换系统接受生物碳浆的热量，所获热量用于通过前热交换系统在步骤b中预热黑泥，碳浆通过卸压系统降压后留余压送至缓冲储罐。

进一步的方面，反应器中的压力由污泥泵提供。

附图说明

附图1是污泥热水碳化处理技术的完整工艺流程框图。图中：1、进料漏斗，2、污泥加压泵，3、前热交换器系统，4、热回收，5、1#催化剂投加点，6、反应器，7、后热交换器系统，8、卸压系统，9、碳浆储仓，10、板框脱水装置，11、废水处理(选择项)，12、1#催化剂投加泵，13、2#催化剂投加泵，14、生物炭导热油炉，15、滤液储罐，16，污泥料仓，a、含水率85％的豆渣黑泥，b、沉淀物回馈(可选)，c、处理后水返回工厂进水口，d、生物炭饼。

附图2是申请人实际处理豆渣使用的设备外观图(3000吨年处理能力)。

具体实施方式

实施例1豆渣黑泥的处理

豆渣黑泥样本来源：山东兴鱼大豆生物有限公司所产废水经沉淀所得黑泥，含水率约85％。

本发明的处理过程：

a.使用封闭螺旋收集豆渣黑泥；

b.将豆渣黑泥送至反应器，期间加入冰醋酸1.5％(v/v)并以前热交换系统预热黑泥；

c.在反应器中进行水热碳化反应，水热碳化温度为150℃，压力为20bar，时间为120分钟，反应进行到约30分钟时加入98％浓硫酸0.5％(v/v)，反应器中的压力由污泥泵提供；

d.通过泄压系统在保障系统运行压力的条件下收集产生的生物碳浆，期间通过后热交换系统降温并回收热量；

e.板压脱水得炭饼。

对照处理过程1：

基本处理过程同本发明的处理过程，其中不加入酸催化剂，并调整水热碳化温度至200℃，压力至30bar，时间至150分钟。

对照处理过程2：

基本处理过程同本发明的处理过程，其中仅在步骤b中加入98％浓硫酸1.5％作为单一一种催化剂。

对照处理过程3：

基本处理过程同本发明的处理过程，其中仅在步骤b中加入98％浓硫酸1.5％作为单一一种催化剂，并调整水热碳化温度至200℃，压力至30bar，时间至150分钟。

对照处理过程4

基本处理过程同本发明的处理过程，其中在步骤b中加入98％浓硫酸1％，在步骤c反应进行到30分钟是加入80％浓硝酸，作为催化剂，

上述处理过程使用相同的设备，相同的黑泥进样量(1.5吨)进行。

实施例2实施例1中各处理方法的效果比较

测定所得炭饼含水率，有效氮含量(碱扩散法)，有效磷含量(钼锑抗比色法)

结果表明，相比现有的水热碳化方法，本发明的方法能够更有效的降低黑泥含水率以更好的实现污泥减量，同时延长保存时间(数据见实施例3)；缩短反应时间(效果好于反应时间较长的对照1和3)；有效提高了产品中有效氮和磷含量以实现更好的肥料效果(即使排除含水率的区别，本发明方法产物的有效氮和磷含量也明显高于对照，这可能是由分步加入两种酸产生的更好破壁分解过程引起)；与对照4的对比可以看出，对于豆渣原料，采用弱酸加强酸的方式效果甚至好于纯强酸(含水低，含氮高，含磷略低)。本发明的方法在建造和运行费用上与现有水热碳化处理技术并无明显区别(酸种类增多但总体积不变)。

实施例3实际肥料制备和使用

板压脱水得到的炭饼含水率低，适合运输一定时间的储存/堆肥。原污泥露天堆放3日左右就会发酵产生极其难闻的气味，操作人员不做防护难以接近，而经过处理的炭饼露天堆放30日也没有明显的臭味产生。

在萝卜盆栽实验中，将实施例1中使用本发明方法制备的炭饼作为有机肥以干土重1.5％的量施用时，萝卜生长情况(生长速度和地下部分大小)明显优于未施肥组。