一种利用味精生产的废弃液制备碱土改良剂及其制备方法

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一种利用味精生产的废弃液制备碱土改良剂及其制备方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及工业废弃物处理技术，具体的说是一种利用味精生产的废弃液制备碱土改良剂及其制备方法。\n背景技术\n[0002] 利用生物发酵技术合成谷氨酸生产味精，在发酵液中必须加入相应的氮素、氯化钾、磷酸二氢钾、硫酸镁、硫酸锌、硫酸锰、硫酸铁、硼砂，这些营养物质全部遗留在废弃液中，同时还含有残糖、菌体等有机物。离子交换环节中产生的高浓度废弃液的化学需氧量（CODcr）为30,000～45,000mg/L、生化需氧量（BOD5）为20,000～25,000mg/L、固\n2-\n体悬浮物总量（SS）10,000～15,000mg/L，NH3-N含量为10,000～15,000mg/L、SO4 含量为40,000～50,000mg/L，pH值2～3，是一种处理难度高的工业废物（买文宁等.味精发酵母液综合处理工艺技术.河南科学，2002，20（4）：388～391）。目前，利用味精生产过程中离子交换高浓度废弃液生产肥料是资源化利用的一个途径，但多数技术通过废弃液蒸发浓缩制成干粉，再配加氮磷钾及微量元素，制成复合肥（中国发明专利申请分开 号：CN1136029A、CN1169474A、CN1442396A、CN1288877A、CN1170789C、CN101045657A、CN101037353A；季保德.用味精废液沉淀物生产有机复合肥的新工艺.磷肥与复肥，2002，\n17(3):55-57;王永泉,高立栋.谷氨酸发酵尾液生产有机无机复混肥料.发酵科技通讯,2007,36(2):25-26）。其中，废弃液制备干粉环节的能耗高，添加磷酸二铵或磷酸一铵的成本相对也较高，除极少数技术进行产业化生产外，大多技术推广应用难度较大。若原液浓缩，使废弃液中固体物质含量在20～30%，再添加其他原料以中和水分，则成本将大大降\n2-\n低。浓缩后成分中氮和SO4 含量较高，本身可提供大量氮素和硫素营养，其中含量大量的氨基酸对磷素具有一定的活化作用，配以其他固体原料，生产土壤改良剂，达到废物无害化处理和资源化利用的双重目的，是一项较为理想的技术措施。\n[0003] 生物炭是生物质在无氧或微氧条件下低温热转化后的固体副产物，是有机碳含量高、多孔性、碱性、吸附能力强的多用途材料。生物炭能够提高土壤有机碳含量，改善土壤保水和保肥性能，减少养分损失，有益于土壤微生物栖息和活动，是良好的土壤改良剂。生物炭延缓肥料在土壤中的养分释放，降低养分损失，提高肥料养分利用率，是肥料养分增效的有效载体。生物炭在土壤中极为稳定，埋到地下后可以有几百至上千年不会消失，可长期将碳固贮于土壤，具有极强的土壤固碳潜力，有助于减缓全球变暖。利用废弃生物质生产生物炭，并将生物炭农用将是具有广阔前景的多赢技术。目前，我国农作物秸秆及农作物生产过程中产生的废弃物（如稻壳、玉米芯等）的利用率很低，以此为基础制作生物炭，并在农业生产中应用，将是循环农业发展过程中的一项应用前景广阔的技术。在生物炭肥料和土壤改良方面，中国发明专利申请公布号CN102424642A公开了一种将玉米秸秆、或苹果树废枝干木屑经热裂解或气化后得到的生物炭；将生物炭和硝酸铵溶液、或尿素-硝酸铵溶液混合，搅拌烘干，加入粘结剂，造粒烘干，生产生物炭基缓释氮肥的方法，具提高氮肥利用率的功效；CN102515914A公布了一种生物质碳肥料的制备及使用方法，特征是将生物质原料风干、粉碎，于250～650℃缺氧或无氧条件下进行碳化后，研磨过筛，制备生物质碳肥料并直接在农田使用；CN102405706A公布了一种利用农业废弃物生物质炭化产物改良熟化盐碱土的方法；CN102358714A公布了一种利用秸秆、厨余废弃物生物质炭生产的多功能生物质炭肥；CN102342301A公布了一种利用秸秆和生活橱余生物质炭化副产品的叶面调理剂及其应用方法。上述利用生物炭制作肥料的土壤改良的方法中，提供了生物炭农用的一些技术途径，但生物炭本身养分含量低，作为土壤改良剂或调理剂单独使用具有一定的局限性，实际应用中有待改进。其中原料，如褐煤、粉煤灰及硅藻土等有改良碱土方面亦具有很好的效果，这些原料可以单独使用，也可以配合使用。\n[0004] 碱土是指土壤胶体吸附一定数量的交换性钠，碱化度在15～20%以上，对作物正常生长产生不同程度危害的土壤。以工业废弃物为主要原料制作碱土改良剂具有双重效果：一是进行了工业固体废弃物的无害化处理和资源化利用；二是改良低产碱土，降低施肥成本，节约资源，发展循环农业，实现农田可持续利用。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的在于提供一种利用味精生产的废弃液制备碱土改良剂及其制备方法。\n[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：\n[0007] 一种利用味精生产的废弃液制备碱土改良剂，其特征在于：所述改良剂按干物质重量比计，味精废弃液30～40份、生物炭20～30份、褐煤15～20份、粉煤灰15～20份和硅藻土5～10份。按干物质重量比，把生物炭、褐煤、粉煤灰、硅藻土混合均匀，加入到味精生产的废弃液中，混匀，风干，过筛，混匀得碱土改良剂。\n[0008] 所述味精生产的废弃液为味精生产过程中在离子交换环节产生的高浓度废弃液，高浓度废弃液采用絮凝气浮-三效减压浓缩蒸发法，使原液经过蒸发浓缩至固体物质重量含量20～30%。\n[0009] 所述生物炭为农作物生产的废弃物经炭化炉中经300～500℃炭化后得到的固体产物，再用粉碎机粉碎或球磨机磨碎，过10目筛。\n[0010] 所述农作物生产的废弃物为玉米、大豆、高粱秸秆、稻草、稻壳和/或玉米芯生产所产生的废弃物中的一种或几种。\n[0011] 所述褐煤为腐植酸重量含量30%以上的土状褐煤。\n[0012] 所述粉煤灰为热电厂生产过程产生的粉煤灰，过40～60目筛。\n[0013] 所述风干为将混合物风干至含水量10～15%。\n[0014] 所述风干后混合物过5目或10目筛。\n[0015] 本发明具有如下优点：\n[0016] 1.本发明工艺简单，容易实施，原料充足，所用原料价格低廉。\n[0017] 2.本发明所用味精废弃液为工业废弃物，味精废弃液只需浓缩到固体物质含量\n20～30%，不需要制成干粉，利用生物炭、褐煤、粉煤灰、硅藻土中和浓缩液中的水分，大大降低能耗和废弃液的处理成本；同时，为味精生产废弃物提供了良好的无害化处理方法和资源化利用途径。\n[0018] 3.本发明利用味精生产离子交换过程中产生的高浓度废弃液的浓缩液，加入生物炭、褐煤、粉煤灰、硅藻土，利用各种配方成分的特定功效，通过各成分的协同增效作用，达到提高土壤中有机碳含量，中和土壤碱性，降低土壤pH，改善土壤通透性能，促进土壤团聚体的形成，提高土壤保水、保肥性能，减少养分损失，提高化学氮肥和磷肥的利用率，从而提高土壤生产力的效果，制作所得碱土改良剂环境友好，工艺简单，成本低廉，主要解决味精生产废弃液环境污染和碱土因环境因子影响造成的生产力低下等问题。\n[0019] 4.本发明中的原料配方合理，其主要成分具有特定的作用机理：①味精生产工艺离子交换环节产生的高浓度废弃液含有较高的硫酸根，可以中和碱土中的碱性，降低土壤pH；高浓度废弃液还含有各种氨基酸、残糖、氮、磷、钾和多种植物生长所需的微量元素，废弃液本身能提供一定的氮和磷等营养元素；其中的氨基酸和生产发酵过程中产生的小分子有机酸对磷素具有很好的活化作用，是一种较好的磷素增效剂原料；②生物炭是生物质在无氧或微氧条件下低温热转化后的固体副产物，是有机碳含量高、多孔性、碱性、吸附能力强的多用途材料。生物炭能够提高土壤有机碳含量，改善土壤结构，促进土壤团聚体的形成，提高土壤保水、保肥性能，减少养分损失，是肥料养分增效的有效载体，有益于土壤微生物栖息和活动，特别是菌根真菌，是良好的土壤改良剂；生物炭中含量大量的钙、镁离子，通过增加土壤中交换性钙、镁离子的含量，可大大降低土壤中钠离子的饱和度，从而提高土壤通透性能；③褐煤中腐植酸与味精废弃液中的硫酸根作用，酸化后成为活化的腐植酸。活化腐植酸具有保持氮素和减少磷素固定的作用，施入土壤后的活化腐植酸可以促进土壤团聚体的形成，改善土壤结构，降低土壤中盐碱危害，酸化后的褐煤对碱化土壤的改良很有成效；④粉煤灰是火力发电产生的固体废弃物，是一种化学稳定性高，吸附性能好的填充料，其本身含有较高的氧化钙和氧化镁，是减少土壤中钠饱和度的一种较好的工业生产废弃物；⑤硅藻土一般是由统称为硅藻的单细胞藻类死亡以后的硅酸盐遗骸形成的，主要化学成份为含水的非晶体二氧化硅，伴有少量蒙脱石、高岭石等粘土矿物（铁、钙、镁、铝氧化物）和有机质。其化学性能稳定，孔溶大、孔径大、比表面积大，是一种改良盐碱的优质非金属矿物。\n[0020] 5.本发明所用原材料均是优质的碱土改良剂，并具有一定的肥效，配方原料对土壤和作物无污染，无残毒，环境友好。\n具体实施方式\n[0021] 本发明中，味精废弃液为采用现有技术以玉米为原料，通过发酵工艺生产味精过程中，在离子交换环节产生的高浓度废弃液，采用絮凝气浮-三效减压浓缩蒸发法，使原液经过蒸发浓缩至固体物质重量含量20～30%，得到浓缩液（买文宁等.河南科学，2002，\n20(4)：388～391）。\n[0022] 本发明中，所述生物炭为玉米、大豆、高粱秸秆、稻草、稻壳、玉米芯等农作物生产的废弃物中至少一种在炭化炉中经300～500℃炭化后得到的固体产物，用粉碎机粉碎或球磨机磨碎，过10目筛。\n[0023] 本发明中，褐煤采用腐植酸（HA）含量为30%（重量）以上的市售土状褐煤。土状褐煤是煤化程度较浅的一种褐煤，如内蒙古自治区霍林郭勒煤矿生产的产品，褐煤的主要化学组成（按重量百分比计）为：含有30～50wt%腐植酸，含碳70～80%、氢5～6%、氮和氧\n15～25%，余量为杂质。其主要重量组成如下：含碳70～80%、氢5～6%、氮和氧15～25%。\n[0024] 本发明中，所述粉煤灰为热电厂生产过程产生的粉煤灰，过40～60目筛。其主要化学组成（按重量百分比计）如下：二氧化硅40～60%、三氧化二铝25～35%、三氧化二铁\n5～15%、氧化钙3～10%，氧化镁1～2%、氧化钾1～2%，氧化钠1～2%、余量为杂质。\n[0025] 本发明中，所述硅藻土为过40～60目筛的硅藻土粉，其主要化学成分按重量百分比计：二氧化硅91～94%、三氧化二铝2～3%、三氧化二铁0.4～0.6%、氧化镁0.1～0.3%、氧化钙0.2～0.4%，余量为杂质。\n[0026] 本发明中，水分含量是指重量百分比。\n[0027] 实施例1\n[0028] 利用味精生产废弃液的碱土改良剂成分按干物质重量比计：味精废弃液35份、生物炭25份、褐煤15份、粉煤灰20份、硅藻土5份。按配比把过10目筛的生物炭、褐煤、过\n50目筛的粉煤灰、过50目筛的硅藻土，通过机械混合均匀，加入到浓缩后固体物质重量含量为25%的味精废弃液中，混匀，混合物风干至含水量10%（重量），过5目筛，混匀，分装后得碱土改良剂。\n[0029] 实施例2～9：\n[0030] 与实施例1不同之处在于：原料的配比有所差别（表1），具体制备方法同实施例1。\n[0031] 表1\n[0032] \n[0033] 应用例1\n[0034] 在辽宁省康平县两家子乡新发村选择一块面积约，约1000m2，地势平坦，土壤肥力中等偏下的水稻田，土壤类型为草甸碱土，属轻度碱土，试验前0～20cm耕层土壤基本性质如下：土壤pH为8.45，土壤有机质含量7.69g/kg，全氮含量0.49g/kg，全磷含量0.37g/kg，速效钾含量49.38mg/kg，速效磷含量7.63mg/kg，阳离子交换量12.67cmol/kg，交换性\n2\n钠3.54cmol/kg，碱化度为27.94%。设置12个60m 的小区。4个处理，3次重复，对照为不\n2\n施改良剂，处理1、2、3为分别施实施例1的碱土改良剂50、100、150kg/667m，供试作物为水稻，上述碱土改良剂和肥料均为一次性基施。试验结果表明，施用该发明的碱土改良剂，可显著增加水稻产量（表2），降低轻度碱土土壤pH和土壤容重，提高土壤阳离子交换量，降低钠离子的含量和饱和度（表3），能够达到很好的改良碱土的效果。\n[0035] 表2试验处理与水稻产量效应\n[0036]