CN105801243A - 一种利用糖蜜酒精废水制备的有机碳肥及其制备方法 - Google Patents

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张敏
杜怡然
阚学飞
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毛莲花
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吴春丽
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Abstract

本发明提供一种利用糖蜜酒精废水制备的有机碳肥，按质量比计，其是由糖蜜酒精废水：氧化剂：表面活性剂＝100:0.1～0.5:0.1～1制备得到的，有机碳肥的pH值为5～7，所述氧化剂为过硫酸钠，所述有机碳肥中的糖蜜酒精废水中COD值降低80％以上，本发明还提供一种制备该有机碳肥的方法和应用。本发明可将糖蜜酒精废水中的大分子聚合物分解为小分子有机质，被农作物和微生物降解吸收，本发明的处理工艺简单，能耗低，废液中COD去除率高达80％以上；有机碳肥可以同其他养分原料复配高养分含量的复合肥料。

Description

一种利用糖蜜酒精废水制备的有机碳肥及其制备方法
技术领域
本发明属于肥料领域，具体涉及一种利用糖蜜酒精废水制备的有机碳肥及其制备方法。
背景技术
糖蜜酒精废水是糖厂生产糖蜜酒精中的废糟液，我国每年产生酒精废水过600万T，每生产1T酒精产生10～14T废液。糖蜜酒精废水的COD(化学需氧量)高达80000～140000mg/L，BOD(生化需氧量)高达30000～70000mg/L，SS值(水中悬浮物)约为40000mg/L，pH值3.5～4.5。众所周知，制糖、氨基酸发酵等食品加工业是污染最为严重的行业之一。这些糖蜜酒精废水大部分未经处理直接排入水体，造成饮用水严重污染，河流变酸、变臭，水体生态***遭到毁灭性破坏。糖蜜酒精废水综合利用一直是环境废水处理的难题。在巴西，利用糖蜜酒精废液直接灌溉甘蔗已有悠久的历史，并收到了很好的经济效益。在法国，最广泛的可以被接受的处理方法包括厌氧、好氧处理法或是将废液用于农作物施肥。
目前，我国糖蜜酒精废水的处理方法有：农灌、自然氧化塘、发酵制酵母、生化处理法、浓缩处理法等。但将糖蜜酒精废水直接排放进入水体，对水体生态***破坏严重，引起环境污染；农灌和氧化塘法投资少，可以利用水分及养分，但由于糖蜜酒精生产和农灌都是有季节性的，难以推广应用；用糖蜜酒精废水生产饲料酵母，CODCr去除率仅为50％，产生的效益不高，投资大，从废水治理的角度考虑不是很理想；微生物处理(厌氧制沼气、曝气处理等)虽然可以产生沼气，但废水浓度高，投资大，占地多，能耗高，厌氧处理后得到的大量厌氧消化液更是难以处理的污染源；
CN102757262B公开了一种用高浓度有机废水生产液态水溶碳肥的方法，在装有含水率在50％-60％、有机质含量占总重量20％-25％的高浓度有机废水的搅拌罐底部输进浓硝酸(HNO3)和双氧水(H2O2)并开动搅拌罐内的搅拌桨，搅拌45-60分钟，废水中的有机大分子团在搅拌中受到强氧化快速裂解为小分子团；搅拌过程中搅拌罐内液料产生的泡沫导流到消泡池中自然消泡，成为清液后排入散热贮液池；搅拌罐内大部分液料在搅拌结束、气泡消失后成为体积稳定的热清液，再排入散热贮液池；散热贮液池内的热清液自然降温，就成为全溶于水并且扩散、渗透能力强的液态水溶碳肥，其含碳量为131-171g/L；所述的高浓度有机废水为经浓缩的酒精生产废水、经浓缩的味精生产废水、经浓缩的酵母生产废水、经浓缩的造纸黑液和经浓缩的垃圾填埋渗滤液中的任一种，该技术中废液经浓硝酸和双氧水处理形成有机碳肥，工艺过程产生大量气泡，放热剧烈，危险系数高，不易操作；随着环保要求的提高，废气污染排放纳入了国家的监管要求，高温造粒废气污染成为企业限期整改项目。废水经高温浓缩和高温制粒两个过程，固体肥中含有大量不溶物(大分子聚合物)，不利于植物吸收，肥效差。
发明内容
为了降低有机碳水不溶物，使有机碳肥可直接应用于滴灌、喷灌等设施施肥，并且可作为有机碳肥基液，与多种营养物质混溶复配，实现工艺化生产，降低生产成本，缩短生产周期，采用质量安全稳定的废液原料，减少污染源，无安全隐患。
本发明提供一种利用糖蜜酒精废水制备的有机碳肥，其特征在于，按质量比计，其是由糖蜜酒精废水：氧化剂：表面活性剂＝100:0.1～0.5:0.1～1制备得到的，有机碳肥的pH值为5～7，所述氧化剂为过硫酸钠，所述有机碳肥中的糖蜜酒精废水中COD值降低80％以上。
优选的，所述有机碳肥的pH值是通过酸碱调节剂调节的，所述酸碱调节剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、硫酸、硝酸的一种或几种。
优选的，所述表面活性剂选自聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、聚二甲基硅氧烷、硅烷季铵盐、聚硅氧烷甜菜碱中的一种或几种。
优选的，所述糖蜜酒精废水中的有机质的质量百分数为35％～60％。
优选的，所述制备的方法具体为：在装有糖蜜酒精废水的反应釜中，加入表面活性剂并调节反应液pH值为5.5～7.0，加热至50～100℃，加入氧化剂，反应60～180分钟；冷却水降温，得到pH值为5～7的有机碳肥。
本发明还提供一种制备上述有机碳肥的方法，在装有糖蜜酒精废水的反应釜中，加入表面活性剂并调节反应液pH值为5.5～7.0，加热至50～100℃，加入氧化剂，反应60～180分钟；冷却水降温，得到pH值为5～7的有机碳肥。
本发明还提供一种上述有机碳肥的应用，将有机碳肥稀释100-1000倍后施用在作物上。
本发明的有益效果：
(1)本发明有机碳肥采用过硫酸钠制备，过硫酸钠在较高温度下，分解放出氧而变为焦硫酸钠，具有强氧化性，可将废水中的大分子聚合物分解为小分子有机质，小分子粒径在3000nm以下；
(2)加入表面活性剂条件下，充分降低水不溶物，废液处理液易溶解、易分散，可被农作物和微生物降解吸收，因此，有机碳肥可以直接用于设施施肥(滴灌、喷灌)；
(3)本发明的处理工艺简单，能耗低，废液中COD值降低至80％以上；
(4)有机碳肥可以同其他养分原料复配高养分含量的复合肥料。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明：
实施例1有机碳肥的制备
在装有100kg的有机质质量分数占50％的糖蜜酒精废水的反应釜中，加入0.3kg的表面活性剂(0.1kg聚丙烯酰胺、0.2kg聚乙烯吡咯烷酮)，用事先准备好的酸碱调节剂(酸性调节剂用硫酸、碱性调节剂用氢氧化钠)调节反应液pH值为6.6，加热至90℃，加入0.6kg过硫酸钠，反应120分钟；冷却水降温，反应结束后得到pH值为6.5的有机碳肥A。
实施例2对比有机碳肥的制备
对比例1：与实施例1相比，对比例1选的氧化剂为过硫酸铵，其他工艺方法与实施例1相同，得到有机碳肥A1；
对比例2：与实施例1相比，对比例2所用过硫酸钠的用量分别为0kg、2kg，其他工艺方法与实施例1相同，得到有机碳肥A21、A22；
对比例3：与实施例1相比，对比例3在制备过程没有添加表面活性剂，其他工艺方法与实施例1相同，得到有机碳肥A3；
对比例4：与实施例1相比，对比例4在制备过程中将两份同样的反应液分别调节pH值为3和12，其他工艺方法与实施例1相同，得到有机碳肥A41、A42。
实施例3有机碳肥比较
将上述实施例1和实施例2(对比例1、2、3、4)中制备得到的有机碳肥进行粒径和COD值的检测，有机碳肥粒径是用粒径分布仪测定，仪器名称：激光粒度分析仪，型号：Topsizer，品牌：欧美克；COD值参照JJG975-2002方法检测，具体数据见表1：
表1
从表1数据结果可以看出，以实施例1与对比例1做对比，采用本发明中的过硫酸钠作为氧化剂氧化糖蜜酒精废水得到的有机碳肥的粒径在3000nm以下，而使用过硫酸铵作为氧化剂，虽然也能氧化糖蜜酒精废水，但氧化效果不如过硫酸钠，从COD降低率亦能看出，且其在生成过程会产生氨气，不环保；
以实施例1与对比例2做对比，不采用过硫酸钠氧化，粒径明显偏大，COD值降低效果较差，这说明过硫酸钠具有良好的氧化降解效果；
以实施例1与对比例3做对比，可以得知，加入本发明的表面活性剂，可以充分降低水不溶物，废液处理液易溶解、易分散，使氧化降解效果更好。
实施例4有机碳肥施用效果比较
将上述实施例1和实施例2中制备得到的有机碳肥施用于小白菜作物上，平均施肥用量2kg/100平方米，将上述有机碳肥稀释100倍后喷施在小白菜作物地上，并进行了种子发芽试验、幼苗生长试验以及产量试验，表2中小白菜种子发芽率在播种后第8天所检测的平均数据，小白菜苗高是在播种后第15天所检测的平均数据，产量是在小白菜成熟后检测的平均数据，表中产量增长率是在不施肥的基础上计算的，具体见表2。
表2
表2中的数据结果表明，从实施例1和对比例1中的种子发芽率、苗高和产量可以看出，施用本发明的有机碳肥A，对于小白菜的育苗、培育壮苗的效果更好，这是由于加入了的过硫酸铵会影响有机碳肥A1的pH值，所以施用效果偏差；
施用有机碳肥A21后的效果与本发明的有机碳肥A相比较差，这是由于没有添加过硫酸钠，有机碳肥A21的氧化降解效果不好，不能有效地被小白菜作物吸收利用，所以发芽率和长势均较差；
而施用有机碳肥A22，由于加入了过量的过硫酸钠，将有机碳肥A22施用在小白菜作物地上时，过量的过硫酸钠影响土壤的理化性质，改变了小白菜的根系生长环境，所以发芽率、苗高和产量较实施例1比降低了；
施用有机碳肥A3，同样由于没有加入本发明的表面活性剂，水不溶物降解不充分，分散不均匀，氧化降解效果较差，该有机碳肥A3不易被小白菜作物吸收利用，肥效差；
施用有机碳肥A41和有机碳肥A42，由于其过酸性和过碱性，施用在小白菜去上时会造成烧苗和改变土壤酸碱环境，不适宜小白菜生长；
从以上结果可以看出，喷施有机碳肥A，小白菜种子发芽率明显高于对比例，且幼苗长势比较均匀，苗高明显，鲜重增加，因此有机碳肥A有助于小白菜的育苗，培育壮苗；施用机碳肥可以显著促进小白菜根系的生长，进而提高产量，与对比例相比，产量显著增加。
实施例5
在装有100kg的有机质质量分数占50％的糖蜜酒精废水的反应釜中，加入0.5kg的表面活性剂(0.1kg十六烷基三甲基溴化铵、0.2kg十二烷基硫酸钠、0.2kg聚二甲基硅氧烷、)，用事先准备好的酸碱调节剂(酸性调节剂用硫酸、碱性调节剂用氢氧化钠)调节反应液pH值为6.5，加热至100℃，加入1kg过硫酸钠，反应180分钟；冷却水降温，反应结束后得到pH值为6.5的有机碳肥B，将有机碳肥B稀释1000倍后喷施在小白菜作物地上(用量2kg/100平方米)，产量增加50％。
实施例6
在装有100kg的有机质质量分数占50％的糖蜜酒精废水的反应釜中，加入0.2kg的表面活性剂(0.05kg聚二甲基硅氧烷、0.05kg硅烷季铵盐、1kg聚硅氧烷甜菜碱)，用事先准备好的酸碱调节剂(酸性调节剂用硝酸、碱性调节剂用氢氧化钾)调节反应液pH值为5.5，加热至60℃，加入0.1kg过硫酸钠，反应60分钟；冷却水降温，反应结束后得到pH值为5.4的有机碳肥C，将有机碳肥C稀释500倍后喷施在小白菜作物地上(用量2kg/100平方米)，产量增加35％。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (7)

1.一种利用糖蜜酒精废水制备的有机碳肥，其特征在于，按质量比计，其是由糖蜜酒精废水：氧化剂：表面活性剂＝100:0.1～0.5:0.1～1制备得到的，有机碳肥的pH值为5～7，所述氧化剂为过硫酸钠，所述有机碳肥中糖蜜酒精废水的COD值降低80％以上。
2.根据权利要求1所述的有机碳肥，其特征在于，所述有机碳肥的pH值是通过酸碱调节剂调节的，所述酸碱调节剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、硫酸、硝酸的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的有机碳肥，其特征在于，所述表面活性剂选自聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、聚二甲基硅氧烷、硅烷季铵盐、聚硅氧烷甜菜碱中的一种或几种。
4.根据权利要求1或2所述的有机碳肥，其特征在于，所述糖蜜酒精废水中的有机质的质量百分数为35％～60％。
5.根据权利要求1或2所述的有机碳肥，其特征在于，所述制备的方法具体为：在装有糖蜜酒精废水的反应釜中，加入表面活性剂并调节反应液pH值为5.5～7.0，加热至50～100℃，加入氧化剂，反应60～180分钟；冷却水降温，得到pH值为5～7的有机碳肥。
6.一种制备权利要求1-5任一项所述有机碳肥的方法，其特征在于，在装有糖蜜酒精废水的反应釜中，加入表面活性剂并调节反应液pH值为5.5～7.0，加热至50～100℃，加入氧化剂，反应60～180分钟；冷却水降温，得到pH值为5～7的有机碳肥。
7.一种根据权利要求1-5任一项所述有机碳肥的应用，将有机碳肥稀释100-1000倍后施用在作物上。
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