CN101830749A - 用马铃薯淀粉渣制取草酸的废物制备复合肥料的方法 - Google Patents

用马铃薯淀粉渣制取草酸的废物制备复合肥料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的是一种用马铃薯淀粉渣制取草酸的废物制备复合肥料的方法，将马铃薯淀粉渣制取草酸所得废渣、废液、废气与磷矿、碳酸钾、活性污泥复配，制备有机-无机复合肥料。它包括马铃薯淀粉渣的粉碎、过筛、酸解、氧化；将氧化得到的混合物恒温过滤得到粗草酸，再利用重结晶的方法制备草酸产品；将制取草酸过程中所得到的废渣、废液、废气与磷矿、碳酸钾、活性污泥按一定质量比复配，再将得到的混合物置于沸水浴中蒸干、造粒、干燥得到有机-无机复合肥料。具有工艺方法简单、设备投资少、生产成本低等优点，并具有较高的经济和社会意义。

Description

用马铃薯淀粉渣制取草酸的废物制备复合肥料的方法
技术领域
本发明涉及的是一种对农作物残渣进行深加工的方法；特别是涉及一种用马铃薯淀粉渣制取草酸的废物制备复合肥料的方法。
背景技术
马铃薯淀粉渣是马铃薯生产淀粉过程中产生的废渣，主要成分是水、淀粉、纤维素、果胶、木质素、半纤维素等，所以将其用硫酸酸解，再进一步用硝酸氧化，可将其中的淀粉转化成草酸。草酸制备过程中又会产生大量的废渣、废液、废气，其中含有一定量的有机物质和无机酸、少量的有机酸及其它残渣。将其废弃会产生恶臭并污染环境，就地掩埋又会使得资源更加浪费。而用其制备复合肥料的方法尚未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单，投资少，生产成本低的用马铃薯淀粉渣制取草酸的废物制备复合肥料的方法。
本发明方法包括以下步骤：
A、酸解：将马铃薯淀粉渣粉碎，80-100目筛过筛，用浓度60-65％硫酸酸解，马铃薯淀粉渣与硫酸的质量比为1∶3.0-3.8，搅拌下室温反应12-13.5h，得到马铃薯淀粉渣酸解产物；
B、氧化：在搅拌下加入催化剂，缓慢滴加硝酸至酸解产物中，进行硝酸氧化反应；反应温度保持在61-63℃，当硝酸滴加完毕后将反应温度控制在69-71℃，反应时间5-6h，得硝酸氧化反应混合物，马铃薯淀粉渣与硝酸质量比为1∶2.7-2.9；
C、吸收：将在硝酸氧化反应过程中产生的废气用磷矿与水质量比为4∶5-6的磷矿溶液进行一次吸收，再将磷矿与水组成的混合吸收体系抽滤，使吸收后的混合吸收体系中的磷矿与水溶液分离，得到的磷矿即为酸解磷矿，水溶液即为吸收液I；
用浓度5％的氢氧化钠水溶液对未吸收完全的废气进行二次吸收，得吸收液II；在两次吸收过程中不断地向尾气吸收装置中鼓入空气；
D、制取粗草酸：将B步骤所得硝酸氧化反应混合物恒温抽滤，抽滤温度控制在65-75℃，得到滤液和有机废渣；滤液在室温下再次结晶、再次抽滤，得到粗草酸和草酸废液；
E、将粗草酸与水按质量比1∶0.9-1.5进行重结晶，得到草酸产品和重结晶废液，其重结晶废液并入草酸废液；
F、氮磷钾肥料制备：将酸解磷矿、吸收液I、吸收液II、草酸废液、碳酸钾按质量比14∶98-100∶100-102∶75-80∶5.6混合，置于沸水浴中加热直至蒸干，时间4-5h；将得到的固态混合物置于恒温干燥箱中，于105-110℃恒温干燥，时间2-3h；得到含氮磷钾肥料为本发明第一种实施方式。
在B步骤氧化反应中催化剂为V2O5和Fe2O3的混合物。
B步骤氧化反应中硝酸的浓度为65％。
所述D步骤中滤液再次结晶时间为12-15h。
在本发明第二种实施方式中，用F步骤制得的氮磷钾肥料与D步骤所得有机废渣按照质量比54.7∶1.2混合，搅匀下加入水混合搅拌，用氨水调节PH值至5.5-8.0之间，置于沸水浴中加热直至蒸干，时间4-5h，将得到的固态混合物置于恒温干燥箱中，于105-110℃恒温干燥，时间2-3h，得到低有机质含量氮磷钾肥料。
在本发明第三种实施方式中，将制得的低有机质含量氮磷钾肥料与活性污泥按质量比154.7∶60混合，加入水混合搅匀并用氨水调节PH值至5.5-8.0之间，置于沸水浴中加热直至蒸干，时间4-5h；将得到的固态混合物置于恒温干燥箱中，于105-110℃恒温干燥，时间2-3h，得到有机-无机复合肥料。
磷矿粉的主要成分为氟磷灰石，含全磷(五氧化二磷)10-35％，其中3-5％的磷溶于弱酸，可被作物吸收利用，其它大部分磷作物难于直接吸收利用，属于难溶性磷肥，本发明将其进行酸解可以得到易于作物吸收的可溶性磷。
活性污泥是污水处理厂污水处理过程中产生的副产物，其有机质含量高达60％，其中腐植酸含量也达15％，添加到无机肥料中可以制成有机-无机复合肥料。
本发明以马铃薯淀粉渣为原料生产草酸过程中产生的废渣、废水、废气进行分析并将其与磷矿、活性污泥按不同方式分别进行反应、复配，最后制得有机-无机复合肥料，使得有机-无机复合肥料的生产原料来源更广，为农业生产提供质优价廉的肥料产品。可以使得草酸实现全流程的清洁生产，所产生废物达到循环利用的目的；具有工艺简单，设备投资少，生产成本低的特点。可以减少其对环境的污染，而且可以制造出高附加值的产品，具有良好的经济和社会效益。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方案
下面的实施例可以进一步说明本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1：
1、将用80目筛过筛的马铃薯淀粉渣200g与600g浓度60％的硫酸混合后进行酸解，即搅拌下室温反应12h，得到马铃薯淀粉渣酸解产物。
2、在搅拌下缓慢滴加559g浓度65％的硝酸到马铃薯淀粉渣酸解产物中，加入1gV2O5和1gFe2O3混合而成的催化剂，进行硝酸氧化反应，保持反应温度61℃，当硝酸滴加完毕后，将反应温度控制在69℃，反应时间5h。
3、将在硝酸氧化反应过程中产生的废气用240g磷矿与300g水组成的混合体系进行一次吸收，使得磷矿完全被分解，再用浓度5％的氢氧化钠水溶液对未吸收完全的废气进行二次吸收，使废气完全被吸收；并且在两次吸收过程中不断的向尾气吸收装置中鼓入空气以使NO、NO2被完全吸收。
4、将磷矿与水组成的混合吸收体系抽滤，使吸收后的混合吸收体系中的磷矿与水溶液分离，得到的磷矿即为酸解磷矿，水溶液即为吸收液I；浓度5％的氢氧化钠吸收得到的为吸收液II。
5、对硝酸氧化反应所得混合物进行抽滤，抽滤温度控制在65℃，在此抽滤过程中所得的固体物即为有机废渣；将在抽滤过程中所得的滤液室温结晶12h后再次抽滤得到粗草酸，再次抽滤所得到的液态物即为草酸废液。
6、取粗草酸100g，用120g水进行重结晶，得到草酸产品和重结晶废液，其重结晶废液并入草酸废液。
7、将56g酸解磷矿、392g吸收液I、400g吸收液II、292g草酸废液、22.4g碳酸钾混合，置于沸水浴中加热至蒸干，时间5h；将得到的固态混合物置于恒温干燥箱中，105℃恒温干燥，时间3h；得到氮磷钾肥料。
实施例2：
将实施例1制备得到的218.8g氮磷钾肥料与4.8g有机废渣混合，搅匀下加入水混合搅匀并用浓度25％氨水调节PH值为6.0，置于沸水浴中加热直至蒸干，时间4h；将得到的固态混合物置于恒温干燥箱中，于105℃恒温干燥，时间2h，得到低有机质含量氮磷钾肥料。
实施例3
将实施例2制备得到的309.4g低有机质含量氮磷钾肥料与120g活性污泥混合，加入水混合搅匀并用浓度25％氨水调节PH值为6.0，置于沸水浴中加热直至蒸干，时间4h；将得到的固态混合物置于恒温干燥箱中，于105℃恒温干燥，时间2h，得到有机-无机复合肥料，其质量分析结果列于表1。
表1有机-无机复合肥料质量分析结果
Figure GSA00000066954900041
实验结果表明，制备得到的有机-无机复合肥料中的总养分(N+P2O5+K2O)的质量分数＞15％，单一养分的质量分数均＞2.0％，有机质的质量分数＞20％，并含有4.08％的腐殖酸，符合有机-无机复合肥料中的主要项目指标要求，重金属等元素均低于标准指标。
实施例4
1、将用90目筛过筛的马铃薯淀粉渣200g与700g浓度60％硫酸混合后进行酸解，即搅拌下室温反应13.5h，得到马铃薯淀粉渣酸解产物。
2、在搅拌下缓慢滴加560g浓度65％的硝酸到马铃薯淀粉渣酸解产物中，加入1gV2O5和1gFe2O3混合而成的催化剂，进行硝酸氧化反应，保持反应温度62℃，当硝酸滴加完毕后，将反应温度控制在70℃，反应时间5.5h。
3、将在硝酸氧化反应过程中产生的废气用240g磷矿与300g水组成的混合体系进行一次吸收，使得磷矿完全被分解，再用浓度5％的氢氧化钠水溶液对未吸收完全的废气进行二次吸收，使废气完全被吸收；并且在吸收过程中不断的向尾气吸收装置中鼓入空气以使NO、NO2被完全吸收。
4、将磷矿与水组成的混合吸收体系抽滤，使吸收后的混合吸收体系中的磷矿与水溶液分离，得到的磷矿即为酸解磷矿，水溶液即为吸收液I；浓度5％的氢氧化钠吸收得到的为吸收液II。
5、对硝酸氧化反应所得混合物进行抽滤，抽滤温度控制在70℃，在此抽滤过程中所得的固体物即为有机废渣；将在抽滤过程中所得的滤液室温结晶13小时后再次抽滤得到粗草酸，再次抽滤所得到的液态物即为草酸废液。
6、取粗草酸100g，用120g水进行重结晶，得到草酸产品和重结晶废液，其重结晶废液并入草酸废液。
7、将56g酸解磷矿、400g吸收液I、406g吸收液II、296g草酸废液、22.4g碳酸钾混合，置于沸水浴中加热直至蒸干，时间4.5h；将得到的固态混合物置于恒温干燥箱中，于110℃恒温干燥，时间2.5h；得到氮磷钾肥料。
8、将制备得到的218.8g氮磷钾肥料与4.8g有机废渣混合，搅匀下加入水混合搅匀并用浓度25％氨水调节PH值为7.0，置于沸水浴中加热直至蒸干，时间4.5h；将得到的固态混合物置于恒温干燥箱中，于107℃恒温干燥，时间2.5h，得到低有机质含量氮磷钾肥料。
9、将制备得到的309.4g低有机质含量氮磷钾肥料与120g活性污泥混合，加入水混合搅匀并用浓度25％氨水调节PH值为8.0，置于沸水浴中加热直至蒸干，时间4.5h；将得到的固态混合物置于恒温干燥箱中，于107℃恒温干燥，时间2.5h，得到有机-无机复合肥料，其质量分析结果列于表2。
表2有机-无机复合肥料质量分析结果
实验结果表明，制备得到的有机-无机复合肥料中的总养分(N+P2O5+K2O)的质量分数＞15％，单一养分的质量分数均＞2.0％，有机质的质量分数＞20％，并含有4.08％的腐殖酸，符合有机-无机复合肥料中的主要项目指标要求，重金属等元素均低于标准指标。
实施例5
1、将用100目筛过筛的马铃薯淀粉渣200g与760g浓度65％的硫酸混合后进行酸解，即搅拌下室温反应13.5h，得到马铃薯淀粉渣酸解产物。
2、在搅拌下缓慢滴加580g浓度65％硝酸到马铃薯淀粉渣酸解产物中，加入1gV2O5和1gFe2O3混合而成的催化剂，进行硝酸氧化反应，保持反应温度63℃，当硝酸滴加完毕后，将反应温度控制在71℃，反应时间6h。
3、将在硝酸氧化反应过程中产生的废气用240g磷矿与360g水组成的混合体系进行一次吸收，使得磷矿完全被分解，再用浓度5％的氢氧化钠水溶液对未吸收完全的废气进行二次吸收，使废气完全被吸收；并且在吸收过程中不断的向尾气吸收装置中鼓入空气以使NO、NO2被完全吸收。
4、将磷矿与水组成的混合吸收体系抽滤，使吸收后的混合吸收体系中的磷矿与水溶液分离，得到的磷矿即为酸解磷矿，水溶液即为吸收液I；浓度5％的氢氧化钠吸收得到的为吸收液II。
5、对硝酸氧化反应所得混合物进行抽滤，抽滤温度控制在75℃，在此抽滤过程中所得的固体物即为有机废渣；将在抽滤过程中所得的滤液室温结晶15小时后再次抽滤得到粗草酸，再次抽滤所得到的液态物即为草酸废液。
6、取粗草酸100g，用150g水进行重结晶，得到草酸产品和重结晶废液，其重结晶废液并入草酸废液。
7、将56g酸解磷矿、400g吸收液I、408g收液II、320g草酸废液、22.4g碳酸钾混合，置于沸水浴中加热直至蒸干，时间5h；将得到的固态混合物置于恒温干燥箱中，于110℃恒温干燥，时间3h；得到氮磷钾肥料。
8、将制备得到的218.8g氮磷钾肥料与4.8g有机废渣混合，搅匀下加入水混合搅匀并用浓度25％氨水调节PH值＝8.0，置于沸水浴中加热直至蒸干，时间5h；将得到的固态混合物置于恒温干燥箱中，于110℃恒温干燥，时间3h，得到低有机质含量氮磷钾肥料。
9、将制备得到的309.4g低有机质含量氮磷钾肥料与120g活性污泥混合，加入水混合搅匀并用浓度25％氨水调节PH值为8.0，置于沸水浴中加热直至蒸干，时间5h；将得到的固态混合物置于恒温干燥箱中，于110℃恒温干燥，时间3h，得到有机-无机复合肥料，其质量分析结果列于表3。
表3有机-无机复合肥料质量分析结果
Figure GSA00000066954900081
实验结果表明，制备得到的有机-无机复合肥料中的总养分(N+P2O5+K2O)的质量分数＞15％，单一养分的质量分数均＞2.0％，有机质的质量分数＞20％，并含有4.08％的腐殖酸，符合有机-无机复合肥料中的主要项目指标要求，重金属等元素均低于标准指标。

Claims (6)

1.一种用马铃薯淀粉渣制取草酸的废物制备复合肥料的方法，其特征在于它包括以下步骤：
A、酸解：将马铃薯淀粉渣粉碎，80-100目筛过筛，用浓度60-65％硫酸酸解，马铃薯淀粉渣与硫酸的质量比为1∶3.0-3.8，搅拌下室温反应12-13.5h，得到马铃薯淀粉渣酸解产物；
B、氧化：在搅拌下加入催化剂，缓慢滴加硝酸至酸解产物中，进行硝酸氧化反应；反应温度保持在61-63℃，当硝酸滴加完毕后将反应温度控制在69-71℃，反应时间5-6h，得硝酸氧化反应混合物，马铃薯淀粉渣与硝酸质量比为1∶2.7-2.9；
C、吸收：将在硝酸氧化反应过程中产生的废气用磷矿与水质量比为4∶5-6的磷矿溶液进行一次吸收，再将磷矿与水组成的混合吸收体系抽滤，使吸收后的混合吸收体系中的磷矿与水溶液分离，得到的磷矿即为酸解磷矿，水溶液即为吸收液I；
用浓度5％的氢氧化钠水溶液对未吸收完全的废气进行二次吸收，得吸收液II；在两次吸收过程中不断地向尾气吸收装置中鼓入空气；
D、制取粗草酸：将B步骤所得硝酸氧化反应混合物恒温抽滤，抽滤温度控制在65-75℃，得到滤液和有机废渣；滤液在室温下再次结晶、再次抽滤，得到粗草酸和草酸废液；
E、将粗草酸与水按质量比1∶0.9-1.5进行重结晶，得到草酸产品和重结晶废液，其重结晶废液并入草酸废液；
F、氮磷钾肥料制备：将酸解磷矿、吸收液I、吸收液II、草酸废液、碳酸钾按质量比14∶98-100∶100-102∶75-80∶5.6混合，置于沸水浴中加热直至蒸干，时间4-5h；将得到的固态混合物置于恒温干燥箱中，于105-110℃恒温干燥，时间2-3h；得到含氮磷钾肥料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在B步骤氧化反应中催化剂为V2O5和Fe2O3的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：B步骤氧化反应中硝酸的浓度为65％。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述D步骤中滤液再次结晶时间为12-15h。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：用F步骤制得的氮磷钾肥料与D步骤所得有机废渣按照质量比54.7∶1.2混合，搅匀下加入水混合搅拌，用氨水调节PH值至5.5-8.0之间，置于沸水浴中加热直至蒸干，时间4-5h，将得到的固态混合物置于恒温干燥箱中，于105-110℃恒温干燥，时间2-3h，得到低有机质含量氮磷钾肥料。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：将制得的低有机质含量氮磷钾肥料与活性污泥按质量比154.7∶60混合，加入水混合搅匀并用氨水调节PH值至5.5-8.0之间，置于沸水浴中加热直至蒸干，时间4-5h；将得到的固态混合物置于恒温干燥箱中，于105-110℃恒温干燥，时间2-3h，得到有机-无机复合肥料。
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