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制備飼料的方法。

背景技術(shù)：

大豆蛋白一般是指來源于大豆的蛋白質(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，具有較高的營養(yǎng)價值。由于大豆蛋白有以上優(yōu)點，加之其制備原料成本低廉易得，制備技術(shù)相對簡單，國內(nèi)大豆蛋白制備產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，截止2015年國內(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。

目前國內(nèi)企業(yè)大豆蛋白生產(chǎn)的基本過程為：低溫浸出-堿溶-酸沉-離心-噴霧干燥或酶處理，其中堿溶后會產(chǎn)生大量豆渣(每噸蛋白約5噸豆渣)，酸沉離心后會產(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，會造成嚴重污染問題，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。

目前，豆渣的主要去向為飼料廠家，廢水主要經(jīng)污水廠處理。由于豆渣含水率高，極容易腐敗，而且含有容易引起豬腹瀉的胰蛋白酶抑制劑，作為飼料直接使用或加工并不方便，因此很多時候豆渣會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，無論堆肥、填埋都存在占地大，污染等問題。大豆蛋白生產(chǎn)過程中所產(chǎn)廢物的綜合處理和利用距離“減量化、無害化、穩(wěn)定化、資源化”的理想狀態(tài)還有很大的差距。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

申請人在引入德國buttmann水熱碳化處理技術(shù)建造設(shè)備，實際運行處理城市生活污水廠污泥(北京、兗州、濟寧等地)的基礎(chǔ)上中對水熱碳化處理工藝進行了進一步優(yōu)化并嘗試擴展其適用范圍。實驗中，申請人發(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養(yǎng)元素組成。將現(xiàn)有的水熱碳化催化劑種類和添加方式(在進入反應(yīng)器之前一次性加入濃硫酸)改為兩次分步添加(在進入反應(yīng)器之前加入檸檬酸，在反應(yīng)進行到中途向反應(yīng)器中加入醋酸)，能更好的改善產(chǎn)物含水率以實現(xiàn)更好的減量/保存效果。同時高溫處理能有效消除胰蛋白酶抑制劑活性，加之處理過程中沒有使用可能有安全問題的強酸(局部泥產(chǎn)生的空腔中可能保留有少量未與其他成分充分混合的酸)，豆渣處理產(chǎn)品可以直接作為飼料使用。

本發(fā)明中所述“豆渣”是指大豆蛋白生產(chǎn)或其他大豆深加工過程中原料大豆經(jīng)過加工后產(chǎn)生的固體廢棄物。

一方面，提供了一種水熱碳化處理豆渣制備飼料的方法，包括步驟：

a.豆渣收集；

b.將豆渣送至反應(yīng)器，期間加入檸檬酸；

c.在反應(yīng)器中進行水熱碳化反應(yīng)，期間加入醋酸；

d.收集產(chǎn)生的生物碳漿；

e.板壓脫水，粉碎，裝袋作為飼料。

進一步的方面，該方法中使用的檸檬酸為固體檸檬酸，醋酸為冰醋酸。

進一步的方面，該方法中使用的檸檬酸加入量為1-2％(w/v)，醋酸加入量為1-2％(v/v)。

進一步的方面，該方法中使用的檸檬酸加入量為2％(w/v)，醋酸加入量為1.5％(v/v)。

進一步的方面，水熱碳化溫度為150-200℃，壓力為10-20bar，時間為60-150分鐘。

進一步的方面，水熱碳化溫度為150℃，壓力為15bar，時間為120分鐘。

進一步的方面，水熱碳化進行到預(yù)期反應(yīng)時間四分之一時加入醋酸。

進一步的方法，步驟d中通過泄壓系統(tǒng)在保障系統(tǒng)運行壓力的條件下收集產(chǎn)生的生物碳漿，期間通過熱交換系統(tǒng)接受生物碳漿的熱量，所獲熱量用于通過前熱交換系統(tǒng)在步驟b中預(yù)熱豆渣，碳漿通過卸壓系統(tǒng)降壓后留余壓送至緩沖儲罐。

進一步的方面，反應(yīng)器中的壓力由輸送豆渣的泵提供。

附圖說明

附圖1是豆渣熱水碳化處理技術(shù)的完整工藝流程框圖。圖中：1、進料漏斗，2、加壓泵，3、前熱交換器系統(tǒng)，4、熱回收，5、1#催化劑投加點，6、反應(yīng)器，7、后熱交換器系統(tǒng)，8、卸壓系統(tǒng)，9、碳漿儲倉，10、板框脫水裝置，11、廢水處理(選擇項)，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、濾液儲罐，16，料倉，a、含水率75％的豆渣，b、沉淀物回饋(可選)，c、處理后水返回工廠進水口，d、生物炭餅。

附圖2是申請人實際處理豆渣使用的設(shè)備外觀圖(3000噸年處理能力)。

具體實施方式

實施例1豆渣的處理

豆渣樣本來源：山東興魚大豆生物有限公司所產(chǎn)豆渣，含水率約80％。

本發(fā)明的處理過程：

a.使用封閉螺旋收集豆渣；

b.將豆渣送至反應(yīng)器，期間加入2％(w/v)的檸檬酸并以前熱交換系統(tǒng)預(yù)熱豆渣；

c.在反應(yīng)器中進行水熱碳化反應(yīng)，水熱碳化溫度為150℃，壓力為15bar，時間為120分鐘，反應(yīng)進行到約30分鐘時加入冰醋酸1.5％(v/v)，反應(yīng)器中的壓力由輸送豆渣的泵提供；

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

e.板壓脫水，粉碎，裝袋作為飼料。

對照處理過程1：

基本處理過程同本發(fā)明的處理過程，其中不加入酸催化劑，并調(diào)整水熱碳化溫度至180℃，壓力至20bar，時間至150分鐘。

對照處理過程2：

基本處理過程同本發(fā)明的處理過程，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。

對照處理過程3：

基本處理過程同本發(fā)明的處理過程，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180℃，壓力至20bar，時間至150分鐘。

上述處理過程使用相同的設(shè)備，相同的豆渣進樣量(1.5噸)進行。

實施例2實施例1中各處理方法的效果比較

測定所得炭餅含水率，蛋白含量(凱氏定氮法)，脂肪含量(索氏抽提法)

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豆渣含水率以更好的實現(xiàn)減量，同時延長保存時間(數(shù)據(jù)見實施例3)；縮短反應(yīng)時間(效果好于反應(yīng)時間較長的對照1和3)；有效提高了產(chǎn)品中蛋白含量進而提高飼料質(zhì)量(即使排除含水率的區(qū)別，本發(fā)明方法產(chǎn)物的蛋白含量也明顯高于對照，這可能是由分步加入兩種酸產(chǎn)生的更好破壁分解過程引起)；本發(fā)明的方法在建造和運行費用上與現(xiàn)有水熱碳化處理技術(shù)并無明顯區(qū)別(醋酸和檸檬酸價格低廉，而且操作和保存均比濃硫酸安全)。

實施例3實際飼料制備和使用

板壓脫水得到的豆渣含水率低，適合運輸一定時間的儲存。原豆渣露天堆放2日左右就會發(fā)酵產(chǎn)生極其難聞的氣味，操作人員不做防護難以接近，而經(jīng)過處理的炭餅露天堆放15日后才開始有明顯腐敗氣味產(chǎn)生產(chǎn)生。

將本發(fā)明的豆渣飼料以20％的加入量用于2批次各100頭左右豬的飼養(yǎng)，農(nóng)戶反應(yīng)豬生長狀況正常，無豆渣明顯相關(guān)的群體性腹瀉發(fā)生。

本發(fā)明所產(chǎn)豆渣飼料還可以與麩皮等混合后進一步發(fā)酵加工，用于蛋雞等家畜家禽。