一种草本纤维生物精制工艺废渣治理方法及设备
技术领域
本发明涉及草本纤维生物精制领域。具体为一种草本纤维生物精制工艺废渣治理方法及设备。
背景技术
从草本纤维原料中提取纤维用作纺织、造纸、生物质产业的基础材料,已有几千年历史。沿袭数千年之久的“沤麻”方法——将草本纤维植物茎秆砍到自然堆放在田间或运输并浸泡于江河湖沟等天然水体中,在天然菌群随机降解作用下剥离非纤维素的方法,存在不适宜工业化生产、纤维产量和品质不稳定、劳动强度大且环境恶劣(几乎没有人愿意从事“沤麻”这种农活了)等问题。尤其是与我国蓬勃发展的水产养殖业争夺水源的矛盾日益突出,占原料40%以上的脱落物流失在水体中,对环境造成严重的“面污染”,正面临着被历史所淘汰的危机。以“烧碱溶液蒸煮为中心”的化学方法,由于占原料35%以上的脱落物(包括大量非纤维素和少许结晶度不高的纤维素)被水解为单体成分,导致高浓度废水中COD值超过10000mg/L,其应用面正在受到严重限制。1985年发明的过渡型“生物-化学联合”方法,因为没有摆脱化学水解作用机制,以至于高浓度废水中COD值维持在10000mg/L左右。1995年发明的“关键酶定向裂解非纤维素”的现代生物方法,由于没有很好地破解“工艺与装备配套”的制约因子,至今尚未显现出推进产业技术革命的强劲动力。
本申请人获得了“一种功能菌株用于工厂化发酵快速提取草本纤维的方法”等发明专利授权,并先后申请了“一种草本纤维原料规范整理设备及方法”、“一种生物精制草本纤维的自动化运转系统及方法”等一系列专利,这些技术方案从根本上解决了现代生物技术在草本纤维制造业中应用的关键技术。然而,草本纤维原料规范整理过程中,通过机械碾压作用,附着在纤维质农产品上的木质部(麻类农产品称“麻骨”)和表皮(麻类农产品称“麻壳”)等组织型非纤维素变成了碎片,形成了工业废渣。同时,精制纤维烘干工序中,通过加热使精制纤维所含游离水(35%左右)变成了蒸汽,形成了工业废汽。这些工业废渣、废汽业已成为草本纤维制造业的新问题,目前还没有合适的方法予以解决。
发明内容
本发明解决的技术问题在于克服现有的草本纤维生产过程中产生废渣污染环境的缺点,提供一种草本纤维生物精制工艺废渣治理方法。
本发明的草本纤维生物精制工艺废渣治理方法,用于治理草本纤维生物精制工艺过程中产生的废渣,包括以下步骤:
(1)回收规范整理装置、接种装置、烘干装置和开松装置产生的机械剥离非纤维素有机物碎片;其中,回收规范整理装置、烘干装置和开松装置产生的机械剥离非纤维素有机物碎片包括:通过收尘壳体收集碎片,通过使所述壳体内产生负压的提取装置将碎片送入除尘装置将碎片集中在一起。回收接种装置产生的机械剥离非纤维素有机物碎片包括:通过固液分离装置分离接种装置产生的废液中的固态物质,即接种装置产生的机械剥离非纤维素有机物碎片。
(2)将机械剥离非纤维素有机物碎片集中送入储存装置;
(3)将储存装置内的非纤维素有机物碎片送入磨粉装置进行磨细,磨细的粉末用作生物质材料的基质。
作为优选的方案,回收规范整理装置、烘干装置和开松装置产生的机械剥离非纤维素有机物碎片包括:通过收尘壳体收集碎片,通过使所述壳体内产生负压的提取装置将碎片送入除尘装置将碎片集中在一起。
作为优选的方案,所述方法还包括对磨细后的粉末进行筛选,将未通过筛选的粗粉再次磨细。
作为优选的方案,还包括对废汽进行治理的步骤,所述废汽是指草本纤维生物精制工艺过程中烘干装置加热烘干精制纤维所形成而又必须及时排出的蒸汽。
作为优选的方案,将从烘干装置抽取的蒸汽输送至发酵装置,直接雾化可提高发酵装置内的温度和湿度。
作为优选的方案,将从烘干装置抽取的蒸汽输送至灭活装置和/或渍油装置内提高灭活装置和/或渍油装置内的温度。
作为优选的方案,将从烘干装置抽取的蒸汽输送至为渍油装置调制乳化油的乳化油调配槽和/或热水储存槽内。
本发明还提供一种草本纤维生物精制工艺废渣治理设备,所述设备包括:
收集装置,包括罩在规范整理装置、烘干装置和开松装置外部收集机械剥离非纤维素有机物碎片的收尘壳体、对所述收尘壳体施加负压的抽提装置和与接种装置连接的固液分离装置,所述固液分离装置将接种装置产生的废渣中的液体与碎片分离开;
除尘装置,包括与所述抽提装置连接以接收来自所述抽提装置的碎片的除尘壳体,所述除尘装置捕获碎片并将碎片集中在一起;
储存装置,用来接收并储存除尘装置集中的碎片及固液分离装置输送来的碎片;
运输装置,一端与所述储存装置连接;
磨粉装置,所述磨粉装置接收所述运输装置运来的碎片并对其进行磨细;
分样筛,所述分样筛对所述磨粉装置磨细的粉末进行筛选使细粉通过筛眼落下同时使粗粉留在分样筛上;
截留装置,分样筛和磨粉装置连接将分样筛上的粗粉输送至磨粉装置再次磨细;
打包装置,对磨细的粉末进行打包。
作为优选的方案,所述收尘壳体包括罩在所述规范整理装置外部的第一壳体、罩在所述烘干装置外部的第二壳体和罩在所述开松装置外部的第三壳体,所述第一壳体、第二壳体和第三壳体的底壁呈漏斗状,所述漏斗状的底部设有出尘口。
作为优选的方案,所述设备还包括从烘干装置抽取蒸汽输送至发酵装置和/或灭活装置和/或渍油装置和/或乳化油调配槽和/或热水储存槽的管道。
作为优选的方案,所述所述管道包括连接烘干装置与热水储存槽的主管道、连接主管道与发酵装置的第一分管道、连接主管道与灭活装置的第二分管道、连接主管道与乳化油调配槽的第三分管道、连接主管道与渍油装置的第四分管道,所述主管道上设置有鼓风装置。
本发明的草本纤维生物精制工艺废渣治理设备和方法与现有技术相比,具有以下有益效果:
1、将碎片收集、集中并磨细,一方面可防止碎片污染大气环境,同时利用磨细的粉末作为制备生物质材料的基质,充分利用了碎片中的有机质,起到了变废为宝的效果。
2、将未通过筛选的粗粉再次磨细,这样不会使粗粉被浪费掉。可更充分地利用碎片,同时保证粉末的尺寸符合设定的要求。
3、将烘干装置内的蒸汽引入发酵装置,提高其内的温度和湿度,从而节约了能源。
4、将烘干装置内的蒸汽引入灭活装置和/或渍油装置,提高其内的温度。
5、将从烘干装置抽取的蒸汽输送至乳化油调配槽对乳化油进行加热,充分利用蒸汽的热能。
6、将烘干装置内的蒸汽引入热水储存槽,一方面可对其内的水进行加热,另一方面,蒸汽冷凝生成的水为蒸馏水,不含任何杂质,从而可稀释热水储存槽内的杂质,从而提高水的质量。
附图说明
图1为本发明一个实施例的草本纤维生物精制工艺废渣治理设备的废渣治理部分的结构示意图。
图2为本发明一个实施例的草本纤维生物精制工艺废渣治理设备的废汽治理部分的结构示意图。
附图标记
a规范整理装置,b接种装置,c烘干装置,d开松装置,e发酵装置,f灭活装置,g乳化油调配槽,h渍油装置,k热水储存槽。
1收尘壳体,1a第一壳体,1b第二壳体,1c第三壳体,1d进料口,1e出料口,1f出尘口,2抽提装置,3固液分离装置,4除尘装置,41除尘壳体,42水雾喷头,5储存装置,6运输装置,7磨粉装置,8分样筛,9截留装置,10打包装置,11主管道,12第一分管道,13第二分管道,14第三分管道,15第四分管道,16鼓风装置。
具体实施方式
本发明中的草本纤维指大麻、苎麻、红麻等各种麻类植物及棉纤维等纤维。在精草本纤维生物精制的过程中,会产生大量的机械剥离非纤维素有机物碎片,如果直接排放在大气或者水域中会导致其中的木质部和表皮等组织型非纤维素有机物质浪费掉,同时还会对空气和水域造成严重的污染。
本发明提供了一种草本纤维生物精制工艺废渣治理方法,能综合治理草本纤维生物精制工艺过程中产生的废渣,使之不成为环境污染物且实现物尽其用,包括以下步骤:
(1)回收提取规范整理装置、接种装置、烘干装置和开松装置产生的机械剥离非纤维素有机物碎片。其中,这规范整理装置、烘干装置和开松装置这三种装置产生的碎片为干碎片,容易污染空气,可通过收尘壳体收集碎片,通过使所述壳体内产生负压的提取装置将碎片送入除尘装置将碎片集中在一起。接种装置产生的碎片与菌液混合在一起形成废渣,需要通过固液分离装置分离接种装置产生的废液中的固态物质,其中的固态物质是接种装置产生的机械剥离非纤维素有机物碎片。
(2)将机械剥离非纤维素有机物碎片集中送入储存装置,等待下一步处理。储存装置内的碎片的含水量不高于18%。
(3)将储存装置内的机械剥离非纤维素有机物碎片送入磨粉装置进行磨细,磨细的粉末作为制备生物质材料的基质。
以上对碎片的收集、提取、固液分离及碎片的储存、磨细、筛选和打包等操作可通过一切可行的方式来进行,优选的实现方式将在下面对相关的设备进行描述时予以介绍。
本发明的草本纤维生物精制工艺废渣治理方法通过回收碎片,将碎片磨细,磨细的粉末作为制备生物质材料的基质,不仅可解决污染的问题,还对机械剥离非纤维素有机物碎片进行了充分的利用。
作为优选,本发明的方法还包括对磨细后的粉末进行筛选,这样可保证作为制备生物质材料的基质的尺寸符合设定的尺寸,在本实施例中,通过筛选的细粉的尺寸小于或者等于50μm。作为进一步的优选,可将未通过筛选的粗粉再次磨细,这样不会使粗粉被浪费掉。然后对磨细的粉末进行打包使其便于运输和储藏。
在纤维的制作过程中,对湿润的纤维(含水率一般高达40%及以上)进行烘干时产生的蒸汽带有大量的热量,如直接排放至空气中会造成能量的浪费。发明的方法进一步包括对废汽进行治理的步骤,所述废汽是指草本纤维生物精制工艺过程中烘干装置加热烘干精制纤维所形成而又必须及时排出的蒸汽,其温度大于或者等于90℃。具体包括以下步骤:
将从烘干装置抽取的蒸汽输送至发酵装置,所述蒸汽以喷雾的方式进入发酵装置。发酵装置需要加热以保持使菌类大量快速繁殖的温度。蒸汽喷雾可以提高发酵装置内的热量和湿度。
将从烘干装置抽取的蒸汽输送至灭活装置和/或渍油装置内提高灭活装置和/或渍油装置内的温度。
将从烘干装置抽取的蒸汽输送至乳化油调配槽内。蒸汽是在乳化油或者集油槽的液面下释放,在本实施例中,蒸汽的压力使其穿过高度大于或等于1000mm的乳化油,这样可充分利用蒸汽的热量加热乳化油。蒸汽的压力可通过鼓风机来提供。
将从烘干装置抽取的蒸汽输送至用于灭活装置进行灭活的热水储存槽的热水中。在本实施例中,蒸汽输送至热水中且蒸汽的压力使其穿过高度大于或等于1000mm的水层。
本发明还提供一种草本纤维生物精制工艺废渣治理设备,利用该设备可以实施本发明的草本纤维生物精制工艺废渣治理方法。该设备包括废渣治理部分,如图1所示,废渣治理部分具体包括:收集装置、除尘装置4、储存装置5、运输装置6、磨粉装置7、分样筛8、截留装置9和打包装置10。
其中,收集装置包括罩在规范整理装置a、烘干装置c和开松装置d外部收集机械剥离非纤维素有机物碎片的收尘壳体1、对所述收尘壳体1施加负压的抽提装置2和与接种装置b连接的固液分离装置3。在本实施例中,抽提装置2可安装在连接收尘壳体1和储存装置5之间的管道上,抽提装置2可采用安装在靠近收尘壳体1的位置的鼓风机,或者采用安装在远离收尘壳体1的位置的旋片式抽风机。所述固液分离装置3安装在连接接种装置b与储存装置5之间的管道上,可采用固液分离泵,将接种装置b产生的废渣中的液体与机械剥离非纤维素有机物碎片分离开。
在纤维的生产过程中,碎片被限制在收尘壳体1内,防止碎片飘散在空气中污染环境,收尘壳体1可以是罩在规范整理装置a、烘干装置c和开松装置d外部的一整个壳体,也可以是分别设置在规范整理装置a、烘干装置c和开松装置d外部的多个独立壳体。本实施例中采用后者,具体为:
在所述规范整理装置a外部设置第一壳体1a,在烘干装置c外部设置第二壳体1b,在开松装置d外部设置第三壳体1c。第一壳体1a、第二壳体1b和第三壳体1c均具有允许制作草本纤维的原料输入壳体内的进料口1d和允许制作草本纤维的原料输出壳体外的出料口1e,且所述进料口1d高度小于或等于50mm,出料口1e的高度小于或等于40mm。在本实施例中,所述第一壳体、第二壳体和第三壳体的底壁均呈漏斗状,所述漏斗状的底部设有出尘口1f,碎片可在重力的作用下沿漏斗的倾斜面输送至出尘口1f。
除尘装置4包括与所述抽提装置2连接以接收来自所述抽提装置2的碎片的除尘壳体41,所述除尘装置4捕获并将碎片集中在一起。在本实施例中,所述除尘装置4为水膜除尘装置4,除尘壳体41还包括向所述除尘壳体41内喷雾以形成扑捉碎片颗粒的水膜的水雾喷头42。通过水膜捕捉碎片,使其集中在一块。所述除尘壳体41的底壁形成倾斜导流板使被水膜集中的碎片依靠重力移动至所述储存装置5内,不需要另外设置提取和运输碎片的装置,可使得整个设备的机构更简单和紧凑。
储存装置5用来接收并储存除尘装置4集中的碎片及固液分离装置3输送来的固体即碎片。在本实施例中,所述储存装置5的壳体的底壁形成倾斜导流板使碎片依靠重力移动至所述运输装置6上。
运输装置6的一端与所述储存装置5连接,另一端与磨粉装置7连接,将储存装置5内的碎片运输至磨粉装置7。在本实施例中,运输装置6具有倾斜的输送带,输送带较低的一端与储存装置5连接,较高的一端伸至磨粉装置7的上端,使被输送的碎片依靠重力落在磨粉装置7的入料口内。
所述磨粉装置7对碎片进行磨细,磨细后的粉末可作为制备生物质材料的基质,从而对碎片进行了充分的利用。
所述分样筛8对所述磨粉装置7磨细的粉末进行筛选使细粉通过筛眼落下同时使粗粉留在分样筛8上。在本实施例中,所述分样筛8的筛孔大于或等于300目,使得通过分样筛8的筛孔的粉末的尺寸小于或者等于50μm。设备还包括打包装置10,对通过分样筛8的细粉进行打包。
在本实施例中,所述分样筛8包括筛体和驱动所述筛体震动的高频震动装置(图中未示出),所述筛体一端与磨粉装置7连接接收磨细的粉末,另一端形成收缩出料口,使留在所述筛体上的粗粉经由所述出料口输出并输送至磨粉装置7。
所述设备还包括与所述分样筛8和磨粉装置7连接将分样筛8上的粗粉输送至磨粉装置7再次磨细的截留装置9,截留装置9的设置避免了粗粉的浪费,可更充分地利用碎片同时保证粉末的尺寸符合设定的要求。
本发明的设备还可以通过废蒸汽利用部分对烘干装置c内产生的废蒸汽进行利用,废蒸汽利用部分包括从烘干装置抽取蒸汽输送至发酵装置和/或灭活装置和/或渍油装置和/或乳化油调配槽和/或热水储存槽的管道。如图2所示,在本实施例中,具体通过以下结构来实现:
所述设备包括从烘干装置c抽取蒸汽,将抽取的蒸汽输送至发酵装置e内的输送管道。所述蒸汽以喷雾的形式进入所述发酵装置e的壳体内,提高壳体内的温度和湿度。
所述设备还包括将抽取的蒸汽输送至灭活装置f和/或渍油装置h内提高灭活装置f和/或渍油装置h内的温度的输送管道。将蒸汽输送至渍油装置h内的输送管道与渍油装置h的底部相通。
所述设备还包括将抽取的蒸汽输送至调制乳化油的乳化油调配槽g内的输送管道。将蒸汽输送至乳化油调配槽g内的输送管道伸入乳化油的液面下释放蒸汽且释放的蒸汽穿过高度大于或等于1000mm的乳化油。
所述设备还包括将抽取的蒸汽输送至热水储存槽k的输送管道,热水储存槽k,一方面可对其内的水进行加热,另一方面,蒸汽冷凝生成的水为蒸馏水,不含任何杂质,从而可稀释热水储存槽k内的杂质,从而提高水的质量。
将蒸汽输送至热水储存槽k的输送管道伸入热水的液面下释放蒸汽且释放的蒸汽穿过高度大于或等于1000mm的水层,进行充分的热交换,从而更大效率地利用蒸汽的热量。
在本实施例中,如图2所示,主管道11连接烘干装置c与热水储存槽k,鼓风装置16设置在主管道11上,主管道11靠近热水储存槽k的一端设有压力控制阀(图中未示出),当主管道11内蒸汽压力达到压力控制阀的控制压力时,阀门开启,当蒸汽压力小于控制压力时,阀门关闭。
发酵装置e通过第一分管道12与主管道11连接,灭活装置f通过第二分管道13与主管道11连接,乳化油调配槽g通过第三分管道14与主管道11连接,渍油装置h通过第四分管道15与主管道11连接。第一分管道12、第二分管道13、第三分管道14和第四分管道15的末端均设有分管道阀门(图中未示出),分管道阀门是常闭的,在需要使用蒸汽时,打开相应的阀门即可。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例,不用于限制本发明,本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员在本发明的实质和保护范围内,对本发明做出的各种修改或等同替换也落在本发明的保护范围内。