一种减少硝酸盐从土壤淋失的方法技术

本发明专利技术涉及生产生物柴油时所得的废产物用于减少硝酸盐从土壤淋失的应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及生产生物柴油时所得废弃物在用于减少硝酸盐从土壤淋失中的应用。在英国，农业硝态氮(nitrate-nitrogen) (N)淋溶损失估计高达每年每公顷50kg 氮。然而，无机和有机氮肥的实际生态代价估计会显著得多。这主要分布于富营养化作用、 对气候变化的直接贡献(N2O的减少)以及对气候变化的间接贡献(生产和运输的排放)的生态效应之中。所有的生物，包括植物，都需要氮来生存和生长。在秋季，随着夏季干燥的土壤变得潮湿(即“湿润起来”)会产生硝酸盐(氮的一种形式)。在这个时候，植物(通常是谷物)已经收获了。这意味着非常易溶的硝酸盐(约30-50kg N ha"1)会通过土壤向下流向地表水和地下水。这会导致许多问题，包括水中富集养分(富营养化作用)以及对水生生态系统的损害。补充流失的氮所需要的额外的肥料对于农民来说也代表着一笔相当大的财务支出。近来使用农作物生产生物燃料的盛行进一步增加了对农业用地的需求，导致本已逐渐减少的自然栖息地被进一步侵占。生产中存在固有的低效率，这可以说是对使用油料作物生产生物燃料的最务实的批评。据计算，在某些情况下，制造燃料所需的能量比燃料燃烧所释放的能量还要多。事实上，几乎所有的生物燃料作物都需要氮肥。这些氮几乎完全来自于工业生产，例如哈伯鲍希法(Haber-Bosch process)，这需要大量的电力直接将大气中的氮与氢结合起来。此外，处理生物柴油工业中产生的废弃物是昂贵和难以解决的。需要切实可行的解决方案，能够提高农业和世界能源预算消耗这两个挑战中的任一个的效率。目前尚无简单方法可以在短期或中期内阻止硝酸盐从土壤淋失到水体中。秋季播种的覆盖作物可以减少冬季的硝酸盐淋失，特别是在沙质土壤中。但是，它们并不能与秋季播种的作物一同使用，而是需要在春季时被加入土壤中，以便给春季播种的作物腾出地方。拉希德(Rashid)和弗洛尼(Voroney)(J. Environ. Qual. (2005) 34 :963-969)描述了含油食物废料在土壤中的应用。然而，将含油废弃物施用于土地是不合乎需要的。而且， 含油食物废料是不溶于水的，因此不会在土壤中有效地分散。因此，需要一种改进的方法以减少硝酸盐淋失，同时允许播种更有经济性的秋季播种作物，并且还需要一种改进的方法以用于处理生产生物柴油时得到的废产物。本专利技术的第一个方面提供了生物柴油副产品(BCP)在减少土壤硝态氮淋失中的应用。BCP是通过可再生脂的酯交换制备生物柴油时所得到的所有废产物或副产物。因此，BCP也可被称为生物柴油废产物(BWP)或生物柴油副产物(BBP)。副产品、副产物和废产物是指通过可再生脂的酯交换获得的、除了从酯交换过程的产物中分离出来用作燃料的生物柴油以外的任何产品。BCP基本上是一种非酯产品(non-ester product)。生物柴油是一种包含C8至C25链的单烷基酯的燃料，例如用在压燃式(柴油) 发动机中的甲基酯、丙基酯和乙基酯。生物柴油通过可再生脂的酯交换制备，这些可再生脂包括油和脂肪，如动物油和植物油，所述植物油包括种子油、坚果油(nut oil)和菜油(vegetable oil)，例如油菜籽油和大豆油。所述酯交换过程不需要催化作应就可发生。在本专利技术的一个实施方案中，用碱对酯交换过程进行催化，如包括氢氧化钾或氢氧化钠的强碱性催化剂，或例如硫酸的酸性催化剂。当酯交换过程没有被催化时，该反应在某一压力下(通常在10到20MPa之间)进行。可以在使用前对所述可再生脂进行过滤，以除去所有的非油类物质，如污垢和烧焦的食物。另外，在使用前可以将可再生脂中的水除去。这可以通过加热所述脂或加入干燥剂如无水硫酸镁来实现。所述酯交换过程是可再生脂中的甘油三酯与醇，如乙醇或甲醇，反应生成酯和甘油的反应。甘油三酯是游离的脂肪酸与三羟基醇，甘油的酯。所述醇与甘油三酯中的脂肪酸反应生成烷基酯，如生物柴油和BCP。BCP可能包含大量的生产生物柴油过量使用的醇。因此，BCP是通过甘油三酯与醇的酯交换可以得到的。所述催化剂通常是溶于醇中的氢氧化钠(苛性钠)或氢氧化钾(苛性钾)。然后将醇/催化剂混合物添加到含有可再生脂的密闭容器中，如反应釜中。保持反应混合物的温度在50°C至300°C之间以加速反应，非压力容器(un-pressurised vessels)的温度上限为75°C。根据温度和压力的不同，建议反应时间可以在几秒至8小时之间变化。反应一旦完成，存在两相生物柴油和BCP。BCP相比生物柴油相更加浓稠，因此可以对两相进行重力分离，从沉淀容器底部将BCP简单抽出即可。可以使用离心机以更快地分离这两种材料。随后，可以使用水洗涤生物柴油相以除去生物柴油相中残余的BCP。因此，本专利技术中的BCP包括生物柴油洗涤水(biodiesel wash water)。洗涤水也可称作废水。可以使用静态洗涤(static washing)、喷雾洗涤(mist washing)和气泡洗涤(bubble washing)，或者吸附在离子交换柱上(然后去除)，以去除生物柴油相中的残余的BCP。静态洗涤包括将生物柴油和水置于容器中且不进行混合。经过一段时间，如2小时或以上、2小时至48小时之间和4小时或以上，BCP会从生物柴油相转移至水中。喷雾洗涤包括将水喷到生物柴油的表面，让水在穿过生物柴油下沉的过程中收集BCP。气泡洗涤包括在生物柴油的下方增加水层并在水中制造气泡。气泡周围薄层中的水会被带入生物柴油，当气泡到达容器顶端时会破裂，让水在穿过生物柴油下沉的过程中收集BCP。在将BCP施用于土壤之前，过量的醇可以从BCP中回收，例如通过蒸馏的方式，这些醇随后还可用于以后的生物柴油生产。BCP是可溶于水的，包含10%至95%的甘油。在一种实施方案中，BCP包含20%或以上的甘油，或者 30% -95%,40% -95%,40% -60%,50% -90%,50% -80%,50% -70%,60% -90%,60% -70%或 70% -80%的甘油。BCP可以被定义为含有0. Olwt %至50衬％杂质的甘油，包括含有0. Olwt %至45wt%,0. 05wt%至 45wt%或45wt%杂质的甘油。BCP还可以包含来自甘油三酯的有机酸的钾盐或钠盐，如肥皂，以及醇和/或生物柴油。根据原料脂中游离脂肪酸(FFA)的含量、水的污染程度和所使用的催化剂，其含量可以在至20%之间变化。BCP中的非水成分包含40%至80%的碳。在本专利技术的一种实施方案中，BCP中的非水成分包含20%至70%的碳，包括30%至60%、30%至55%、40%至55%、20%至60%、 30%至 70%、40%至 70%和 50%至 80%的碳。含有水的BCP可以包含最多80%的碳。在一种实施方案中，含有水的BCP包含5% 至 80%、10%至 80%、10%至 70%、20%至 70%和 20%至 60%的碳。可以按照50、100、150、200、300、400、500mg Ckg4 土壤或更多的添加量将BCP施用于土壤。在本专利技术的一种实施方案中，在施用于土壤之前将BCP的pH值降低。该pH值可以降至pH6. 5至pHIO、pH7至pHIO、pH7至pH9、pH7至pH8或降本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·莱德米勒戈登，P·布鲁克斯，
申请(专利权)人：罗特哈姆斯太德研究有限公司，
类型：发明
国别省市：