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大豆蛋白在纖維堿渣脫水處理中的應(yīng)用

對于產(chǎn)生大量纖維堿渣的紙廠，往往需要采用擠壓或使用絮凝劑的方法對堿渣脫水，以壓縮堿渣體積后再外運(yùn)。該文介紹了使用大豆蛋白部分取代絮凝劑來提高堿渣脫水量的試驗；試驗表明，使用大豆添加劑處理堿渣，不僅降低了紙廠的生產(chǎn)成本，而且為環(huán)境保護(hù)帶來了附加效益。

對于產(chǎn)生大量纖維堿渣的紙廠，占原料4%的堿渣的處理往往是個大問題：數(shù)百萬噸的堿渣丟棄在紙廠大門前，接著是這些廢棄物的外運(yùn)和傾倒或焚燒。

這些堿渣如果先行脫水處理、壓實(shí)成塊再外運(yùn)，就會降低運(yùn)輸成本，在垃圾填埋場，壓實(shí)后的堿渣所占空間也會減少很多。

1　大豆蛋白應(yīng)用于堿渣的脫水

堿渣中塊狀顆粒的增多是通過密集的擠壓或使用絮凝劑以脫去其水分所致。所述的絮凝劑，如陽離子聚丙烯酰胺（CPAM），中和堿渣微粒中的負(fù)電荷，降低了堿渣間的相互排斥力，使堿渣更易結(jié)塊。

堿渣和大豆蛋白這2種物質(zhì)的微粒都顯負(fù)電荷，它們之間應(yīng)該是互相排斥的，而不是結(jié)合到一起。然而結(jié)果出乎預(yù)料，有研究表明，在紙廠堿渣脫水時，大豆蛋白可以部分取代CPAM。這是因為：在pH為4.5左右時大豆蛋白的電位為負(fù)電荷，在脫水條件下，濾液基本上為中性；然而，大豆蛋白中含有足夠數(shù)量的陽離子位點(diǎn)，可以結(jié)合堿渣中的陰離子位點(diǎn)。

在纖維或纖維堿渣脫水時，大豆蛋白可以增加塊狀顆粒的量，而且在價格上比當(dāng)前使用的石油系聚合物更便宜。用可再生的大豆蛋白取代石油系聚合物，為環(huán)境提供了附加效益。

大豆蛋白可以在堿渣脫水時部分取代CPAM，這一結(jié)論得到大豆聯(lián)合委員會（USB）的支持。10多年來，在大豆系產(chǎn)品中，USB成功地資助了許多產(chǎn)品的開發(fā)，其中包括以大豆原料為基礎(chǔ)的新產(chǎn)品研發(fā)，如木材膠粘劑、塑料、泡沫、橡膠、潤滑劑、大豆甲基酯、大豆基涂料及油墨。

2　紙廠大豆蛋白的脫水性能試驗

紙廠大豆蛋白的脫水性能試驗方法是：將堿渣與絮凝劑CPAM和未加工的大豆蛋白混合，并優(yōu)化CPAM和大豆蛋白的劑量。該大豆蛋白在pH=10的水中攪拌成的大豆面粉，繼而直接加入堿渣中。如果在制備大豆蛋白過程中，使用熱水，則體系的pH會由原來的10下降到7.5。

圖1所示為3家紙廠大豆蛋白的脫水性能試驗結(jié)果（圖中括號內(nèi)的數(shù)據(jù)為添加量）。

圖1　大豆蛋白的脫水性能試驗結(jié)果

由圖1可見：紙廠B，堿渣在脫水過程中無論是大豆蛋白和CPAM混合使用、還是單獨(dú)使用CPAM時，均得到相同量的塊狀顆粒，但混合使用時CPAM的使用劑量較低，從而減少了成本費(fèi)；紙廠P，在沒有使用任何特定添加劑的條件下，反而獲得更多的塊狀顆粒，大豆蛋白的應(yīng)用效果非常好，表明大豆蛋白特別適合于這種類型的紙廠；紙廠W的試驗結(jié)果和紙廠B相同，即得到更多的塊狀顆粒同時，大豆蛋白的添加減少了CPAM的使用劑量。

紙廠B進(jìn)行大豆蛋白和CPAM混合使用試驗時，成本費(fèi)下降多少呢？2013年進(jìn)行試驗時，CPAM的市場價為4.80美元/kg，大豆蛋白的價格為0.66美元/kg。紙廠B在常規(guī)情況下，單獨(dú)使用CPAM的化學(xué)品成本為2.64美元/t，而大豆蛋白和CPAM混合使用時的化學(xué)品成本為1.6美元/t，成本費(fèi)減少了39%。紙廠W單獨(dú)使用CPAM成本為17.28美元/t，而CPAM與大豆蛋白混用時為11.96美元/t，成本費(fèi)減少30%。

3　結(jié)束語

（1）紙廠大豆蛋白的脫水性能試驗表明，大豆蛋白對纖維或含有一些生物材料的堿渣脫水功效非常顯著。

（2）該方法所使用的大豆價格與傳統(tǒng)方法所使用的CPAM相比是非常便宜的，對于一些產(chǎn)生大量的纖維堿渣的紙廠而言，大豆類添加劑的使用不僅降低了紙廠的生產(chǎn)成本，而且為環(huán)境保護(hù)帶來了附加效益，雖然環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益難以定量計算。

（3）大豆生長在世界的每個地方，其豐富的資源為該方法的推廣和應(yīng)用的可持續(xù)性提供了保證。

（張丙旭編譯）