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大豆蛋白在纖維堿渣脫水處理中的應(yīng)用

對(duì)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(duì)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(lái)提高堿渣脫水量的試驗(yàn)；試驗(yàn)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(lái)了附加效益。

對(duì)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(gè)大問(wèn)題：數(shù)百萬(wàn)噸的堿渣丟棄在紙廠大門(mén)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(huì)降低運(yùn)輸成本，在垃圾填埋場(chǎng)，壓實(shí)后的堿渣所占空間也會(huì)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(guò)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(yáng)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(shí)，大豆蛋白可以部分取代CPAM。這是因?yàn)椋涸趐H為4.5左右時(shí)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(yáng)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(shí)，大豆蛋白可以增加塊狀顆粒的量，而且在價(jià)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(shí)部分取代CPAM，這一結(jié)論得到大豆聯(lián)合委員會(huì)（USB）的支持。10多年來(lái)，在大豆系產(chǎn)品中，USB成功地資助了許多產(chǎn)品的開(kāi)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(rùn)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(yàn)

紙廠大豆蛋白的脫水性能試驗(yàn)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(guò)程中，使用熱水，則體系的pH會(huì)由原來(lái)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(yàn)結(jié)果（圖中括號(hào)內(nèi)的數(shù)據(jù)為添加量）。

圖1　大豆蛋白的脫水性能試驗(yàn)結(jié)果

由圖1可見(jiàn)：紙廠B，堿渣在脫水過(guò)程中無(wú)論是大豆蛋白和CPAM混合使用、還是單獨(dú)使用CPAM時(shí)，均得到相同量的塊狀顆粒，但混合使用時(shí)CPAM的使用劑量較低，從而減少了成本費(fèi)；紙廠P，在沒(méi)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(lèi)型的紙廠；紙廠W的試驗(yàn)結(jié)果和紙廠B相同，即得到更多的塊狀顆粒同時(shí)，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(yàn)時(shí)，成本費(fèi)下降多少呢？2013年進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，CPAM的市場(chǎng)價(jià)為4.80美元/kg，大豆蛋白的價(jià)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(shí)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(shí)為11.96美元/t，成本費(fèi)減少30%。

3　結(jié)束語(yǔ)

（1）紙廠大豆蛋白的脫水性能試驗(yàn)表明，大豆蛋白對(duì)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(jià)格與傳統(tǒng)方法所使用的CPAM相比是非常便宜的，對(duì)于一些產(chǎn)生大量的纖維堿渣的紙廠而言，大豆類(lèi)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(lái)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(jì)算。

（3）大豆生長(zhǎng)在世界的每個(gè)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）