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酒精糟液的綜合治理

酒精糟液的綜合治理

產(chǎn)品分類(lèi): 污水處理工程類(lèi)別

應用范圍:
1 概述  酒精是一種用途廣泛的化工產(chǎn)品,也是一種清潔燃料。酒精的生產(chǎn)方法有發(fā)酵法和合成法。發(fā)酵法是以植物為原料,通過(guò)微生物發(fā)酵,經(jīng)蒸餾制取酒精?! ≈迫【凭?..

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詳細說(shuō)明

1 概述
  酒精是一種用途廣泛的化工產(chǎn)品,也是一種清潔燃料。酒精的生產(chǎn)方法有發(fā)酵法和合成法。發(fā)酵法是以植物為原料,通過(guò)微生物發(fā)酵,經(jīng)蒸餾制取酒精。
  制取酒精的原料可分為兩大類(lèi)。一類(lèi)是含糖植物,如甘蔗、甜菜、或制糖廠(chǎng)的副產(chǎn)品糖蜜;另一類(lèi)是含淀粉的植物,如玉米、薯干。
  玉米和薯干,在發(fā)酵時(shí)投加不同種類(lèi)的微生物,可制取丙酮、丁酮和酒精等溶劑。
  我國是生產(chǎn)酒精大國,用液態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)的白酒,其原料也是含淀粉的植物如玉米、高粱等,生產(chǎn)工藝類(lèi)同制取酒精。
  發(fā)酵法制取酒精和溶劑,雖然采用的原料和生產(chǎn)工藝有所不同,但在制取過(guò)程中都產(chǎn)生大量的糟液,糟液中含有高濃度的有機物。糟液很難直接利用,廢棄的糟液對環(huán)境造成嚴重污染。

  2 產(chǎn)品與糟液
  2.1 酒精與糟液
  制取酒精時(shí)產(chǎn)生糟液,單位產(chǎn)量產(chǎn)生糟液的體積及糟液中含有機物的濃度與原料的品種,酵母菌株的品質(zhì)、生產(chǎn)設備規模大小及**性和操作管理時(shí)實(shí)施清潔生產(chǎn)的程度有關(guān)。表1為不同原料制取1t酒精時(shí)消耗原料的數量,產(chǎn)生糟液的體積和糟液中含有機物濃度(以COD值表示)的統計值。

1 制取1t酒精產(chǎn)生的污染

1 概述
  酒精是一種用途廣泛的化工產(chǎn)品,也是一種清潔燃料。酒精的生產(chǎn)方法有發(fā)酵法和合成法。發(fā)酵法是以植物為原料,通過(guò)微生物發(fā)酵,經(jīng)蒸餾制取酒精。
  制取酒精的原料可分為兩大類(lèi)。一類(lèi)是含糖植物,如甘蔗、甜菜、或制糖廠(chǎng)的副產(chǎn)品糖蜜;另一類(lèi)是含淀粉的植物,如玉米、薯干。
  玉米和薯干,在發(fā)酵時(shí)投加不同種類(lèi)的微生物,可制取丙酮、丁酮和酒精等溶劑。
  我國是生產(chǎn)酒精大國,用液態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)的白酒,其原料也是含淀粉的植物如玉米、高粱等,生產(chǎn)工藝類(lèi)同制取酒精。
  發(fā)酵法制取酒精和溶劑,雖然采用的原料和生產(chǎn)工藝有所不同,但在制取過(guò)程中都產(chǎn)生大量的糟液,糟液中含有高濃度的有機物。糟液很難直接利用,廢棄的糟液對環(huán)境造成嚴重污染。

  2 產(chǎn)品與糟液
  2.1 酒精與糟液
  制取酒精時(shí)產(chǎn)生糟液,單位產(chǎn)量產(chǎn)生糟液的體積及糟液中含有機物的濃度與原料的品種,酵母菌株的品質(zhì)、生產(chǎn)設備規模大小及**性和操作管理時(shí)實(shí)施清潔生產(chǎn)的程度有關(guān)。表1為不同原料制取1t酒精時(shí)消耗原料的數量,產(chǎn)生糟液的體積和糟液中含有機物濃度(以COD值表示)的統計值。

1 制取1t酒精產(chǎn)生的污染

  

原料名稱(chēng)

消耗數量(t)

糟液量(m3)

COD

濃度(kg/L)

總量(kg)

甘蔗

16

15-25

15-33

500

糖蜜

4

7-24

30-130

1000

玉米

3

12-15

52-103

1200

薯干

2.63

12-15

30-58

600


  2.2 溶劑與糟液

  以玉米為原料制取溶劑,每制取1t溶劑,消耗玉米約4.3t,產(chǎn)生糟液約55m3。糟液的COD值為20~32g/L,平均含COD量約1500kg。


  3 糟液的特性
  3.1 總固體含量與組分
  不同品種的糟液,其固體含量不等,在2.3%~15%之間品種的糟液含總固體的數量見(jiàn)表2。

2 糟液的特性

項目

酒精糟液

溶劑玉米糟液

糖蜜

甘蔗

玉米

薯干

PH

3~4

3~3.5

3~5

3~5

3~5

溫度(℃)

80~100

80~100

95~98

95~98

95~98

TSS(g/L)

150

23.7

45~70

40~55

10~20

VSS(g/L)

112

20.0

42~66

37.5~52

9.3~18.6

SS(g/L)

144

11.9

35~55

30~40

7.8~13

有機氮(g/L)

3~5

-

2.1~3.1

1.1~2

0.9~1.1

VFA(g/L)

4~7

-

0.4~0.7

-

0.35~0.65

淀粉(g/L)

-

-

-

9.7

7.5

全糖(g/L)

21

-

-

10.8

8.3

SO42-(g/L)

6~7

0.6~0.8

-

-

-

總磷(g/L)

0.01

0.01

0.53

-

0.55

糟液的總固體中,含可揮發(fā)性固體在90%以上。這些可揮發(fā)性物質(zhì)為有機物,主要是碳水化合物,其次是含氮有機物。以懸浮固體狀態(tài)存在的約占60%~80%,以膠體狀態(tài)或溶解狀態(tài)存在的約占20%~40%。
  3.2 溫度
  新鮮糟液的溫度在80~100℃之間。
  3.3 pH值
  糟液偏酸性,其pH值為在3~5之間。
  3.4 可生物降解性
  糟液的COD值很高,但其BOD值也很高,其BOD值與COD值之間的比值在0.4~0.6之間。所以,糟液具的良好的可生物降解性。
  3.5 硫酸鹽
  用糖蜜、甘蔗汁制取酒精時(shí),在發(fā)酵過(guò)程中需投加H2SO4。所以,糖蜜糟液中含有大量的硫酸鹽。其濃度在6g/L~7g/L之間。
  3.6 色度
  糟液具有很高的色度,尤其是糖蜜糟液,含有焦糖化合物,使糟液顏色變深,呈深褐色。

  4 糟液的綜合治理
  4.1 常規流程
  糟液中含有大量的有機物,并具有良好的可生物降解性能。所以,糟液的常規綜合治理流程是以生物處理中的厭氧反應器為核心,以回收糟液中的潛有能源和其他資源。
  為了保證糟液通過(guò)厭氧反應器回收沼氣的效果,糟液在進(jìn)入反應器前應進(jìn)行預處理。
  通過(guò)厭氧反應器,將糟液中極大部分有機物轉化為沼氣,糟液的COD值也大幅度下降,但殘存的有機物濃度仍不能滿(mǎn)足**規定的排放標準的要求。須接受進(jìn)一步的處理,若**行好氧生物處理,隨后再進(jìn)行以混凝過(guò)程和氧化吸附等技術(shù)后處理,滿(mǎn)足排放標準的要求?;炷?、過(guò)濾、氧化和吸附等處理方法稱(chēng)為深度處理。
  **糟液綜合治理的常規流程可歸納為預處理,厭氧生物處理、好氧生物和深度處理等三部分組成。

見(jiàn)下圖:

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   4.2 預處理

   4.2.1 溫度

厭氧反應器的糟液溫度可分為三類(lèi),高溫、中溫和常溫。高溫,其適宜溫度在50℃~56℃;中溫,其適宜溫度在35℃~40℃;常溫,則隨自然溫度而變化。
  新鮮的糟液,其溫度在80℃以上,應先通過(guò)熱交換器回收熱能,將糟液降到適宜的溫度再進(jìn)入厭氧反應器。
  糟液在接受厭氧反應器處理時(shí),通常采用的造作溫度是高溫和中溫。
  4.2.2 pH值
  厭氧反應器內的pH值是影響處理效果的主要因素之一,一般控制在Ph7左右。
  進(jìn)液的pH值不一定需要調整到反應器內控制的pH值范圍,因為進(jìn)入反應器后,經(jīng)反應器內料液的稀釋和生物化學(xué)反應可以改變進(jìn)液的pH值。
  糟液中的有機物主要是碳水化合物,在制取酒精過(guò)程中已被酸化,其中部分有機物是以揮發(fā)性有機酸的形式存在,使糟液的pH值偏酸性。但其進(jìn)入厭氧反應器后,經(jīng)稀釋和生物化學(xué)反應等作用,糟液的pH值很快調整到反應器內控制的pH值范圍。所以,糟液的pH值一般不需要進(jìn)行預調整。
  4.2.3 懸浮固體
  在厭氧反應器中,料液以固體狀態(tài)存在的有機物需要**行酸化、水解成溶解狀態(tài)的有機物,溶解狀態(tài)的有機物才有可能被微生物降解。所以,糟液中固態(tài)有機物的代謝速度要比液態(tài)有機物慢得多。另外,固態(tài)有機物通常含有一些微生物極難降解的惰性物質(zhì)。
  固態(tài)有機物隨料液進(jìn)入反應器后,使反應器內定容的厭氧活性污泥成分發(fā)生變化,污泥中的產(chǎn)甲烷活性成分大量減少,產(chǎn)甲烷的效果下降。另外,反應器中酸化水解反應的速度決定整個(gè)厭氧發(fā)酵過(guò)程的速度。所以,過(guò)量的固態(tài)有機物體進(jìn)入反應器后,不僅減緩了反應器的反應速度,甚至使反應器內正常的發(fā)酵過(guò)程遭到破壞。糟液中含有大量固體有機物,進(jìn)入反應器前應先經(jīng)固液分離后,沉淀回收可作為飼料。
  清液進(jìn)入反應器,但糟液比較粘稠,懸浮固體的顆粒粒徑細小,靠自然沉降分離比較困難。目前常用的分離方法有糟液**行自然沉降,上清液再用微濾機截留懸浮固體,也有直接采用微濾機截留糟液中的懸浮固體。
  糟液經(jīng)截留懸固體預處理后,COD值下降50%~60%,懸浮固體去降率可在75%以上。
  4.3 厭氧生物處理
  糟液的厭氧處理是糟液綜合治理的核心工藝,常用的厭氧反應器有UASB、AF和厭氧接觸工藝等。
  糖蜜糟液中硫酸鹽含量較高,一般采用中溫厭氧接觸工藝。因為在中溫狀態(tài)下,與高溫狀態(tài)時(shí)相比,反應器中硫酸鹽還原菌與產(chǎn)甲烷菌之間競爭利用乙酸的速度基本相同。因此,采用中溫厭氧反應器處理含高濃度的糖蜜酒糟時(shí)對反應器的甲烷產(chǎn)率影響不明顯。
  淀粉糟液的厭氧處理,有采用一段法的,有的采用二段法的。一段法的,一般使用高溫UASB或高溫厭氧接觸工藝;采用二段法時(shí),一般選用高溫UASB串聯(lián)中溫AF工藝,或高溫厭氧接觸工藝串聯(lián)中溫厭氧接觸工藝。
  厭氧處理可使糟液的COD值下降75%~90%,即由數萬(wàn)mg/L,下降到數千mg/L當環(huán)境允許時(shí),可將厭氧反應器的出液灌溉農田,以增加土壤的肥力。但對排放標準比較嚴格的地區,厭氧反應器的出液需要好氧生物處理等工藝處置。
  4.4 好氧生物處理
  厭氧反應器的出液與廠(chǎng)內其他有機低溫度的廢水,如地面沖洗水、設備清洗水等合并,進(jìn)行好氧生物處理。
  由于混合廢水有機物濃度偏高,又屬釀造廢水,為防止好氧生物處理裝置出現污泥膨脹現象而影響正常運轉,好氧生物處理裝置一般選用生物膜類(lèi)型的,如生物接觸氧化裝置、生物轉筒等。這些裝置可單一選用,也可多級串聯(lián)選用。
  好氧生物處理工藝可降解混合廢水中COD值的75%~90%。其出水COD值一般在400mg/L~800mg/L。出水帶有較高的色度。在有城市下水道,其下游建設城市污水集中處理廠(chǎng)的地區,好氧生物處理的出水可直接排入城市下水道,如果該廠(chǎng)位于排放標準較為嚴格的地區,則好氧生物處理裝置的出水還需要進(jìn)行深度處理。
  4.5 深度處理
  深度處理一般選用凝沉淀、過(guò)濾、活性炭吸附、化學(xué)氧化、氣浮等常規水凈化技術(shù)。這些技術(shù)可單一選用,也可多種串聯(lián)選用。
  深度處理的出水已達到無(wú)色透明的程度,其COD值在100mg/L~150mg/L,滿(mǎn)足**規定的污水排放標準,但對于特殊要求的地區仍不能滿(mǎn)足要求。
  在日本,某研究所建議對好氧生物處理裝置的出水,采用酸性凝聚、化學(xué)氧化或膜技術(shù)進(jìn)行深度處理,出水水質(zhì)得到明顯的改善。
  4.6 各單元處理情況如下表1

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