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      酒精糟液的綜合治理

      酒精糟液的綜合治理

      產品分類: 污水處理工程類別

      應用范圍:
      1 概述  酒精是一種用途廣泛的化工產品,也是一種清潔燃料。酒精的生產方法有發酵法和合成法。發酵法是以植物為原料,通過微生物發酵,經蒸餾制取酒精?! ≈迫【凭?..

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      詳細說明

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

        2 產品與糟液
        2.1 酒精與糟液
        制取酒精時產生糟液,單位產量產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、生產設備規模大小及先進性和操作管理時實施清潔生產的程度有關。表1為不同原料制取1t酒精時消耗原料的數量,產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酒精產生的污染

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

        2 產品與糟液
        2.1 酒精與糟液
        制取酒精時產生糟液,單位產量產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、生產設備規模大小及先進性和操作管理時實施清潔生產的程度有關。表1為不同原料制取1t酒精時消耗原料的數量,產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酒精產生的污染

        

      原料名稱

      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,含可揮發性固體在90%以上。這些可揮發性物質為有機物,主要是碳水化合物,其次是含氮有機物。以懸浮固體狀態存在的約占60%~80%,以膠體狀態或溶解狀態存在的約占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,在發酵過程中需投加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。
        為了保證糟液通過厭氧反應器回收沼氣的效果,糟液在進入反應器前應進行預處理。
        通過厭氧反應器,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足國家規定的排放標準的要求。須接受進一步的處理,若先進行好氧生物處理,隨后再進行以混凝過程和氧化吸附等技術后處理,滿足排放標準的要求?;炷?、過濾、氧化和吸附等處理方法稱為深度處理。
        國家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。

      見下圖:

      blob

         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,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,應先通過熱交換器回收熱能,將糟液降到適宜的溫度再進入厭氧反應器。
        糟液在接受厭氧反應器處理時,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,因為進入反應器后,經反應器內料液的稀釋和生物化學反應可以改變進液的pH值。
        糟液中的有機物主要是碳水化合物,在制取酒精過程中已被酸化,其中部分有機物是以揮發性有機酸的形式存在,使糟液的pH值偏酸性。但其進入厭氧反應器后,經稀釋和生物化學反應等作用,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,料液以固體狀態存在的有機物需要先進行酸化、水解成溶解狀態的有機物,溶解狀態的有機物才有可能被微生物降解。所以,糟液中固態有機物的代謝速度要比液態有機物慢得多。另外,固態有機物通常含有一些微生物極難降解的惰性物質。
        固態有機物隨料液進入反應器后,使反應器內定容的厭氧活性污泥成分發生變化,污泥中的產甲烷活性成分大量減少,產甲烷的效果下降。另外,反應器中酸化水解反應的速度決定整個厭氧發酵過程的速度。所以,過量的固態有機物體進入反應器后,不僅減緩了反應器的反應速度,甚至使反應器內正常的發酵過程遭到破壞。糟液中含有大量固體有機物,進入反應器前應先經固液分離后,沉淀回收可作為飼料。
        清液進入反應器,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先進行自然沉降,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。因為在中溫狀態下,與高溫狀態時相比,反應器中硫酸鹽還原菌與產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對反應器的甲烷產率影響不明顯。
        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,一般選用高溫UASB串聯中溫AF工藝,或高溫厭氧接觸工藝串聯中溫厭氧接觸工藝。
        厭氧處理可使糟液的COD值下降75%~90%,即由數萬mg/L,下降到數千mg/L當環境允許時,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行深度處理。
        4.5 深度處理
        深度處理一般選用凝沉淀、過濾、活性炭吸附、化學氧化、氣浮等常規水凈化技術。這些技術可單一選用,也可多種串聯選用。
        深度處理的出水已達到無色透明的程度,其COD值在100mg/L~150mg/L,滿足國家規定的污水排放標準,但對于特殊要求的地區仍不能滿足要求。
        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、化學氧化或膜技術進行深度處理,出水水質得到明顯的改善。
        4.6 各單元處理情況如下表1

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