（化工过程机械专业论文）利用酵母醪液生产饲料的研究.pdf

作者签名：前哪 日期：伽分年口孑月彤日 专利权声明 本人郑重声明：所呈交的论文涉及的创造性发明的专利权及使用权完全归天 津科技大学所有。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：司钆呦 日期：加夕年护哆月以日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权天津科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 1 ( 请在方框内打t ，) ，在 年解密后适用本授权 书。 本学位论文属于 不保密l i ( 请在方框内打”) 。 作者签名：司砸娜 日期：洲年d 多月石日 导师签名：f 言“ 日期：嘶年 月名日 摘要 醪液是制糖的副产物，加入酵母菌发酵，经过脱水后的废液含有大量的有机营养 物质，如果直接排放会给宝贵的水资源带来严重的危害。醪液中的营养成分除来自因 糖化、发酵不彻底、余留部分原料的残余物外，主要来自菌体及其新陈代谢产物和菌 体自溶物。 酵母醪液中富含多种营养物质，养分含量较高，干物质中粗蛋白的含量达2 0 以 上。将浓度为5 0 的醪液采用先进干燥工艺及装备技术生产酵母培养粉，利用其中 的矿物质和氨基酸、大量的甜菜碱等成分，将酵母培养粉作为饲料添加剂，成为高科 技含量的产品，摒弃了单纯的废液处理。处理酵母醪液是实现甜菜深加工的关键过程， 涉及资源的综合利用及环境保护，其清洁化加工可以解决醪液污染问题。可以通过新 工艺的使用，扩大醪液的处理量，使产品种类多样化，并提高产品的附加值。 本文以醪液和麸皮、玉米皮的混合物为研究对象，利用吸附流化床组合干燥技术， 在流化床中考察了其干燥情况。对醪液的干燥特性，进行分析研究，为合理组织干燥 加工，提供可靠的设计数据。初步研究了料层高度、温度、混合比及粘度等的变化 对干燥速率的影响趋势，并确定了吸附流化床干燥技术加工处理醪液的可行且有效的 干燥工艺参数。 利用醪液的干燥技术加工饲料是一种资源再利用的有效方法。通过实验证明，吸 附流化床干燥技术加工处理醪液可采用混合比为选择l ：o 8 的混合比，加热温度为 9 0 1 0 0 ，床层高度为l o o m m ，可获取很好的干燥效果，可为组织大规模生产提供可 靠的设计依据和参考。 关键词：醪液；吸附干燥；饲料；混合比；干燥温度 a b s t r a c t f e r m e n t e dl i q u o ri st h e b y - p r o d u c to f m a k i n gs u g a r , b ya d d i n gy e a s ta n df e r m e n t a t i o n , t h ew a s t ew a t e rc o n t a i n sal o to fo r g a n i cn u t r i e n t sa f t e rd e h y d r a t i o n , i fd r a i n e dd i r e c t l y , i t w i l lb r i n gs e r i o u sh a r mt ov a l u a b l ew a t e r t h en u t r i e n t si n t h ef e r m e n t e dl i q u o ra r en o to n l y f r o ms a c c h a r i f i c a t i o na n df e r m e n t a t i o n , m a i n l yf r o mt h e k i n e t i c sa n dt h ea u t o l y s a t eo f m e t a b o l i cp r o d u c t sa n dk i n e t i c s t h e r ea r em a n yk i n d so fn u t r i m e n t 埘mt h eh i g hc o n t e n to fn u t r i e n ti nt h ef e r m e n t e d l i q u o r , a n dt h ec o n t e n to fd r yc o m p o n e n ta n dc r u d ep r o t e i ni sm o r et h a n2 0 5 0 c o n c e n t r a t i o no ff e r m e n t e dl i q u o ri s d i s p o s e db ya d v a n c e dd r y i n gt e c h n o l o g ya n d e q u i p m e n tt op r o d u c ey e a s tc u l t i v a t i o np o w d e r m a k i n gu s eo fm i n e r a l ，a m i n oa c i da n d b e t a i n ei nt h ef e r m e n t e dl i q u o ra n dy e a s tc u l t i v a t i o np o w d e rb e i n gt h ef e e da d d i t i v e a b a n d o n st h es i n g l ed i s p o s i t i o no fs e w a g e t r e a t m e n tf o ry e a s tf e r m e n t e dl i q u o ri st h ek e y t of u r t h e rp r o c e s s i n go fs u g a r - b e e t , i n v o l v i n gt h ec o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no f 玎赞岫岫s a n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n , c l e a np r o c e s s i n gc a nr e s o l v ep r o b l e mo ff e r m e n t e dl i q u o r p o l l u t i o n w ec a r ll 玛en e wt e c h n o l o g yt oi n c r e a s et r e a t m e n tc a p a c i t y , d i v e r s i f i c a t i o no f p r o d u c t sa n da d d e dv a l u et ot h e i rp r o d u c t s i nt h i sp a p e r , i ts t u d i e st h em i x t u r eo ff e r m e n t e dl i q u o ra n db r a n ,a n da d o p t s a b s o r p t i o n - f l u i d i z e db e dc o m b i n a t i o nd r 姐n gt e c h n o l o g yt os t u d yi t sd r y i n gc h a r a c t e r i s t i c t h r o u g ha n a l y s i sa b o u tt h ed r y i n gc h a r a c t e ro ff 敛m e n t e dl i q u o r , i tp r o v i d e sr e l i a b l e d e s i g n i n gd a t af o rr e a s o n a b l eo r g a n i z i n gd r y i n gp r o d u c t i o n i tp r e l i m i n a r yr e s e a r c h e st h e i m p a c t i n gt r e n dt h a tc h a n g e so ft h em i x t u r e sh e i g h t , t e m p e r a t u r e , m i x i n gr a t i oa n d v i s c o s i t yi so nt h er a t eo fd r y i n gt r e n d , a n dd e t e r m i n e st h ef e a s i b l ea n de f f e c t i v ed r y i n g p r o c e s sp a r a m e t e r sw h e nw eu s et h ea d s o r p t i o nf l u i d i z e db e dd r y i n gt e c h n o l o g yt op l 蝴s f e r m e n t e dl i q u o r u s i n gd r y i n gt e c h n o l o g yt op r o c e s sf e e di se f f e c t i v em e t h o d si nt h eu s eo fr e s o u r c e e x p e r i m e n t sp r o v et h a tw ec a nc h o o s et h a tm i x i n gr a t i oi s1 ：0 8 ，h e a t i n gt e m p e r a t u r ei s 9 0 - 1 0 0 c ，a n db e dh e i g h ti sl o o m mf o rt h ep r o c e s sw h i c hu s ea d s o r p t i o nf l u i d i z e db e d d r y i n gt e c h n o l o g yt op r o c e s sf e r m e n t e dl i q u o r , a l s ow ec a ng e tg o o dd r y i n ge f f e c ta n d p r o v i d er e l i a b l ed e s i g nb a s i sa n dr e f e r e n c ef o rl a r g e s c a l ep r o d u c t i o n k e yw o r d s ：f e r m e n t e df i q u o r , a b s o r p t i o nd r y i n g , f e e d , m i x i n gr a t i o , d r y i n g t e m p e r a t u r e 2 3 3 吸附剂的选择2 9 2 4 本文研究的内容3 0 2 4 1 醪液资源化研究进展3 0 2 4 2 研究内容”31 3 利用酵母醪液生产饲料的研究“3 2 3 1 实验装置”3 2 3 1 1 静态实验装置3 2 3 1 2 流化床主体3 2 3 2 实验3 2 3 2 1 静态实验3 2 3 2 2 动态实验3 2 3 2 3 实验物料及实验仪器3 3 3 2 4 实验方法及原理3 5 4 实验结果与讨论3 7 4 1 混合物料干燥特性研究一3 7 4 1 1 物料的基本性质3 7 4 1 2 物料的干燥特性曲线”3 7 4 2 吸附剂种类对流化特性的影响3 9 4 3 吸附剂颗粒粒度对流化特性的影响”3 9 4 4 料层高度对流化特性的影响4 0 4 5 温度对流化特性的影响4 2 4 6 混合比对流化特性的影响4 2 4 7 粘度对流化特性的影响4 3 4 8 分析与讨论4 4 5 结论与展望4 6 5 1 结论：z 炻 5 2 展望4 6 6 参考文献 7 攻读硕士 8 致谢 附录一 期间论文发表情况 4 7 5 l 5 2 5 3 主要符号 阿基米德数 颗粒粒径 重力加速度 床层高度 干燥速率因子 绝干物料质量 平衡湿含量 初始水含量 初始物料质量 物料任意时刻湿含量 物料中湿分质量 水分比 复相关系数 雷诺数 干燥室温度 时间 干燥速率 气速 临界流化气速 湿基湿含量 干基湿含量 总体校正系数 床层空隙率 物料圆整度系数 面积系数 气体粘度 气体密度 颗粒密度 堆密度 混合比 无量纲 m m m s 2 m m 无量纲 1 03 k g k g k g ( d b ) k g k g ( d b ) l o3 k g k g k g ( d b ) 1 0 3 k g 无量纲 无量纲 无量纲 s m g ( g w m i n ) m m s m i l l s k g k g k g k g 无量纲 无量纲 m 2 k p a s k g m 3 g c m 3 g c m 3 k g k g 舡g h k地地地r贴t o u u 吣w x 6 e 厶? 脚九 嵋 天津科技大学硕士学位论文 1前言 1 1 醪液的资源化 1 1 1 醪液资源化概况 开展清洁生产，发展可持续农业是21 世纪可持续发展的目标。工业废弃物及农 作物副产物的综合利用是该目标的开发课题。把醪液及农作物的副产物综合利用、生 产高效价值的菌体饲料，是推行清洁生产，发展生态农业，合理利用和节约资源、有 效治理和保护环境的一条可持续发展之路。 醪液多是制糖业、酿酒业的副产物，量大而集中。制糖的副产物，加入酵母菌发 酵，经过脱水后的废液含有大量的有机营养物质，如果直接排放会给宝贵的水资源带 来严重的危害，例如碳、氮、磷作为有机营养物质有利于水中微生物、真菌类的大量 繁殖，耗掉水中溶解氧，造成水体中因缺氧而死鱼；悬浮污染物堵塞冷换设备而导致 发电厂停电等。但是只要我们稍加利用就可以转废为宝，既解决了环境污染问题，又 为企业创造效益。据统计，我国年产各种酒糟高达2 7 0 0 多万吨，酒精废糟液排放量 高达6 5 0 0 多万吨，以粮食为原料的酒糟分为白酒糟、啤酒糟和酒精糟，其中后两者 的养分含量较高，干物质中粗蛋白的含量达2 8 n 1 左右，含丰富的氨基酸、维生素和 多种微量元素等，营养比较丰富，但是它们的酸度高，易腐败变质，若不及时处理， 必然严重污染环境，所以根据白酒糟和酒精糟的特点，人们对其资源化问题进行了多 方面的研究，例如：利用白酒糟制取甘油，培养食用菌，提取得合氨基酸及微量元素， 提取植酸和植酸钙等1 ；利用酒精糟厌氧发酵回收沼气，提取蛋白质、生产淀粉酶， 生产干全饲料( d d g s ) ，制取单细胞蛋f l ( s c p ) 饲料等，但酒糟最多的还是作为饲料在 畜牧养殖业中发挥重要的作用嘲。 1 1 2 醪液饲料的生产及特点 随着我国人民生活水平的不断提高，日常生活对肉、禽、蛋等的需求量越来越大， 抓好菜篮子工程已是国民经济发展的重要内容，饲料工业与我们的经济发展、与我们 生活水平的提高有着密切的关系。 从我国国情及粮食生产趋势看，我们不能像西方某些国家那样，拿出大量粮食用 于粮食饲料。我国人口众多，占世界人口的2 1 ，并且人口每年增长1 0 0 0 多万，同 时耕地面积又在以每年约1 5 0 0 万亩的速度递减；我国用于饲料生产的谷物只占 5 6 1 ，其它绝大部分都是食用粮食，我国饲料行业面临的困难和危难是饲料原粮的 危机。假如我国饲料量为1 亿吨左右，在配合饲料中，原粮成分占7 0 以上，就需要 谷物约6 0 旷1 0 0 万吨，而我国的粮食年产量在4 5 0 0 0 万吨左右，食用粮食都偏紧， 就难以顾及饲料用粮的供给了嗍。 因此，广辟饲料资源，充分利用我国丰富的农业、工业副产物，利用新的科技成 1 前言 果研制高效活性菌体饲料、蛋白饲料、秸秆饲料、能量饲料等，降低饲料中大分子物 质含量，提高动物易消化吸收的单糖、双糖和氨基酸等小分子物质含量，提高转化率， 利用新的科技成果及科学配方来开发节粮饲料，提高饲料效价，是我国饲料工业的发 展的必由之路。 醪液的养分含量较高，干物质中粗蛋白的含量达2 0 以上，因所用原料、工艺各 有千秋，醪液中的营养成分及同一成分的含量亦不相同，醪液中的营养成分除来自因 糖化、发酵不彻底余留部分原料残余物外，主要来自菌体及其新陈代谢产物和菌体自 溶物，醪液中的营养成分见表1 1 ，表1 2 为醪液饲料氨基酸含量。 表1 - 1 醪液中的营养成分 t a b l e1 - 1n u t r i t i o uc o m p o s i t i o n 证f e r m e n t e dl i q u o r 表l - 2 醪液饲料氨基酸含量 t a b l el - 2a m i n oa c i d si lf e r m e n t e dl i q u o rf e e d 氨基酸检验报告 样品名 项目( ) 天冬氨酸a s p 苏氨酸1 1 l r 丝氨酸s e r 谷氨酸g l u 脯氨酸p r o 甘氨酸g l y 胱氨酸c y s 丙氨酸a l a 缬氨酸v a l 2 液 职酬埘m挪蚴嘟 酵 。 天津科技大学硕士学位论文 目前，醪液的主要利用方式及其特点n 0 1 1 1 ： 1 ) 稀释农灌法 印度和澳大利亚科研人员进行了用酒精废液灌溉甘蔗后对甘蔗产量、质量的影响 的2 年田问试验，酒精废液的用量分别为o t h m 2 ( 对照) ，8 t h m 2 ，1 6t h m 2 和3 2t h m 2 ， 用5 0 倍和7 5 倍灌溉水稀释灌溉甘蔗地。试验结果表明，废醪液用量为1 6t h m 2 ，经 稀释5 0 倍和7 5 倍灌溉后的甘蔗产量分别为1 8 8 1t h m 2 和1 8 2 7t h r n 2 ( i 科均，下同) ， 分别比不施废液的对照组( 1 5 5 9t h m 2 ) 增产2 0 6 和1 7 1 ，商品糖产量分别为2 5 9 6t h n l 2 和2 5 2 4t h m 2 ，分别比对照组( 2 0 9 4t h m 2 ) 增产2 5 和2 0 5 。稀释农灌法的甘蔗 和糖产量都显著高于对照组。在印度尼亚西的泗水糖厂，自备了5 0 辆槽车，送废液 到农户，解决了废醪液污染问题，增加了社会经济效益。 阿根廷图库曼的试验表明，新植蔗施用酒精废液达1 5 0m 3 h m 2 ，可促进蔗芽萌发 和早期生长。至于宿根蔗，施用酒精废液1 8 0m 3 h n l 2 ，获2 0 的增产效果。又在另一 个地方旆用酒精废液1 5 0m 3 h m 2 ，获增产3 6 5 的效果。试验表明废液用量若不超过 2 0 0m 3f l i l m 2 ，将不会导致土壤特性重大变化。若将酒精废液与其他废物如滤泥混合施 用则效果更好。 云南省的孟连糖厂、陇川糖厂、黎明糖厂等均采用过废醪液稀释农灌法。通过多 年实践，废醪液与糖厂其它废水混合稀释灌溉农田后，农作物增产显著，且没有对农 田土壤产生任何不良后果。但本方法对糖厂有一定的地理条件要求，以保证废水能自 流灌溉。另外，如果管理不当，废水仍将泄入天然水体。 2 ) 厌氧消化生产沼气法 厌氧消化法是治理高浓度有机废水的有效方法，产生的沼气可作为燃料，成为新 能源，在国外，附有酒精车间的糖厂和酒精厂广泛采用此法。如印度有1 0 0 多家糖厂， 巴西也有部分糖厂采用厌氧消化法处理废醪液。 我国的安徽省泗州酒厂、灵璧酒厂、广西桂林漓泉啤酒有限公司，以及四川省、 河南省数家糖厂、酒精厂均采用厌氧消化法处理废醪液，运行正常，且都有较好的治 理效果。其中大型糖厂贵港甘化厂废醪液处理站于1 9 9 4 年建成，至今已正常运 3 l 前言 行多个榨季。处理站的副产品沼气用于烧石灰和提供食堂炊事用。废醪液经过厌 氧处理后，b o d 降低8 0 左右，同时取得了良好的经济效益和环境效益。 值得注意的是，废醪液厌氧消化法虽然能去除8 0 左右的b o d ，但处理后的废 醪液b o d 仍然高达1 0 0 0 0m g l 左右，必须进行二级处理才能达标排放，这将增加投 资和运行费用。 3 ) 发酵生产饲料蛋白法 利用废醪液中的残糖份和其它营养物质，通过发酵生产单细胞蛋白酵母，不仅可 以去除废醪液中的污染物，单细胞蛋白还是宝贵的畜禽饲料。本技术由云南省建水糖 厂于1 9 8 9 年首次开发应用，并且连续生产至今。本技术可以去除废醪液中7 5 左右 的b o d ，且有一定的经济效益。1 9 9 5 年，云南省耿马糖厂又建成一座日处理4 4 0 m 3 废醪液的较大型单细胞蛋白车间，b o d 去除率达7 0 , - - 7 5 。目前存在的问题是：单 细胞蛋白饲料每吨售价仅2 0 0 0 元左右，而生产成本高达6 0 0 0 元以上。本技术虽有一 定治理效果，但要在糖厂推广，还必须进一步完善工艺技术，降低成本，使工厂在经 济上能够承受。另外，经蛋白车间处理后排出的废水还必须进行二级处理，需要增加 投资和运行费用，这也影响了该技术的推广。 4 ) 浓缩法 将废醪液浓缩至7 5 b x 左右，可作商品。如澳大利亚、日本、巴西的一些糖厂是 以浓缩废醪液配以其他饲料作动物饲料；配糖厂滤泥制有机复合肥、颗粒肥料；用作 燃料燃烧，还可用作混凝土减水剂、缓释剂等等。 浓缩的方法有常规的澄清_ 蒸发_ 干燥法、蔗髓吸附浓缩干燥法、堆积发酵法、 板式降膜蒸发器浓缩法以及锅炉烟气浓缩法等等。 浓缩方法可彻底消除废醪液对水环境的污染，又全部回收了废醪液中的有用物 质，是一种十分理想的废醪液治理技术。广西已建成十余个废醪液浓缩车间，云南省 也在钟山糖厂和柯街糖厂建设了2 座浓缩车间。通过生产实践，证实该方法的工艺技 术和设备可行。但是，由于设备和工艺上还存在一些问题，且运行费用甚高，已建成 的浓缩车间大都无法继续运行，因此本技术尚需进一步完善，以减少能耗，降低成本。 5 ) 蔗髓吸附废醪液燃烧法 阿根廷的科研所利用蔗髓可以吸收超过自重几倍的废液而不渗出、蔗髓的固体物 和废醪液中的有机物可燃的特性，研究出把蔗髓与废液混合后作燃料，从而开发出用 蔗髓处理酒精厂废水的方法。 其处理流程为：把蔗渣送到配有金属线网的旋转筛( 蔗渣纤维板工业用筛) 分离蔗 髓，废液用石灰乳中和；之后，在混合机内把蔗髓与废液混合，混合的比例根据实际 情况而不同，一般为1 ：1 。蔗髓与废液混合物含水分达7 0 ，利用糖厂锅炉的烟道气 加热，使其水分降低到相当于或低于处理前的蔗髓含水量。最后，经干燥的蔗髓与废 液混合物由蔗渣输送机供给锅炉作燃料。燃烧蔗髓、废醪液混合物的锅炉是制糖工业 使用的标准锅炉，可免去投资建专门设备。废醪液含有的固体热值为1 7k j k g ( 干重) ， 4 厂二二二二二二二二一二二堡二奎二堡二三二二二二二二二一 相当于o 3 6k g 燃油。烧后留下的灰含k 2 02 8 3 3 ，可回收利用。蔗髓处理废醪液的 在研究解决，目前此工艺尚不成熟，处理工程投资高，至今推广乏力。 国超滤膜处理法 中国轻工总会食品发酵所进行了处理玉米酒精废醪液的中试。废醪液先去除酵 母，其工艺流程为：酒精废液一离心分离一滤渣一+ 干燥一酵母饲料。经离心分离出来 的滤液用热交换器降温至6 5 ( 过超滤膜适宜温度) ，经袋形过滤器过滤预处理，清液 进入超滤膜装置过滤。该工艺优点是：无废水排放；节省能耗，其运行费用只为蒸发 浓缩法的2 0 ；可回收5 0 蛋白质，一次性投资小，仅为蒸发系统的2 5 。 北京绿色源泉环境科技公司在江苏省房亭酒厂酒精废醪液处理工程的工艺采用 生物膜法，总投资1 6 5 8 万元。其主要工艺流程是：酒精废液_ 厌氧发酵一好氧一膜 分离，膜分离后排出的清水有4 0 回用，其余6 0 排放。另外，金诺创新技术公司承 接某味精厂废水的治理，采用了膜分离技术。主要工艺是把废醪液用超滤膜过滤，分 离菌体与清液。菌体可回收用作饲料蛋白。 生物膜、超滤膜处理法的工艺技术性要求高，设备精密、但管理复杂、投资较大， 一般糖厂难于承受。 7 ) 生产光合菌法 利用废醪液生产光合菌。光合菌可作为菌肥，能促进各种农作物生长。云南省有 2 个糖厂采用了此技术，取得了一定效果。不过，此技术运行费用高，生产的液态菌 肥运输量大，糖厂需要投入大量的资金处理废醪液和运送菌肥，致使推广不易。 8 ) 直接作蔗地肥料法 废醪液直接作甘蔗地的肥料，国内外都有长期的实践经验。废醪液中的肥份得到 了充分有效的利用，施用废醪液的甘蔗地增产显著。云南省孟连、黎明、陇j i i 等糖厂 都花了大量资金购买设备，建造储池，全部将废醪液用罐车送至蔗地施肥，不仅消除 了废醪液对水环境的污染，还改良了土壤，甘蔗获得了增产( 一般增产幅度为1 5 2 0 ) ，减少了化肥使用量，增加了蔗农的经济效益和糖厂的效益。 据国内外资料分析，废醪液直接作农田肥料有以下效果：( 1 ) 改善土壤的物理、 化学性质；( 2 ) 提高了土壤的保水性；( 3 ) 提高了土壤中无机盐的保持性能： ( 4 ) 土壤肥力得到恢复和补充；( 5 ) 增加了土壤中的微生物种群。 与其他各种废醪液的工程治理技术相比较，废醪液直接作肥料投资少、运行费用 低，没有复杂的技术和设备问题，废醪液完全作到了资源化。因此，本方法不失为一 种值得推广采用的方法，但需注意糖厂生产的连续性与农田灌溉的间歇性的矛盾以及 废醪液运输和灌溉问题。 外废醪液作为锅炉烟气除尘水循环使用法 广西某厂，把废醪液用作水膜除尘器除尘水，除尘水经沉淀分离灰渣后( 灰渣用 作肥料或烧砖) ，再回到除尘器循环使用，减少了清水耗用量及废液排放量，经水膜除 5 1 前言 尘后烟尘浓度、s 0 2 基本达到国家排放标准。其废醪液经锅炉烟气蒸发后，废液量减 少，外排放量降低，有利于剩余废醪液作农肥。 此技术工艺流程短，投资少，运行费用低，不但减少了锅炉烟气除尘用水和废醪 液的外排放量，还可回收废醪液中的有用物质，近年来，在广西、云南得以推广，至 今已经建成了二十余座处理站。 前面介绍的国内外研究开发的废醪液治理技术，各自都取得了一定的治理效果。 但也不同程度地存在着如：处理工艺或技术不成熟、设备复杂不适用、投资和运行费 用高、副产品没有稳定的市场、运行管理复杂、治理中出现新的二次污染问题等等。 但值得一提的是，在上述的废醪液处理技术中，近期开发的废醪液发酵生产饲料 蛋白法，是较适用、经济有效的方法，具有一定的发展前景。我们还需不断探索寻求 醪液加工的最佳工艺路线和专用设备，以使醪液饲料这种优质饲料资源能得到更广泛 充分的利用。 1 2 废液处理情况 1 2 1 处理情况 水资源短缺是2 1 世纪人类面临的最为严峻的资源问题，全球陆地上的降水每年 只有1 1 9 万亿立方米，它是人类可利用水量的理论极限。但全世界对水的需求，每2 1 年就翻一翻，达到目前每年4 1 3 万立方米，全世界只有1 4 人群饮用到合乎标准的清 水。l 3 的人口得不到安全用水，而且缺水的形势日趋严重，争夺水资源将同争夺土 地资源一样，可能成为下一轮国家间爆发战争的缘由，我国人口占世界的2 2 ，淡水 资源只有世界的7 ，我国每人每年平均用水为2 6 7 0 立方米，只相当于世界人均占有 量的1 4 ，位于世界各国的第8 8 位。因此，我国水资源并不丰富。我国被联合国列为 1 3 个贫水国之一，水资源短缺是中国发展的限制因素，将会使经济增长速度减慢下来。 我国水资源本身就短缺，再加上日趋污染造成的水源短缺更造成我国水资源紧 张，据1 9 8 5 年统计，我国污水年排放量已达2 3 4 亿吨。1 9 8 6 年为3 3 9 亿吨，其中工 业废水的排放量为2 6 0 亿吨，约占7 7 ，1 9 9 1 年全国工业排放量约为2 3 6 亿吨，生活 污水排放量约为1 0 0 亿吨，但工业废水处理率约为3 6 ，城市污水处理率为3 左右， 在1 9 8 5 铀0 0 0 年间，水污染造成损失达2 7 3 5 亿元。 目前，解决水资源日益短缺方法不外乎两个方面：一方面节约用水，提高水的利 用率；另一方面寻找淡水资源，而污水经处理后回用则是开辟新的水资源的重要途径， 不仅省钱，且从生态资源角度来讲，又是最可行的。正因为污水处理回用是解决人类 水资源短缺的有效途径，所以它引起各国政府和水处理者广泛重视，特别是缺水的国 家和地区，我国这方面的研究也较早，但实施的还较少。污水据来源分工业污水和生 活污水，据含有的化学物质分为无机物污水和有机物污水，其中有机物污水又分为高 浓度有机污水和低浓度有机污水，而高浓度有机废水根据性质与来源又可分为以下三 大类m 以1 6 1 ： 6 天津科技大学硕士学位论文 ( 1 ) 易于生物降解的高浓度有机废水，如生物制药、食品工业废水、酿造工业 废水。 ( 2 ) 含有有害物质，可以生物降解的高浓度有机废水，如化学制药工业和化学 工业废水。 ( 3 ) 生物可降解的和有害的高浓度有机废水，如农药厂废水。 我国目前年产酒精约8 0 万吨，味精7 9 万吨，碑酒4 0 0 万吨，糖4 3 2 万吨，有机 高浓度废水高达8x1 0 9 立方米。如此巨量的废水如未加处理，对环境的污染是十分严 重的。就南阳市来说，这个位于豫西南的中等城市，市各类工矿企业2 0 0 多家，主要 污染源为造纸、发酵酿造、制药、纺织印染、化肥、石油化工、糖油食品、全年废水 排放量为7 5 2 4 9 万吨，各县排放量为5 0 6 0 9 3 万吨，总计1 2 5 8 3 8 3 万吨年。c o d e r 总计2 7 6 0 5 5 6 吨年。从9 6 年开始市政府及环保局下决心改变这种状况，仅9 6 年就 关闭了1 0 0 多家小企业，并对大中型企业限期达标，9 6 、9 7 年污染程度减轻，大企业 也决心进行污水治理工作，如南阳酒精厂沼气糟c o d e r 为2 0 0 0 0 m g 1 。今年新上污水 处理项目已达到3 5 0 m g n 的达标标准。方城酒厂停产正进行污水处理项目。许多化肥 厂也已停产，并限期污水达标。我市目前污染源主要是有机污染、特别是酿造、化肥、 造纸、约占c o d e r 排放量的9 0 ，其中酿造废水的c o d e r 量为最高n ”目。 目前，国内外已成功应用的酒糟液处理方法很多，把它们大致分类，有物理处理、 物理化学处理、化学处理和生物处理。按污水净化程度可将处理分成三级，一级处理， 主要除去油类、酸碱物质以及可以截留的悬浮物；二级处理，主要除去可溶性有机物 和部分可溶性无机物以及一级处理残留的悬浮物；三级处理，主要除去难降解的有机 物和较高程度地降解可溶性n 和p 等无机物。 物理处理：主要有格栅过滤，重力分离、气浮分离和离心等方法，利用物理作用 分离污水中粒径较大的固体悬浮物和漂浮物。其特征是在处理过程中不改变污染物的 化学性质，不能除去可溶性的有机物、可溶性无机物和无机离子，多用于一级处理和 二级处理前的预处理。 物理化学处理：主要有吸附法、汽提法、萃取法和膜分离法，大都用于一级处理 阶段，达到降低污染负荷，缓冲二级处理负荷的目的。该法具有处理费用高，处理设 备昂贵。处理介质难以回收而产生新的污染物等特点。 化学处理：主要有中和法、混凝法、电解法和化学氧化法，是利用化学反应的作 用，通过改变污染物的理化性质而去除污染物的方法，该法常用于污水的二级和三级 处理。在污染物浓度高和污染负荷大的情况下，该法具有试剂用量大和运行费用高的 缺点。 生物处理：主要有活性污泥法、生物膜法、厌氧生物处理、氧化塘和土地处理法。 其中被广泛应用且不断被改进和创新的是活性污泥法，是目前处理有机污水的主要方 法。目前被广泛应用的有普通活性污泥法、缺氧好氧活性污泥法、厌氧好氧活性 污泥法、氧化沟活性污泥法、间歇式活性污泥法、水解好氧生物处理工艺。活性污 7 l 前言 泥法其工艺技术虽不断被改进和创新，但始终存在着曝气动力消耗大、部分处理液和 污泥需回流以及污泥处理量大等问题，行使该法具有基建投资较大和运行费用高等不 足之处。 生物处理中的氧化塘法和土地处理法属古老的方法，不适应大批量工业污水的连 续化处理。生物处理中的生物膜法和厌氧生物处理法，目前虽大多处于研究和实验阶 段，但是今后污水处理技术的主要发展方向，特别是厌氧生物处理法相对于活性污泥 法有如下优点：( 1 ) 应用范围广；( 2 ) 能耗和运行费用低；( 3 ) 处理污染物负荷高；( 4 ) 产 污泥量少，且污泥脱水性良好；( 5 ) 氮、磷营养需要量少；( 6 ) 有一定的抑菌杀菌作用； ( 7 ) 其污泥可以长期贮存，运转停止一段时间后能迅速启动。但厌氧生物处理也有如下 缺点：( 1 ) 厌氧微生物增殖缓慢，其启动和处理时间比好氧生物处理长；( 2 ) 出水往往达 不到标准，一般需配和其它方法再处理；( 3 ) 厌氧处理系统控制因素较为严格，对工艺 条件变化的影响较敏感噍1 5 1 6 】。 1 2 2 干燥技术处理方法 在饲料加工过程中，往往是将几种物料加以混合配制，由于各种物料含水量不同， 应充分利用吸附干燥的优势，结合干燥过程进行优化设计。建立更合理更节能的组合 装置是目前解决饲料干燥的有效方法n 刀。 1 ) 接触吸附喷雾干燥方法 卜鼓风机争椭3 _ 喷雾勰4 - 流似耘懈5 - 旋风懈 6 _ 弓讽机7 诹附剂造斟罐8 _ 雾化器9 _ 液忽谚荆罐 图1 - 1 接触吸附喷雾干燥 1 - 1c o n t a c ta b s o r p t i o n - s p r a yd 叮i n g 。 图1 1 为接触吸附喷雾优化装置，该装置在现有设备的基础上添加了流化床，液 态物料与吸附剂( 固态物料) 接触后又一起进入流化床内，从而有效地延长了物料与 8 天津科技大学硕士学位论文 吸附剂的接触吸附时间，在一定程度上提高了产品的干燥效果。 接触吸附与喷雾干燥混合，降低了产品的相对吸湿性；干燥中，水分蒸发稳定， 物料温度低，对于生物物料可保存液态时生物活性；避免了产品在干燥器壁的堆积。 吸附剂可作为惰性粒子载体或产品的一部分与物料一起进入流化床干燥器进行干燥 造粒，节省了成本。 2 ) 接触吸附气流干燥方法 如图1 2 所示为接触吸附气流优化装置，该装置采用物料与吸附剂逆向进料的方 法，用干燥器底部的选留装置将吸附剂向上抛起与上部喷下的液态物料进行接触吸附 干燥，干燥后的物料从顶部被气流带出。 1 蛳虮2 _ 加热器争吸附带雎i 孝4 罐4 _ 旋流干燥器5 _ 搅拌器 6 - ；讹器7 - 液态i j 饧料罐8 - 旋风分离器9 _ 引风机 图l - 2 接触吸附气流干燥 1 - 2c o n t a c ta b s o r p t i o n - p n e u m a t i cd r y i n g 物料与吸附剂逆向接触，同时进行水分吸附和部分蒸发过程，水分从毛细管多孔 体中蒸发，从而改变了热质传递性，且能充分发挥对流干燥的某些有利特点，排除了 其他必要的下游操作，如磨碎、筛分等，同时产品质量有所改善，特别适用于热敏性 物料。 3 ) 接触吸附流化床方法 图1 3 所示为接触吸附流化床优化装置，该装置与图1 1 所示的装置接近，但进 料方式不同。该装置也采用逆流的方式，使物料与吸附剂能在床层上进行充分的接触， 从而提高了产品的干燥效果。 9 1 前言 l 一鼓风机2 _ 加热器3 _ 吸附剂进料罐4 - 流化床干燥器 5 - 雾化器6 - 液态物料罐7 - 旋风分离器8 - 引风机 图l - 3 接触吸附蕊化床干燥 啦! - 3c o n t a c ta b s o r p t i o a f l u i d i z e d b e dd r y i n g 与传统对流干燥相比，以硅胶干燥1 5 2 5 m m 厚的牛皮为例，在6 0 以下，含 湿量从6 0 降至2 0 ，所需干燥时间从7 小时降至1 5 2 0 m i n ，减少蒸汽耗量3 0 ， 基本投资费用降低。吸附剂的使用不但提高了对流热质传递速率，而且提高了接触热 质传递速率，降低了能源消耗，达到节能的目的。 吸附干燥在3 5 1 2 以下进行，对胡萝卜破坏轻微，无褐变，其中胡萝卜素仅损失6 2 ， 接近商业上干燥方法最低损失5 的水平，远远低于热风干燥的水平，可保持原有色香 味故适用于热敏性物料的干燥n 羽。 1 0 2 流态化技术 2 流态化技术 2 1 流态化技术 流态化技术作为一门基础技术己经渗透到国民经济的许多部门，该技术在化工、 炼油、冶金、能源、原子能、材料、轻工、生化、机械、环保等各领域都有广泛应用 n 们。比如应用于物理操作、矿物资源的综合利用、煤的燃烧与转化、石油加工工业、 有机合成工业、材料工业、生化工程、环境工程等，是基础学科中为工业生产服务取 得显著成效的学科之一。流态化技术之所以能得到如此广泛的应用，是因为它具有一 些突出的特点n 9 】： 1 ) 有利于非均匀相反应的进行，提高了催化剂的利用率。可采用细粉颗粒，在 悬浮状态下与流体接触，流固相界面积很大( - j - 达3 2 8 0 1 6 4 0 0 m 2 m 3 ) ， 因此催化剂的利用率很高。 2 ) 有利于强放热反应的等温操作。颗粒在床内混合激烈，使颗粒在全床内的温 度和浓度均匀一致，床层与内浸换热表面间的传热系数很高 ( 2 0 0 - 4 0 0 w ( m 2 目) ，全床热容量大，热稳定性高。这是许多反应装置选择 流化床的重要原因之一。 3 ) 使得一些反应再生、吸热放热、正反应逆反应等反应耦合过程 和反应分离耦合过程得以实现。流化床内的颗粒有类似流体的性质，可 以大量的从装置中移出、引入，并可以在两个流化床之间大量循环。这也使 得易失活催化剂能在工程中使用。 4 ) 流体与颗粒之间传热、传质速率也较其他接触方式高。 5 ) 流态化技术的操作弹性范围宽，单位设备生产能力大，设备结构简单、造价 低。由于流固体系中空隙率的变化可以引起颗粒曳力系数的大幅度变化， 以致在很宽的范围内均能形成较浓密的床层。 正因为有以上显著的优点，所以流态化技术在许多情况下是不可取代的，并且得 到越来越广泛的应用。 流态化现象是一种由于流体向上流过固体颗粒堆积的床层而使得固体颗粒具有 类似流体的性质的现象。 图2 - l 画出了气固流化床几种具有代表性的流型的示意图n 帕。随着气速从零开始 逐步提高，固体颗粒床层由固定开始发生一系列的流型转变。 图2 - 1 气固流态化各种流体力学流型的特征示意 r i g 2 - 1s c h e m a t i cd i a g r a mo f h y d r o d y m , m i e sf l o wp a t t e n s 有关流态化研究较早的专著发表于五十年代后期，2 0 世纪7 0 年代国外流态化方面 的各种研究和应用都进入了大规模发展阶段。由d a v i d s o n 和h a r r i s o n 发表的专著总结 了国外流态化研究和应用的进展，从气泡现象和两相理论出发，对流化床内流动、传 热、气固混合、扬析、数学模型和实验技术作了系统深入的研究。这一著作汇总了当 时流态化研究的主要成果与进展例。到八十年代中期d a v i d o s o n 等再次发表专著，总结 了数十年来流态化研究的精华。其问我国流态化的研究和应用也开始加强。至此，流 态化成为一门独立学科，自成体系。 近代流态化技术在工程中作为种重要的流体一固体相间物理操作( 如干燥、掺混 分级、包涂等) 或化学操作( 如催化合成、裂解、氧化、氯化等) 的技术被广泛采用。其 中干燥是流态化技术发明以来应用最早的领域之一。由于流化床干燥设备具有床层温 度均匀、热质传递强度大、物料易于输送、被干燥物料的粒径范围大、干燥时间可任 意调整等特点，受到极大关注和推广，被广泛应用于化工和食品领域，更为重要的是 流化床干燥器的操作可以在较低的介质温度下进行翻。 流化床运动机理研究探讨的是床内流体和颗粒的运动行为。研究者希望能从理论 上找出规律，建立能够描述密相、气泡和稀相等要素的运动形式及其相互转化的物理 模型。这将为两相数学模型建立、流化床设备的放大以及流态化技术的推广应用奠定 更为坚实的理论基础。对于干燥问题传热、传质过程机理，各国学者做了大量细致的 理论和实验研究，并提出