酒精废水的处理技术综述

酒精废水的处理技术综述酒精废水的处理技术综述 摘摘 要要 酒精废水未达标排放会对水体以及生物体造成危害 本文主要介绍了酒精废水 来源 水质特点 水质危害以及常见的几种处理的方法与工艺流程 包括浓缩燃烧法 生产蛋白饲料工艺 DDGS 生物法 认为酒精废水是高浓度有机废水 可生化性强 生 物法处理具有一定可行性 采用厌氧 好氧组合法工艺是一种有效的处理工艺 关键词关键词 酒精废水酒精废水 燃烧法燃烧法 DDGSDDGS 生物法生物法 引言引言 据不完全统计 我国每年的工业废水和城镇生活污水排放总量已达到 631 亿吨 而其 中更是有大部分污水未经处理就直接排入了江河湖海 水污染现象十分严重 1 酒精废水 作为一种高浓度的有机废水 如果不采取有效措施进行处理 其 COD 常高达 8xIO4 mg L 以 上 将会对水环境成极大的危害 现在虽然大部分酒精厂都采用了固液分离后技术 但 COD 仍在 2x104mg L 以上 是我国水体最严重的污染源之一 不仅对环境造成了极大的破坏 而 且限制了企业的生存和发展 2 据统计 以玉米为原料每生产 1t 酒精要排放 14 16t COD 浓度在 55g L 左右的废水 2 我国 80 左右的酒精用淀粉质 玉米 小麦 高粱 甘薯 木薯等 原料生产 约 有 10 的酒精以糖蜜为原料 酒精发酵工业主要是利用粮食中的淀粉部分 使淀粉转化 成酒精 其余部分 蛋白质 无机盐 粗脂肪等 未加以利用 如用薯干 玉米等发酵 只利用了原料中的淀粉和可发酵性糖的 85 93 其他有机物包括工艺过程中的非挥发 性产物都残留在酒精糟中 3 生产过程中的废水主要来自蒸馏发酵成熟醪后排出的酒精 糟 即蒸馏废水 酒精废水的主要成分 以及设备的洗涤水 浸泡水 蒸煮废水 糖化 废水 发酵废水 冲洗水 冷却水等 酒精废水作为我国一种严重的污染源 废水悬浮物含量高 平均悬浮物含量高达 40000 mg L 废水温度高 平均水温达 80 蒸馏釜底排出的废水温度高达 100 废 水浓度高 废水的 COD 高达 3 6 万 mg L 以废糖蜜为原料的酒精废液 COD 更高达 11 13 万 mg L 包括悬浮固体 溶解性 COD 和胶体 有机物 93 94 无机物占 6 7 有机物的成分是碳水化合物 其次是含氮化合物 生物菌和未分解出去的产品 如丁醇 乙醇等 由于废水含有约 500mg L 左右的有机酸 废水呈酸性 运行初期可考 虑加碱或污泥的回流以平衡废水的酸碱度 运行稳定后系统具备足够的缓冲能力 则不 需要加碱或回流 4 高浓度酒精废水若直接排放进入临近水体 会造成水体富营养化 水体富营养化使 水域生物种群发生变化 藻类大量繁殖 使水体的透明度下降 许多藻类能够合成 分 泌 释放有毒性物质 对在富营养化水域饮水的野生动物 牲畜造成毒害 甚至造成死 亡 并可能对人类的健康造成潜在的不良影响 藻类及其他浮游生物死亡后的残体沉入 水底 代代堆积 湖泊逐渐变浅 直至成为死湖或沼泽 加重水源耗竭的危机 国内外不同的研究者从不同角度出发 对酒精废水的综合处理及利用进行了各种探索 取得了许多成功的经验 现列举其中的部分代表性治理技术并逐个分析 一 浓缩燃烧法一 浓缩燃烧法 该方法非常简单 其核心技术就是需要利用到多效蒸发器与燃烧炉的作用 酒精废醪 在多效蒸发器的作用下被蒸发成含水率大约为 40 左右的泥饼 然后把泥饼投入到专用的 燃烧炉中燃烧 在此过程将会产生热能 其中一部分热能用于生产中的酒精蒸馏工序 另一 部分热能用于蒸发工序 从而使能源得到了充分的利用 从而实现废液零排放的目的 目 前 利用浓缩燃烧法处理酒精废醒较为成功的要数荷兰 HCG 公司与瑞典 Alfa Laval 公司 5 图图 1 1 浓缩燃烧法工艺流程浓缩燃烧法工艺流程 二 酒精糟生产蛋白饲料二 酒精糟生产蛋白饲料 DDGS DDGS 工艺工艺 玉米酒精废水中含有大量的悬浮物和溶解物 如加适当的以处理利用 都可转化为营 养价值很高的饲料 即蛋白饲料 又称 DDGS 在消除酒精废液污染的同时又产生了新的经 济效益 因此该技术已越来越受到人们的关注 该技术的工艺流程如图 2 所示 先将酒精 酒精废醪多效蒸发器泥饼燃烧炉 糟液通过压滤机等设备进行固液分离 其中的悬浮物被分出 滤出液则被送往蒸发站蒸发 浓缩 取得浓缩物 然后将浓缩物和固液分离产生的固体物质一起进入干燥设备中干燥 最 后将干燥后的物质挤压成粉状饲料 即 DDGS 目前 开始采用此工艺处理玉米酒精糟的主 要分布在一些经济发达的国家 如美国 西欧等 5 图图 2 2 酒精糟生产蛋白饲料酒精糟生产蛋白饲料 DDGS DDGS 工艺流程图工艺流程图 三 生物法三 生物法 工程实际中还采用厌氧 好氧的组合工艺 处理酒精废水 酒精废水属于含固量较高 的高浓度有机废水 可生化性好 是一种丰富的能源 经过厌氧处理后的废水仍然具有 一定浓度的 COD 物质 并且厌氧过程本身没有特别明显的氨氮 总磷去除能力 故在厌 氧处理之后需要进一步的采用后续的好氧处理 目前用于处理玉米酒精废水的厌氧技术 主要有上流式厌氧污泥床 UASB 升流式厌氧生物滤床 UAF 厌氧颗粒污泥膨胀床 EGSB 内循环厌氧反应器 IC 等 稳定运行后 COD 去除率均在 80 以上 目前常用 的好氧处理法有接触氧化法 间歇式活性污泥法 SBR 和循环式活性污泥法 CASS 稳 定运行后 接触氧化法 COD 去除率达 70 以上 SBR 与 CASS 对 COD 去除率达 80 以上 酒精废醪 压滤机 DDGS 粉末干燥器 浓缩物滤渣 多效蒸发器滤液 图图 3 3 生物法处理基本工艺流程生物法处理基本工艺流程 一 UASB 生物接触氧化 孙根行等人采用 UASB 生物接触氧化 过滤工艺处理酒精废水 废水来源于一家以玉 米为原料生产酒精的企业 年产酒精 5 万 同时 每日产生酒精废水 2 000 多 原 水水质为 3 5 5 5 40 000 5 28 000 3 300 40 000 采用 生物接触氧化工艺处 理酒精废水 无需药剂 处理效果稳定 系统 100 色度 50 倍 70 3 15 0 5 均达到综合废水排放标 准 8978 1996 一级标准 6 在处理废水的同时 产生的沼气得以回收利用 产生了 可观的经济价值 其工艺流程如下图 4 图图 4 4 UASB UASB 两级生物接触氧化工艺流程图两级生物接触氧化工艺流程图 二 二级 IC 卡罗塞尔 吴建华等人采用两级厌氧一级好氧技术处理废水 设计厌氧采用先进的 IC 反应器 好氧则采用卡罗塞尔 3000 型 该废水水质为 COD 浓度 41131 91mg l NH3 N 浓度 250 53mg l SS 浓度 1500 mg L 左右 经处理后出水 COD 浓度 100mg L 150mg L 左右 NH3 N 浓度 25mg L 5 厌氧采用中温发酵技术 一级厌氧进水温度在 39 左右 二级厌 氧进水温度在 37 左右 原水储罐用于贮存多余 暂时不能完全处理的废水 运行出现 问题的特殊情况时用做事故池 用冷却水泵将废水提升进入换热器内进行冷却 调节塔 调节进入厌氧反应池浓度 从一级厌氧出水后 在脱气调节塔中进行一级提升进入二级 厌氧池 并将没有分离的 CO2等气体分离 防止二级厌氧泵的气蚀现象 并为二级厌氧 泵提供缓冲体积 为保证二级厌氧处理的营养均衡 有机物满足要求 将原水贮罐和调 节塔中的一部分水进入脱气调节塔 以保证脱气调节塔中的水温在 37 有机物充足 图图 5 5 两级两级 ICIC 厌氧厌氧 氧化沟工艺流程图氧化沟工艺流程图 三 IC 活性污泥法 河南省淇县动力源粮油贸易有限公司新建一座酒精生产厂 以玉米为原料生产酒精 然后以玉米酒精糟生产 DDG 酒精生产规模为 2 万 t a 酒精废水 1000t d 水质如下表所 示 进水 COD 浓度为 30000mg L 针对该酒精废水 苏涛等人运用 IC 传统活性污泥工艺 对污水处理过程中的反应机理 运行规律 影响因素进行了分析 系统稳定运行后 厌 氧反应后出水 COD 浓度为 2000mg L 最终出水 COD 稳定在 200mg L 左右 COD 去除率大于 90 处理后出水水质达到国家 污水综合排放标准 GB8978 1996 其工艺流程为图 6 所示 2 脱气调节塔二级厌氧罐 氧化沟 出水 一级厌氧罐原水储罐 沼气 酒精废水换热器调节塔 沼气 图图 6 6 IC IC 好养活性污泥法工艺流程图好养活性污泥法工艺流程图 四 二级 UASB 生物活性污泥法 刘华等人使用二级厌氧与好氧活性污泥法工艺处理废水 设计玉米酒精废水量为 1500m3 d 设计出水水质执行 污水综合排放标准 GB 8978 1996 中酒精行业二级标准 其水质情况与具体处理效果如下表 1 所示 工艺流程图如下图 7 图图 7 7 二级二级 UASB UASB 好氧活性污泥法工艺流程图好氧活性污泥法工艺流程图 酒精蒸馏后的糟液经管道进入糟液沉淀罐进行沉淀 降温 采用二级 UASB 厌氧处理 与好氧活性污泥法处理废水 其中第一级高温厌氧 第二级中温厌氧 本工艺一级高温 厌氧 54 56 二级中温厌氧 30 35 好氧活性污泥法 水温在 15 25 7 表表 1 1 五 二级 UASB CASS 孙青斌等人采用二级 UASB 厌氧与 CASS 好氧工艺处理玉米酒精废水 废水处理水量 2500m3 d 处理工艺流程及效果如下图 8 与表 2 8 图图 8 8 二级二级 UASB CASSUASB CASS 工艺流程图工艺流程图 检测水样COD mg L BOD mg L SS mg L PH 进水 221001030027603 8 出水 4525367 1 表表 2 2 结论与展望结论与展望 燃烧法如果运行得当 燃烧投入的费用与产生的热能价值能够互相弥补 但是一般 不能富余热量 9 但是目前该技术也存在了诸多难点 如炉膛的结焦问题 对流换热面 堵灰问题 影响了锅炉的运行 废液与煤粉的比例只能在 1 10 左右 10 处理量远远低 于产生的废液量 很难处理完 所以该技术在国内一直未能推广 蛋白饲料法技术有重要的缺陷 如废水的滤渣需要干燥后才能作为饲料 在过滤和 干燥的过程中需要耗费大量的能源 甚至投入超过了产出的价值 并且饲料的营养成分 往往不全或不足 11 需要额外添加一定量的辅助物质 且饲料粘度大 无机物混杂在饲 料中不能分离 降低了饲料的品质 且整个工艺投资巨大 能耗高 不是一种绿色环保 的废水处理方法 燃烧法和蛋白饲料法采用多效蒸发技术降低了处理负荷 出水水质较好 但由于能 耗大难以推广 生物法具有能耗低 投资少等特点 但是传统厌氧工艺需要严格的管理 工艺 存在着高浓度的 SS 物质容易造成布水系统的堵塞和反应器酸化问题 12 目前高浓度有机废水的相对经济有效的处理方法是 厌氧 好氧 为主体的生化法 而厌氧 好氧反应器的选择是方案设计的重中之重 参考文献参考文献 1 沈连峰 田立江 陈荣平 等 酒精废水的处理和综合利用技术 J 水处理技术 2007 33 8 68 70 2 苏涛 买宁文 玉米酒精废水处理工艺及启动研究 D 郑州 郑州大学 2010 3 马赞华 酒精高效清洁生产新工艺 M 北京 化学工业出版社 2003 4 于宏仪 季民 张泽生 高浓度酒精废水处理的工程实践研究 D 天津 天津大学 2012 5 吴建华 李勇 20 万吨燃料酒精废水处理工程设计及运行分析 D 苏州 苏州科技学院环境科学 与工程学院 2013 6 孙根行 闫东峰 李连清 UASB 生物接触氧化处理酒精废水工程设计 J 环境工程学报 2010 4 11 2542 2546 7 刘华 孙丽娜 陈锡剑 等 酒精废水处理及资源利用 J 环境科学与技术 2011 34 4 180 183 8 孙青斌 范毓萍 酒精废水处理工程实例 J 河南机电高等