甘蔗糖蜜酒精废水治理及展望

农业环境科学学报 2006,25(增刊):831- 834 Journal of Agro-Environment Science甘蔗糖蜜酒精废水治理及展望蔡春林,覃文庆,邱冠周,徐本军( 中南大学资源加工与生物学院, 湖南 长沙 )摘 要: 分析糖蜜酒精废水的特点以及对环境的危害, 综述国内外糖蜜酒精废水处理的多种方法, 对比了各种方法的利与弊, 最后得出结论: 综合利用和直接处理相结合是处理糖蜜酒精废水的理想方法。关键词: 糖蜜酒精废水; 综合利用中图分类号: X703.1文献标识码: A文章编号: 1672- 2043(2006)增刊- 0831- 04Advances in Treatment of Wastewater from Making Molasses AlcoholCAI Chun-lin, QIN Wen-qing, QIU Guan-zhou, XU Ben-jun(College of Biology and Resource Process, Central South University, Changsha , China)Abstract: This thesis discusses the characteristics and risks to environment by wastewater from making molasses alcohol. The treatment of the wastewater by Ulti- methods was well documented and reviewed. In addition, the advantage and disadvantage for the method is analyzed. Finally, it has been suggested that the combination of comprehensive utilization and direct treatment of the wastewater be an ideal approach at the present period.Keywords: wastewater from making molasses alcohol; comprehensive utilization甘蔗糖蜜酒精废水是以糖厂制糖副产品糖蜜为原料,在发酵生产酒精过程中产生的高浓度有机废水。此类废水产量大,每生产 1 t 酒精约产 1015 t废水。我国日榨甘蔗 500 t 以上规模的糖厂约有 70% 以上都设有糖蜜制酒精车间, 全国酒精年产量达千万吨, 因此产生的废水总量相当大。目前大部分生产厂家尚无行之有效的处理措施,产生的大量废水给环境 也给生产厂家造成很大负担,同时也制约了生产的发 展和生产规模的扩大。随着经济和社会的发展, 人民生活水平的提高, 环境问题越来越受到重视, 糖蜜酒精废水处理势在必行。1 糖蜜酒精废水的特性糖蜜酒精废水的一个突出特点是污染物浓度高,其成分有以下几个特点:收稿日期: 2006- 04- 16基金项目: 全国优秀博士论文壹次基金资助项目( )作者简介: 蔡春林 ( 1975) , 男, 汉族,中南大学博士, 研究方向为高浓度有机废水处理。E- mail: ( 1) 糖蜜酒精废水的化学耗氧量 COD 812 万mg L- 1 13, 生化耗氧量 BOD5 46 万 mgL- 1, SS 值 1 163 mgL- 1 左右 1, 1 个日产 20 t 酒精厂每日排放污水相当于 50 万城市人口生活污水污染的程度。( 2) 糖蜜酒精废水中含有 10%12%的固形物。1个日产 20 t 酒糟工厂, 每天排入江河 300 t 废水, 其中约有 3040 t 固形物。( 3) 糖蜜酒精废水中的固形物(即除水后的干物)70%为有机质.其中有糖分、蛋白质、氨基酸, 维生素等。剩余 30%为灰分, 含有氮、磷、钾、钙、镁等无机盐, 钾含量高达 0.51l.315 mgL- 12、5, 重金属痕量, 无毒、无害。这些都是动、植物营养元素, 是宝贵的资源。( 4) 糖蜜酒精废水呈酸性 pH3.54.54, 含有硫酸根, 氮根、有机酸等, 对碳钢设备腐蚀严重。( 5) 糖蜜酒精废水色度高, 大多呈棕黑色, 其中所含色素为类黑色素、棕色素, 其主要成分为焦糖色素、酚类色素、多糖分解产物和与氨基酸的浓聚产物等色素, 难以被微生物所降解, 耐温、耐光照, 放置时间延长其色值不减。832蔡春林等:甘蔗糖蜜酒精废水治理及展望2006 年 9 月2 糖蜜酒精废水的危害糖蜜酒精废水属于高浓度的有机废水, 含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等有机物, 如果直接排放, 会造成水体富营养化。富营养化是指湖泊、水库、海洋中植物营养物质大量存在而使水生生物滋生泛滥, 其结果是水体黑臭, 甚至失去功能, 严重影响环境。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, 由于藻类的旺盛生长和不断死亡, 水中有机物含量日益增多, 还使氯化消毒时产生更多的致突变、致癌物质, 对人群健康造成潜在的危害。此外, 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。目前, 世界上有 30%40%的湖泊水库遭受不同程度的富营养化影响, 使本不很充足的淡水资源变得更加紧缺。3 糖蜜酒精废液的治理3.1 糖蜜酒精废水的特点( 1) 无论是甘蔗或者甜菜制糖, 都只能在甘蔗或甜菜的收获季节进行, 大致为每年的秋季到冬季, 排放废水的时间也与此一致。这将给废水的处理带来一定的问题, 采用生物处理法, 无论是厌氧或者好氧处理, 每年都需要在生产季节进行重新启动, 而厌氧处理设施一般启动较慢( 如 UASB 初次启动需要 26 个月6) , 难以满足生产要求, 同时在废水处理设施的闲置期, 系统内微生物的保持也将是一个棘手的问题。 ( 2) 糖蜜酒精废水有较高的色度 ( 大于 4 000倍) , 即使经过厌氧- 好氧的处理, 出水的色度仍然较高( 大于 1 000 倍) 7, 当对出水回用或排放水质要求较高时, 应考虑废水的脱色问题。3.2 国外糖蜜酒精废水处理技术国外在利用糖蜜制酒精的生产布局上, 无论是发达国家或是发展中国家, 与我国大不相同。我国几乎每个糖厂都附设有酒精车间, 规模小, 年生产仅 100 120 d, 工艺设备落后, 污染源却遍布全区。而国外是将众多糖厂的糖蜜集中在几个厂, 全年生产酒精及其附属产品, 生产规模大, 工艺先进( 有不少工厂采用清洁型生产工艺) , 污染源点少, 易于集中治理。3.2.1 农灌法将废液直接施放蔗地, 这是一种极为普遍的方法, 澳大利亚、巴西等国在这方面已有一套科学的管理方法, 根据不同的土壤成分, 制订不同农作物生长期的单位面积施放量。农灌法是将糖蜜酒精废液经过一定的处理后用来灌溉农田, 具体实施时通常采用下面的方式: 稀释废液, 使其中有机物含量降低到 0.61.0 mgL- 18, 然后灌溉; 用适量的碱中和, 经过厌氧发酵脱硫或大型氧化塘存放后灌人农田。农灌法可使糖蜜酒精废液中含有的丰富有机质和 N、P、K 等元素再被农作物吸收利用, 形成自然循环过程, 且投资少, 操作简单。农灌法的缺点是: 需大量的废液贮存池, 一般规模的糖厂需 2 个 7 000 m3 的存池; 其施用要视土壤的类型而定, 如不加区别地长期使用, 由于养分单一, 易破坏土壤的结构, 引起土壤板结和营养元素失衡而引起肥力降低。另外, 对酒精产量高、附近农田少的厂家, 农灌法不适宜。3.2.2 厌氧- 好氧法厌氧产沼气是处理高浓度有机废水的常用方法。对于糖蜜酒精废液, 只经过厌氧处理是无法达到排放标准的, 故一般使用厌氧一好氧两级处理的方法。对厌氧部分, 通常需要多级串联才能达到要求。对好氧部分, 采用的方法有氧化塘法、曝气法和生物滤塔法等。一般说来,氧化塘的成本、能耗、运行费用均较低, 但自净效率也低,占地面积大,且易污染地下水; 生物滤塔法的运行费用也低, 设备简单,但占地面积也较大, 处理时间长, 对于一些难以降解的有机物无法处理。相对而言,曝气法占地面积较小,但运行费用与能耗较高。厌氧- 好氧法可生产沼气而回收糖蜜酒精废液中蕴含的能源,使废物资源化, 这是该法最突出的优点。不足之处是占地面积大,投资大,直接将废液处理到达标排放的难度大,沼气的利用也是生产实际中不好解决的问题。3.2.3 生产生物制品废液中含有酒精酵母和糖分等有机物, 可为微生物提供氮源。因此, 可从废液中分离出酵母,还可通过在废液中添加营养元素, 接种适当的菌种进行发酵, 生产单细胞蛋白,或经酵母衍生物,生产单核苷酸等9。 该处理方法有产品产出, 有一定的经济效益, 但废液只被除去 40%50%的有机物, 还需进一步处理才能排放。3.2.4 浓缩法浓缩法10分浓缩焚烧法和浓缩后综合利用法。第 25 卷增刊农业环境科学学报833 焚烧法焚烧法是国外已广泛采用的酒精废液治理方法, 其原理是将废液浓缩至一定浓度, 使热值达到一定水平后, 用专用的焚烧炉进行焚烧。广西桂糖集团最早研究并借鉴实施了这一处理方法, 由国家轻工业部组织了项目鉴定。目前酒精废液浓缩后燃烧的 治理途径有两种形式: 使用专用燃烧炉燃烧, 回收热能和钾灰; 酒精废液浓缩后, 喷入糖厂锅炉燃烧, 回收热能。该技术是目前处理废液的众多办法中, 较为有效和彻底的方法之一, 从广西宾阳县大桥糖厂的生产使用情况来看, 基本上达到了零排放。但是, 糖蜜酒精废液浓缩后喷入蔗渣炉燃烧, 易引起炉膛结焦, 换热管表面粘附焦体后, 会造成锅炉热效率的降低, 因而要经常停机清理炉焦, 给正常生产带来不小的麻烦, 致使此方法的试验和运行难以维持。酒精废液浓缩后再综合利用的方法被认为是当前较彻底的治理方案。酒精废液中含有大量的氨、钾、 磷及农作物生长所需化学微量元素, 是一种优良的有机肥料, 但直接灌溉农田会板结土壤和酸蚀庄稼。日本主要将糖蜜酒精废液中的有机成分转变为腐植酸, 制成含 50%以上有机质的肥料, 将含 COD 1%以上的酒精废液蒸发浓缩后制成颗粒肥料, 中浓度和低浓度废液经曝气处理后与冷却水混合排入海中。在美、法、英、德、意等发达国家, 大都采用蒸发浓缩的方法处理糖蜜酒精废液, 我国的许多厂家也采用了这种处理方法。蒸发浓缩后的再处理有两种途径: 一是糖蜜酒精废液经初步处理后浓缩至 75%85%,然后制成纯干粉或加入辅料制成混合干粉, 得到的干粉可以用于配制或直接作为饲料、肥料、水泥减水剂 等; 二是将初步处理过的废液浓缩到含固形物 60% 后, 用高压泵通过喷嘴雾化, 喷人炉膛燃烧的火焰中,使废液在 1 100 1 250 的高温下燃烧, 或者将浓缩液与一定比例的蔗渣混合均匀后送人锅炉燃烧, 并回收反应热。将废液蒸发浓缩至 60BX ( 锤度, Brix,缩写为 BX, 表示糖蜜酒精废液固形物的质量分数) , 作为商品出售, 它有如下用途: 与糖蜜及其他饲料混合作饲料; 与滤泥和无机肥混合作有机复混肥; 直接喷入焚烧炉焚烧, 灰渣可作钾肥, 燃烧产生的蒸汽可作蒸发浓缩酒精废液的热源。浓缩处理可实现废液的零排放, 治理较为彻底, 是目前国内外比较推崇的治理方法。但该法设备投资 大, 浓缩的能耗高, 且还存在蒸发过程中设备腐蚀和积垢严重等问题。经再处理工艺, 制成的产品质量常常不稳定, 档次不高, 缺乏竞争力, 易使生产陷入困境而影响废液的治理。对焚烧工艺, 焚烧排出的废气还需要再进行处理, 焚烧技术目前也未完全过关。3.2.5 直接处理法废液直接送城市污水处理厂集中处理。但处理循环周期过长、废水处理不彻底, 所排放水未能达到水质标准的问题也颇为突出。4 国内糖厂酒精废水治理技术20 世纪 90 年代以来, 我国糖厂对酒精废液治理进行了大量的研究和实验工作, 目前糖厂所采用的治理方法有如下几种。4.1 氧化塘处理广西大部分糖厂目前是采用氧化塘处理方法, 即将酒精废液排入一个大坑, 贮存几个月, 进行自然发酵与沉降分解, 停榨后排下江河。此法要求氧化塘的库容很大, 废水停留时间要长。实际上, 目前糖厂的氧化塘容积往往不够大, 且本身还存在渗漏和散发的气味给周围环境造成污染, COD、BOD 去除率在 60%以下11, 远未能达到排放标准。这是一种暂时性的处理办法, 其作用是避免在枯水期直接向江河排放高浓度废水, 起了缓冲的作用。废液用于农灌, 曾出现因过量灌溉土壤酸化板结现象, 如用来灌溉甘蔗, 虽然产量能提高, 但会造成甘蔗含糖分大幅下降的现象。4.2 厌氧发酵生产沼气贵港甘化股份有限公司采用厌氧发酵产沼气方案, 1994 年 6 月投入试运行, COD、BOD 的去除率分别可达到 87%和 80%, 运行费用低, 有较好的经济效益, 但厌氧后的消化水仍未达到排放标准, 有待进一步完善。如增加一级氧化塘处理, 可达到三级排放标准。4.3 酒精废液循环使用12酒精废液作为锅炉水膜除尘器除尘冲灰水循环使用, 酒精废醪液在除尘器的高温烟气中蒸发一部分, 另一部分被锅炉烟灰吸附, 用于制砖或作肥料。平果糖厂从 1996 年开始应用, 至今已有 3 年成功运行记录, 酒精废液和煤灰不再像过去那样向江河排放。此法投资极省, 运行费用很低, 经济实用。但酒精生产要和制糖生产同步进行, 不能单独进行长年生产, 有一定的局限性。4.4 蒸发浓缩制复混肥或饲料酵母13目前广西有 10 个糖厂采用酒精废液蒸发浓缩( 或干燥) 后制有机复混肥或饲料酵母。该方法虽能有效处理酒精废液, 但存在很多问题, 主要有: 工艺流程834蔡春林等:甘蔗糖蜜酒精废水治理及展望2006 年 9 月复杂, 设备投资大; 耗能高, 运行费用极高; 酒精废液的浓缩液、干粉目前的市场销路有限, 而用于小规模生产复混肥的原料, 大量的浓缩液或干粉消化不完, 只能长期存放, 最终仍未能解决排放问题; 生产肥料需外购无机肥料, 占用大量的流动资金, 企业难以维持下去; 由于蒸发浓缩、干燥、制肥等一系列的工艺设备目前不够成熟, 投资风险极大。4.5 EM 菌技术14有效微生物群( EM) 技术实际上是氧化塘自然氧化技术的改进, 是将废液与培养的有效微生物菌液按一定比例混合后才流入氧化塘。EM 技术工艺流程简单, EM 菌的加入提高了有机物质的去除速率和去除率, 但仍然达不到国家的污水排放标准, 而且占地面积大, 总投资也不低。采用日本 EM 技术处理糖厂废水( 包括酒精废液) , 目前正在个别糖厂进行试运行, 由于需要极大的处理容积, 一般糖厂无法采用。4.6 锅炉烟道气浓缩法15该法由广西环保科技开发公司提出, 糖蜜酒精废液用锅炉烟气除尘净化, 利用烟气的余热使废水水分蒸发浓缩, 同时, 利用烟灰吸附废水中的有机物。方案中的废液经反复循环, 浓度越来越大, 最后呈浓浆而排放。废水 COD 的降低主要靠烟灰的吸附作用, 有机物质部分进入了锅炉炉灰中, 排放的浓浆不直接进入河流, 可与其他废渣混合堆肥。这是一种简易的酒精废液处理方法, 但不能实现达标排放, 且会造成二次污染。5 结论通过对比分析得出, 资源化与治理污染相结合是糖蜜酒精废水治理的理想途径。糖蜜酒精废水中有机物浓度很高, 营养物质丰富, CODCr 可达十几万 mg L- 1,而且废水中主要是糖分、蛋白质、氨基酸以及糖蜜发酵生产酒精的中间产物, 在资源越来越短缺的今天, 这都是宝贵的资源。如果直接进行处理,不仅浪费资源,而且会因负荷高而耗费较多的运行费用,处理效果也不理想。通过综合利用的途径,使废水中的有机资源转化成有较高价值的副产品,一方面可充分利用资源,另一方面可降低废水中的污染物浓度, 余下的废水再进行处理,不仅可以减轻处理负荷,也可保证处 理效果。综合来看,资源化与治理污染相结合是糖蜜酒精废水治理的理想途径, 可达到经济效益、环境效益和社会效益的统一。参考文献:1 秦麟源, 俞庭康.两级串联厌氧污泥床处理糖蜜酒精废液的研究J. 环境污染与防治, 1986, 2 : 6- 9.2 李红光, 邱漩红.糖蜜酒精废水资源化治理J. 环境保护, 1995, 2 : 23- 25.3 黄 强, 廖丽萍, 钱 进,等.甘蔗糖厂环保综合治理的研究试验J.甘蔗糖业, 1995, 2 : 47- 48.4 朱国