酒精废水的处理技术综述之欧阳组创编.docx
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酒精废水的处理技术综述之欧阳组创编
酒精废水的处理技术综述
时间:
2021.02.16
创作:
欧阳组
摘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。
关键词酒精废水燃烧法DDGS生物法
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8xIO4mg/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14~16tCOD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40000mg/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
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1浓缩燃烧法工艺流程
二、酒精糟生产蛋白饲料(DDGS)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2酒精糟生产蛋白饲料(DDGS)工艺流程图
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。
图3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t,同时,每日产生酒精废水2000多t。
原水水质为:
pH3.5~5.5;COD≤40000mg/L,BOD5≤28000mg/L,NH3-N≤300mg/L,SS≤40000mg/L。
采用UASB-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COD<100mg/L,色度<50倍,SS<70mg/L,NH3-N<15mg/L,TP<0.5mg/L,均达到综合废水排放标准(GB8978-1996)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4UASB-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1500mg/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5两级IC厌氧+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]。
图6IC+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》(GB8978-1996)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7二级UASB+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8二级UASB+CASS工艺流程图
检测水样
COD(mg/L)
BOD(mg/L)
SS(mg/L)
PH
进水
22100
10300
2760
3-8
出水
45
25
36
7.1
表2
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
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郑州大学,2010.
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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.
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[11]严凯,姜涛,宋雅建,等.UASB-SBR组合工艺处理小麦酒精废水[J].工业水处理,2014,34(9):
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[12]王五洲,田晋平,别晓群.玉米酒精生产废水处理工艺设计实例[J].中国给水排水,2013,29(4):
68-70.
时间:
2021.02.16
创作:
欧阳组