中國10年玉米酒精廢水處理之動態(tài)
一、玉米酒精廢水的特性
每生產(chǎn)1噸酒精需3噸玉米，排出糟液約為12立方米。淀粉質(zhì)原料(玉米) 酒精發(fā)酵產(chǎn)生的廢糟液COD ,BOD5 值相對較低,COD大約3～5 萬mg/ L ,BOD5大約2～3 萬mg/ L。
糟液污染重要指標(biāo)之一是總固體，它包括溶解性固體、懸浮固體和膠體，它是由有機(jī)物、無機(jī)物和生物菌體所組成。有機(jī)物的成分主要是碳水化合物、其次是含氮化合物、生物菌體和未完全分離出去的產(chǎn)品如丁醇，乙醇、丙酮等低沸點(diǎn)易揮發(fā)物；無機(jī)物主要來自原水（自來水）中各種離子和原料中的雜質(zhì)、灰塵，如Ca2+、Mg2+、SiO2、HCO3-、CO32-、SO42-、Cl-、PO42-等。在總固體中懸浮固體（包括超膠體和部分膠體）約占60%~80%，溶解性固體和部分膠體（即粒徑小于4.5um）占20%~40%。糟液具有很強(qiáng)的腐蝕性和較高的粘度。
二、玉米酒精糟液污染控制技術(shù)
玉米酒精糟中含有大量的蛋白質(zhì)、脂肪等具有豐富的有機(jī)成分，是極好的畜、禽飼料，目前采用的主要污染控制技術(shù)有：玉米酒精糟制取全干燥蛋白飼料（DDGS）；玉米酒精糟固掖分離、濾渣直接做飼料或生產(chǎn)DDG蛋白飼料、濾液稀釋排放；玉米酒精固掖分離、濾渣直接做飼料或DDG蛋白飼料、濾液30%~50%回用于生產(chǎn)：玉米酒精糟固液分離、濾渣直接做飼料或生產(chǎn)DDG蛋白飼料、濾液厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣等四種。
酒糟中存在的對酵母酒精發(fā)酵有抑制作用的物質(zhì),大部分被濕渣帶走,留下的只是極少部分,通過調(diào)整回流比完全有可能在回流系統(tǒng)中將其濃度控制在酵母能夠忍受的范圍之內(nèi)。所以現(xiàn)在一般酒精廠所采用的酒精廢糟液的綜合處理工藝中都包含有將廢液部分或者全部返回生產(chǎn)系統(tǒng)作為拌料用水或液化、糖化添加水的回用路線。而且,若回流比恰當(dāng),酒精廢水回流技術(shù)的應(yīng)用不僅不會影響酵母的酒精發(fā)酵,反而有可能會提高酒精產(chǎn)量。
（一）、膜過濾法處理酒精廢糟液
膜處理技術(shù)由于操作簡便、分離效果理想而得以廣泛應(yīng)用，同時也是污水深度處理的重要手段之一。目前，國內(nèi)外已普遍應(yīng)用與膜技術(shù)處理紡織廢水、造紙廢水、膠粘劑生產(chǎn)廢水、含油廢水以及味精生產(chǎn)廢水等，其中不少單位也正嘗試把膜技術(shù)應(yīng)用于酒精工業(yè)廢水的處理。
酒精廢糟液先經(jīng)離心分離去除粗渣，再經(jīng)膜過濾，除去大部分對酵母生長和酒精發(fā)酵有抑制作用的大分子有機(jī)物，最后濾液全部回流。
應(yīng)用膜過濾技術(shù)處理玉米酒精濃醪發(fā)酵酒精廢糟液的工藝流程示意圖如下：
玉米粉—→拌 料—→低溫蒸煮—→糖化—→發(fā)酵
↑ ↓
濾 液←—膜過濾←—酒糟液←—蒸餾
↓ ↓
濾渣 酒精
玉米酒精濃醪發(fā)酵廢糟液“全回流”工藝流程示意圖
應(yīng)用膜過濾技術(shù)能去除酒精槽液中主要的抑制副產(chǎn)物，大大降低了副產(chǎn)物對酵母生產(chǎn)及酒精發(fā)酵的抑制作用。在工藝上實(shí)現(xiàn)“全回流”是切實(shí)可行的。但在膜過濾過程中要注意膜的污染問題，以確保膜通量的穩(wěn)定，并延長膜的使用壽命。
（二）、高效蒸發(fā)濃縮工藝
蒸發(fā)濃縮法是通過多效蒸發(fā)，將廢液中的水分除去、蒸發(fā)冷凝水清澈透明，即可回用于酒精生產(chǎn)，又可達(dá)標(biāo)排放，蒸發(fā)剩余的干物質(zhì)制成固體蛋白質(zhì)飼料DDG。流程如下：
因酒精糟液是酸性液體，極具腐蝕性，必須先進(jìn)行中和處理，然后投加絮凝劑以去除廢液中的殘渣，沉淀下的殘渣漿液經(jīng)固液分離回收為產(chǎn)品，而上清液則進(jìn)入多效蒸發(fā)，蒸發(fā)器按具體情況可選二至三級。
用玉米酒精槽生產(chǎn)DDGS，雖從根本上解決了環(huán)境污染問題，但該技術(shù)一般為國外采用，一次性投資巨大，能耗較大，目前在國內(nèi)無法推廣應(yīng)用。
（三）、厭氧——好氧并用工藝
該工藝較耐高溫，高負(fù)荷，高懸浮物，屬環(huán)保節(jié)能型工藝，對處理高濃度酒糟廢水有較好的適用性和針對性。特別是厭氧過程產(chǎn)生沼氣，能減輕后續(xù)有機(jī)負(fù)荷處理，降低酒精生產(chǎn)成本，回收大量能源，節(jié)約資源，真正實(shí)現(xiàn)綜合利用、節(jié)能、環(huán)保3個目標(biāo)。
糟液從精餾塔排出，首先回收熱能約30kcal/L，然后經(jīng)固液分離機(jī)進(jìn)行固液分離—經(jīng)微濾機(jī)可去除50%左右的COD與固體物質(zhì)，最后經(jīng)厭氧—好氧及過濾吸附處理后排放，具體流程如下：
在厭氧處理工段,主要工藝有:厭氧接觸反應(yīng)器(ACP) 、升流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB) 、厭氧生物濾池(AF) 、厭氧附著膜膨脹床(AAFEB) 、厭氧流化床(AFB) 等 。目前國內(nèi)常采用的厭氧反應(yīng)器類型大致有3 種 :ACP、UASB、AF。UASB 反應(yīng)器抗懸浮物沖擊性能較差,AF 容易發(fā)生堵塞,ACP更適于處理懸浮物和有機(jī)物濃度均高的廢液,其可處理的懸浮物濃度可高達(dá)50 000mg/ L。在處理過程中,溫度、酸堿度、進(jìn)料量、原料種類、溶解氧等都會對厭氧消化的效率和效果產(chǎn)生不同程度的影響,其中溫度和酸堿度是影響和制約厭氧消化的關(guān)鍵因素。酒精廢糟液固液分離所得清液酸度高,pH一般在4.5 左右,若清液直接進(jìn)料,由于酸度高,易引起發(fā)酵液酸化。為避免酸化可采用部分發(fā)酵后料液回流以改善pH ,提高處理負(fù)荷。
厭氧處理后序工段——好氧處理方法較多,有活性污泥法(氧化溝、AB 法合連續(xù)式、間歇式活性污泥法) 和生物膜法。(生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化法和生物流化床)等.
例如：厭氧處理采用上流式污泥床反應(yīng)器UASB，水溫50~53oC，停留時間1~3d，COD去除率可達(dá)90%以上，反應(yīng)器有機(jī)負(fù)荷7~10kgCOD/m3.d，產(chǎn)氣率3~5m3/m3.d ,每m3進(jìn)水產(chǎn)沼氣10 m3以上，每去除1kgCOD產(chǎn)沼氣580L，沼氣中含甲烷58~60%。
例如：好氧處理采用沸石生物膜（浸沒式沸石生物濾池）工藝，停留時間10h，COD去除率為50%~70%（亦可用生物接觸氧化），最終出水若經(jīng)活性炭吸附可使出水無色透明，COD達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)。
（1）、上流式厭氧污泥床（UASB）加間歇式活性污泥法（SBR）
玉米酒精生產(chǎn)過程中，要消耗大量的水，其中90%是冷卻用水，可循環(huán)利用。10%左右是污水（每噸酒精約生產(chǎn)12t）,包含冷凝水、生活污水、沖洗用水。這些污水中含有殘余糖、粗纖維、粗蛋白、酵母殘體、殘余酒類以及少量的油脂類、酸堿類物質(zhì)，成為無毒無害的有機(jī)廢水。實(shí)踐表明，酒精生產(chǎn)過程中的事故排污、DDGS車間不能回流使用的清夜是高濃度且有機(jī)廢水，其CODcr平均含量在20000mg/L左右；酒精車間的設(shè)備沖洗、DDGS車間的冷凝污水以及廠區(qū)的生活污水是中低濃度、排放較穩(wěn)定的有機(jī)廢水，其CODcr含量平均在2000mg/L左右，污水處理工藝：
事故池 沼氣綜合利用
pH調(diào)節(jié)池 冷卻塔 自循環(huán)攪拌 鼓風(fēng)曝氣
酒精車間污水
集水池 冷水池 UASB SBR 達(dá)標(biāo)排放
DDGS車間污水
脫泥水 污泥 活性炭處理 中水
事故池
干化場 綜合利用
采用上流式厭氧污泥床（UASB）加間歇式活性污泥法（SBR）綜合工藝處理玉米酒精工業(yè)廢水，這套工藝的運(yùn)行費(fèi)用低、效果好，處理后的污水達(dá)標(biāo)排放，還可作為中水回用、污水先經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)（包括事故調(diào)節(jié)池、集水池、pH調(diào)節(jié)、冷卻塔）處理后進(jìn)入UASB反應(yīng)器處理，經(jīng)處理后出水CODcr 去除率達(dá)76%，BOD去除率達(dá)83%，然后進(jìn)入SBR池處理。CODcr去除率達(dá)91%，BOD去除率達(dá)95%。處理后的水經(jīng)活性炭吸附處理后可作中水使用。[3]
（2）、二級厭氧膨脹顆粒污泥床(EGSB)+好氧生物處理（接觸氧化）
酒精廢液一般呈較強(qiáng)的酸性,因此在配水罐中需加堿中和。污泥接種采用酒精廠原有的厭氧發(fā)酵罐中的絮狀污泥接種。經(jīng)過二級EGSB ,出水CODcr 的去除率可達(dá)91 %以上。廢水經(jīng)二級EGSB + 好氧生物處理(接觸氧化)后,出水達(dá)標(biāo)排放。處理工藝如下圖所示：[4]
石灰 沼氣
壓
濾 沉 配 EGSB 降 接
后——淀——泵——水——泵——反——溫——觸
稀 池 罐 應(yīng) 池 氧
糟 器 化
液
玉米酒精廢水處理工藝
新型EGSB 反應(yīng)器CODcr 的容積負(fù)荷可以達(dá)到25 kgPm3•d 以上。主要通過沼氣上升來維持污染物質(zhì)與微生物的充分接觸,在不同高度分別存在優(yōu)勢微生物種群,處理效率高可以達(dá)到90 %以上,而且由于不需要出水循環(huán),從而降低了厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行費(fèi)用。這種反應(yīng)器能夠在較短的時間內(nèi)啟動并形成顆粒污泥,根據(jù)現(xiàn)有的工程實(shí)際運(yùn)行結(jié)果,可以在3個月內(nèi)形成顆粒污泥。其具有較高的抗沖擊負(fù)荷能力。
（3）二級厭氧（MIC+MIC）+二級厭氧
IC（內(nèi)循環(huán)）反應(yīng)器被公認(rèn)為具有有機(jī)負(fù)荷率高，水力停留時間短，高徑比大，占地面積小，基建投資省，出水水質(zhì)穩(wěn)定，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[5]。其處理工藝如下：
預(yù)處理——厭氧（MIC反應(yīng)器，2臺）——二級好氧（曝氣沉淀池、氧化溝）——深度處理（過濾）——塘處理
其過濾（或塘處理）出水（COD低于60mg/l）可回用于生產(chǎn)、綠化用水及鍋爐沖渣。
但以下幾個方面值得繼續(xù)研究：1.IC反應(yīng)器的最基本特征，與其它反應(yīng)器的主要區(qū)別；2.IC內(nèi)部的流體力學(xué)規(guī)律；3.循環(huán)（回流）的優(yōu)缺點(diǎn)，和循環(huán)量的估算；4.IC設(shè)計的規(guī)范，制作的標(biāo)準(zhǔn)化；5.采用低等污泥啟動IC。
（四）、缺氧生化和加壓生化法處理酒精釀造廢水
廢水處理工藝流程
采用混凝沉淀-缺氧生化-接觸氧化-加壓生化-氣浮流程處理酒精釀造高濃度酒糟廢液和低濃度廢水, 可使廢水中的CODcr和BOD5去除率均達(dá)99. 6%以上, 處理后廢水符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)中的二級標(biāo)準(zhǔn)。該廢水處理流程工藝合理, 占地少, 一次性投資少, 運(yùn)行費(fèi)用低, 處理有機(jī)物高,耐負(fù)荷沖擊性能強(qiáng), 符合我國中小型酒精釀造廠廢水處理要求。在該工藝的缺氧生化段實(shí)現(xiàn)了沼氣回收。但應(yīng)該考慮在冬季氣溫較低時該工藝的正常運(yùn)行的問題。
三、幾種技術(shù)性能比較
為了減少投資，合理利用資源，經(jīng)多年的摸索實(shí)踐，證明較為合理的工藝：將玉米酒精槽先固液分離，濾渣生產(chǎn)DDG蛋白飼料，濾液部分回用于生產(chǎn)，剩余濾液進(jìn)行厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，作農(nóng)灌或進(jìn)行好氧處理。
從幾種技術(shù)中都可以看出，固液分離是酒精工業(yè)污染控制技術(shù)中最基本的重要處理手段。經(jīng)過多年的應(yīng)用結(jié)果證明：固液分離設(shè)備中以臥式螺旋離心機(jī)和充氣隔膜雙向自動壓濾機(jī)效果良好。
四、結(jié)論與建議
對酒精工業(yè)現(xiàn)有企業(yè)要推行清潔生產(chǎn)，提高資源利用率，篩選最佳技術(shù)，獲取較大環(huán)境、經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一效益。
酒精廠的廢槽液要普遍采取固液分離，濾液部分循環(huán)利用。以玉米為原料生產(chǎn)酒精的企業(yè)要全面推廣聯(lián)產(chǎn)蛋白飼料技術(shù)，其中大中型企業(yè)要推廣酒精槽全干燥蛋白飼料（DDGS）技術(shù)；濾渣生產(chǎn)DDGD蛋白飼料，濾液厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，消化也液農(nóng)灌或好氧處理的技術(shù)。
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