酒精廢水的處理技術(shù)綜述

1、酒精廢水的處理技術(shù)綜述摘 要 酒精廢水未達標排放會對水體以及生物體造成危害。本文主要介紹了酒精廢水來源、水質(zhì)特點、水質(zhì)危害以及常見的幾種處理的方法與工藝流程，包括濃縮燃燒法、生產(chǎn)蛋白飼料工藝(DDGS)、生物法。認為酒精廢水是高濃度有機廢水，可生化性強，生物法處理具有一定可行性，采用厭氧-好氧組合法工藝是一種有效的處理工藝。關(guān)鍵詞 酒精廢水 燃燒法 DDGS 生物法 引言據(jù)不完全統(tǒng)計,我國每年的工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)生活污水排放總量已達到631億噸,而其中更是有大部分污水未經(jīng)處理就直接排入了江河湖海,水污染現(xiàn)象十分嚴重1。酒精廢水作為一種高濃度的有機廢水,如果不采取有效措施進行處理,其COD常高達8x

2、IO4 mg/L以上,將會對水環(huán)境成極大的危害?，F(xiàn)在雖然大部分酒精廠都采用了固液分離后技術(shù),但COD仍在2x104mg/L以上,是我國水體最嚴重的污染源之一,不僅對環(huán)境造成了極大的破壞,而且限制了企業(yè)的生存和發(fā)展2。據(jù)統(tǒng)計，以玉米為原料每生產(chǎn)1t 酒精要排放1416t COD濃度在55g/L 左右的廢水2。我國 80%左右的酒精用淀粉質(zhì)（玉米、小麥、高粱、甘薯、木薯等）原料生產(chǎn)，約有 10%的酒精以糖蜜為原料。酒精發(fā)酵工業(yè)主要是利用糧食中的淀粉部分，使淀粉轉(zhuǎn)化成酒精，其余部分（蛋白質(zhì)、無機鹽、粗脂肪等）未加以利用，如用薯干、玉米等發(fā)酵只利用了原料中的淀粉和可發(fā)酵性糖的 8593%，其他有機物包

3、括工藝過程中的非揮發(fā)性產(chǎn)物都殘留在酒精糟中3。生產(chǎn)過程中的廢水主要來自蒸餾發(fā)酵成熟醪后排出的酒精糟，即蒸餾廢水(酒精廢水的主要成分)，以及設(shè)備的洗滌水、浸泡水、蒸煮廢水、糖化廢水、發(fā)酵廢水、沖洗水、冷卻水等。酒精廢水作為我國一種嚴重的污染源，廢水懸浮物含量高，平均懸浮物含量高達40000 mg/L。廢水溫度高，平均水溫達80，蒸餾釜底排出的廢水溫度高達100。廢水濃度高，廢水的COD 高達36 萬mg/L，以廢糖蜜為原料的酒精廢液COD更高達1113 萬mg/L，包括懸浮固體、溶解性COD 和膠體，有機物93%94%，無機物占6%7%，有機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

4、出去的產(chǎn)品：如丁醇、乙醇等。由于廢水含有約500mg/L 左右的有機酸，廢水呈酸性，運行初期可考慮加堿或污泥的回流以平衡廢水的酸堿度，運行穩(wěn)定后系統(tǒng)具備足夠的緩沖能力，則不需要加堿或回流4。高濃度酒精廢水若直接排放進入臨近水體，會造成水體富營養(yǎng)化。水體富營養(yǎng)化使水域生物種群發(fā)生變化藻類大量繁殖，使水體的透明度下降。許多藻類能夠合成、分泌、釋放有毒性物質(zhì)，對在富營養(yǎng)化水域飲水的野生動物、牲畜造成毒害，甚至造成死亡，并可能對人類的健康造成潛在的不良影響。藻類及其他浮游生物死亡后的殘體沉入水底，代代堆積，湖泊逐漸變淺，直至成為死湖或沼澤，加重水源耗竭的危機。國內(nèi)外不同的研究者從不同角度出發(fā)，對酒精廢

5、水的綜合處理及利用進行了各種探索，取得了許多成功的經(jīng)驗。現(xiàn)列舉其中的部分代表性治理技術(shù)并逐個分析：一、濃縮燃燒法該方法非常簡單,其核心技術(shù)就是需要利用到多效蒸發(fā)器與燃燒爐的作用,酒精廢醪在多效蒸發(fā)器的作用下被蒸發(fā)成含水率大約為40% 左右的泥餅,然后把泥餅投入到專用的燃燒爐中燃燒,在此過程將會產(chǎn)生熱能,其中一部分熱能用于生產(chǎn)中的酒精蒸餾工序,另一部分熱能用于蒸發(fā)工序,從而使能源得到了充分的利用，從而實現(xiàn)廢液零排放的目的。目前,利用濃縮燃燒法處理酒精廢醒較為成功的要數(shù)荷蘭HCG公司與瑞典Alfa-Laval公司5。燃燒爐泥餅多效蒸發(fā)器酒精廢醪 圖1 濃縮燃燒法工藝流程二、酒精糟生產(chǎn)蛋白飼料(DD

6、GS)工藝玉米酒精廢水中含有大量的懸浮物和溶解物,如加適當(dāng)?shù)囊蕴幚砝?都可轉(zhuǎn)化為營養(yǎng)價值很高的飼料,即蛋白飼料,又稱DDGS。在消除酒精廢液污染的同時又產(chǎn)生了新的經(jīng)濟效益,因此該技術(shù)已越來越受到人們的關(guān)注。該技術(shù)的工藝流程如圖2所示:先將酒精糟液通過壓濾機等設(shè)備進行固液分離,其中的懸浮物被分出,濾出液則被送往蒸發(fā)站蒸發(fā)濃縮,取得濃縮物,然后將濃縮物和固液分離產(chǎn)生的固體物質(zhì)一起進入干燥設(shè)備中干燥,最后將干燥后的物質(zhì)擠壓成粉狀飼料,即DDGS。目前,開始采用此工藝處理玉米酒精糟的主要分布在一些經(jīng)濟發(fā)達的國家,如美國、西歐等5。濾液多效蒸發(fā)器 壓濾機酒精廢醪 DDGS粉末濃縮物濾渣干燥器 圖2酒精

7、糟生產(chǎn)蛋白飼料(DDGS)工藝流程圖三、生物法工程實際中還采用厭氧+好氧的組合工藝，處理酒精廢水。酒精廢水屬于含固量較高的高濃度有機廢水，可生化性好，是一種豐富的能源，經(jīng)過厭氧處理后的廢水仍然具有一定濃度的 COD 物質(zhì)，并且厭氧過程本身沒有特別明顯的氨氮、總磷去除能力，故在厭氧處理之后需要進一步的采用后續(xù)的好氧處理。目前用于處理玉米酒精廢水的厭氧技術(shù)主要有上流式厭氧污泥床(UASB)、升流式厭氧生物濾床(UAF)、厭氧顆粒污泥膨脹床(EGSB) 、內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器（IC）等，穩(wěn)定運行后COD去除率均在80%以上。目前常用的好氧處理法有接觸氧化法、間歇式活性污泥法(SBR)和循環(huán)式活性污泥法(

8、CASS) ，穩(wěn)定運行后，接觸氧化法COD去除率達70%以上，SBR與CASS對COD去除率達80%以上。圖3 生物法處理基本工藝流程（一） UASB+生物接觸氧化孫根行等人采用 UASB+生物接觸氧化-過濾工藝處理酒精廢水，廢水來源于一家以玉米為原料生產(chǎn)酒精的企業(yè), 年產(chǎn)酒精5萬, 同時, 每日產(chǎn)生酒精廢水2 000多。原水水質(zhì)為: 3.5 5.5; 40 000 /, 5 28 000 /, 3 - 300/, 40 000 /。采用-生物接觸氧化工藝處理酒精廢水, 無需藥劑, 處理效果穩(wěn)定, 系統(tǒng) <100 /, 色度<50倍, <70 /,3 - <15 /,

9、<0.5 /, 均達到綜合廢水排放標準(8978-1996)一級標準6。在處理廢水的同時，產(chǎn)生的沼氣得以回收利用，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟價值。其工藝流程如下圖4：圖 4 UASB-兩級生物接觸氧化工藝流程圖（二） 二級IC+卡羅塞爾吳建華等人采用兩級厭氧一級好氧技術(shù)處理廢水，設(shè)計厭氧采用先進的 IC 反應(yīng)器，好氧則采用卡羅塞爾 3000 型。該廢水水質(zhì)為COD 濃度：41131.91mg/l，NH3-N濃度250.53mg/l ，SS濃度1500 mg/L左右。經(jīng)處理后出水COD濃度100mg/L-150mg/L左右, NH3-N濃度25mg/L5。厭氧采用中溫發(fā)酵技術(shù)，一級厭氧進水溫度在 3

10、9左右，二級厭氧進水溫度在 37左右。原水儲罐用于貯存多余、暫時不能完全處理的廢水，運行出現(xiàn)問題的特殊情況時用做事故池。用冷卻水泵將廢水提升進入換熱器內(nèi)進行冷卻。調(diào)節(jié)塔調(diào)節(jié)進入?yún)捬醴磻?yīng)池濃度。從一級厭氧出水后，在脫氣調(diào)節(jié)塔中進行一級提升進入二級厭氧池，并將沒有分離的 CO2等氣體分離，防止二級厭氧泵的氣蝕現(xiàn)象，并為二級厭氧泵提供緩沖體積。為保證二級厭氧處理的營養(yǎng)均衡，有機物滿足要求，將原水貯罐和調(diào)節(jié)塔中的一部分水進入脫氣調(diào)節(jié)塔，以保證脫氣調(diào)節(jié)塔中的水溫在 37、有機物充足。沼氣 酒精廢水原水儲罐調(diào)節(jié)塔一級厭氧罐換熱器 氧化溝 出水二級厭氧罐脫氣調(diào)節(jié)塔 沼氣圖 5 兩級IC厭氧+氧化溝工藝流程圖

11、（三）IC+活性污泥法河南省淇縣動力源糧油貿(mào)易有限公司新建一座酒精生產(chǎn)廠,以玉米為原料生產(chǎn)酒精,然后以玉米酒精糟生產(chǎn)DDG,酒精生產(chǎn)規(guī)模為2萬t/a。酒精廢水1000t/d,水質(zhì)如下表所示，進水COD濃度為30000mg/L。針對該酒精廢水，蘇濤等人運用IC+傳統(tǒng)活性污泥工藝對污水處理過程中的反應(yīng)機理、運行規(guī)律、影響因素進行了分析，系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，,厭氧反應(yīng)后出水COD濃度為2000mg/L，最終出水COD穩(wěn)定在200mg/L左右,COD去除率大于90%,處理后出水水質(zhì)達到國家污水綜合排放標準(GB8978-1996)，其工藝流程為圖6所示2。圖 6 IC+好養(yǎng)活性污泥法工藝流程圖（四）二級U

12、ASB+生物活性污泥法劉華等人使用二級厭氧與好氧活性污泥法工藝處理廢水，設(shè)計玉米酒精廢水量為 1500m3/d,設(shè)計出水水質(zhì)執(zhí)行污水綜合排放標準（GB 8978-1996）中酒精行業(yè)二級標準。其水質(zhì)情況與具體處理效果如下表1所示，工藝流程圖如下圖7。圖7 二級UASB+好氧活性污泥法工藝流程圖酒精蒸餾后的糟液經(jīng)管道進入糟液沉淀罐進行沉淀、降溫，采用二級UASB 厭氧處理與好氧活性污泥法處理廢水。其中第一級高溫厭氧，第二級中溫厭氧 。本工藝一級高溫厭氧5456 ，二級中溫厭氧3035 ,好氧活性污泥法，水溫在1525 7。表 1（五） 二級 UASB+CASS孫青斌等人采用二級UASB厭氧與CA

13、SS好氧工藝處理玉米酒精廢水，廢水處理水量2500m3/d，處理工藝流程及效果如下圖8與表28： 圖8 二級UASB+CASS工藝流程圖檢測水樣COD（mg/L）BOD(mg/L)SS(mg/L)PH進水221001030027603-8出水4525367.1表2結(jié)論與展望燃燒法如果運行得當(dāng)，燃燒投入的費用與產(chǎn)生的熱能價值能夠互相彌補，但是一般不能富余熱量9。但是目前該技術(shù)也存在了諸多難點，如爐膛的結(jié)焦問題，對流換熱面堵灰問題，影響了鍋爐的運行，廢液與煤粉的比例只能在 1/10 左右10，處理量遠遠低于產(chǎn)生的廢液量，很難處理完，所以該技術(shù)在國內(nèi)一直未能推廣。蛋白飼料法技術(shù)有重要的缺陷，如廢水的

14、濾渣需要干燥后才能作為飼料，在過濾和干燥的過程中需要耗費大量的能源，甚至投入超過了產(chǎn)出的價值。并且飼料的營養(yǎng)成分往往不全或不足11，需要額外添加一定量的輔助物質(zhì)，且飼料粘度大，無機物混雜在飼料中不能分離，降低了飼料的品質(zhì)，且整個工藝投資巨大，能耗高，不是一種綠色環(huán)保的廢水處理方法。燃燒法和蛋白飼料法采用多效蒸發(fā)技術(shù)降低了處理負荷，出水水質(zhì)較好，但由于能耗大難以推廣; 生物法具有能耗低、投資少等特點，但是傳統(tǒng)厭氧工藝需要嚴格的管理工藝，存在著高濃度的 SS 物質(zhì)容易造成布水系統(tǒng)的堵塞和反應(yīng)器酸化問題12。目前高濃度有機廢水的相對經(jīng)濟有效的處理方法是“厭氧+好氧”為主體的生化法。而厭氧、好氧反應(yīng)器

15、的選擇是方案設(shè)計的重中之重。參考文獻1 沈連峰,田立江,陳榮平,等. 酒精廢水的處理和綜合利用技術(shù)J.水處理技術(shù)，2007,33(8):68-70.2 蘇濤，買寧文. 玉米酒精廢水處理工藝及啟動研究D .鄭州：鄭州大學(xué)，2010.3 馬贊華. 酒精高效清潔生產(chǎn)新工藝M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003.4 于宏儀，季民，張澤生.高濃度酒精廢水處理的工程實踐研究D.天津：天津大學(xué)，2012.5 吳建華，李勇.20萬噸燃料酒精廢水處理工程設(shè)計及運行分析D.蘇州：蘇州科技學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，2013.6 孫根行，閆東峰，李連清.UASB-生物接觸氧化處理酒精廢水工程設(shè)計J.環(huán)境工程學(xué)報，2010，4（11）：2542-2546.7 劉華，孫麗娜，陳錫劍,等.酒精廢水處理及資源利用J. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2011, 34(4):180- 183.8 孫青斌，范毓萍. 酒精廢水處理工程實例J. 河南機電高等?？茖W(xué)校學(xué)報,2012,20(5)：26-28