玉米酒精糟液处理技术研究及展望

摘要:本文介绍了当前处理玉米酒精糟液处理工艺技术,从经济效益、环境效益、社会效益角度分析了各种工艺技术的可行性及发展潜力,重点介绍了新型的膜技术在酒精糟液处理工艺中的应用,并展望了其良好的应用前景。

Abstract: This article describes the current management of corn ethanol wastewater treatment technology,From the economic, environmental benefits, social benefits of various technology point of view of feasibility and development potential, the film focuses on the new membrane technology in the ethanol process application, and look a good prospect of its.

关键词:玉米酒精糟液;膜技术;节能减排

Key words: corn alcohol wastewater;membrane technology;energy conservation

中图分类号:TS95 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)29-0112-02

1玉米酒精糟液特性

每生产1吨酒精需3吨玉米,排出糟液约为12立方米。淀粉质原料(玉米)酒精发酵产生的废糟液COD,BOD值相对较低,COD大约3～5万mg/L,BOD大约2～3万mg/L。糟液污染重要指标之一是总固体,它包括溶解性固体、悬浮固体和胶体,它是由有机物、无机物和生物菌体所组成。有机物的成分主要是碳水化合物、其次是含氮化合物、生物菌体和未完全分离出去的产品如丁醇,乙醇、丙酮等低沸点易挥发物;无机物主要来自原水(自来水)中各种离子和原料中的杂质、灰尘,如Ca2+、Mg2+、SiO2、HCO3-、CO32-、SO42-、Cl-、PO42-等。在总固体中悬浮固体(包括超胶体和部分胶体)约占60%～80%,溶解性固体和部分胶体(即粒径小于4.5um)占20%～40%。糟液具有很强的腐蚀性和较高的粘度。

2玉米酒精糟液污染控制技术

玉米酒精糟中含有大量的蛋白质、脂肪等具有丰富的有机成分,是极好的畜、禽饲料,目前采用的主要污染控制技术有:玉米酒精糟制取全干燥蛋白饲料(DDGS);玉米酒精糟固掖分离、滤渣直接做饲料或生产DDG蛋白饲料、滤液稀释排放;玉米酒精固掖分离、滤渣直接做饲料或DDG蛋白饲料、滤液30%～50%回用于生产:玉米酒精糟固液分离、滤渣直接做饲料或生产DDG蛋白饲料、滤液厌氧发酵生产沼气等四种。酒糟中存在的对酵母酒精发酵有抑制作用的物质,大部分被湿渣带走,留下的只是极少部分,通过调整回流比完全有可能在回流系统中将其浓度控制在酵母能够忍受的范围之内。所以现在一般酒精厂所采用的酒精废糟液的综合处理工艺中都包含有将废液部分或者全部返回生产系统作为拌料用水或液化、糖化添加水的回用路线。而且,若回流比恰当,酒精废水回流技术的应用不仅不会影响酵母的酒精发酵,反而有可能会提高酒精产量。

2.1 高效蒸发浓缩工艺蒸发浓缩法是通过多效蒸发,将废液中的水分除去、蒸发冷凝水清澈透明,即可回用于酒精生产,又可达标排放,蒸发剩余的干物质制成固体蛋白质饲料DDG。因酒精糟液是酸性液体,极具腐蚀性,必须先进行中和处理,然后投加絮凝剂以去除废液中的残渣,沉淀下的残渣浆液经固液分离回收为产品,而上清液则进入多效蒸发,蒸发器按具体情况可选二至三级。用玉米酒精槽生产DDGS,虽从根本上解决了环境污染问题,但该技术一般为国外采用,一次性投资巨大,能耗较大,目前在国内无法推广应用。

2.2 缺氧生化和加压生化法处理酒精酿造废水采用混凝沉淀-缺氧生化-接触氧化-加压生化-气浮流程处理酒精酿造高浓度酒糟废液和低浓度废水,可使废水中的CODcr和BOD去除率均达99.6%以上,处理后废水符合国家排放标准中的二级标准。该废水处理流程工艺合理,占地少,一次性投资少,运行费用低,处理有机物高,耐负荷冲击性能强,符合我国中小型酒精酿造厂废水处理要求。该工艺的缺氧生化段实现了沼气回收。但该工艺需解决在冬季气温较低时处理流程正常运行的问题。

2.3 厌氧――好氧并用工艺该工艺较耐高温,高负荷,高悬浮物,属环保节能型工艺,对处理高浓度酒糟废水有较好的适用性和针对性。特别是厌氧过程产生沼气,能减轻后续有机负荷处理,降低酒精生产成本,回收大量能源,节约资源。在厌氧处理工段,目前国内常采用的厌氧反应器类型大致有3种:ACP、UASB、AF。UASB反应器抗悬浮物冲击性能较差,AF容易发生堵塞,ACP更适于处理悬浮物和有机物浓度均高的废液。在处理过程中,温度、酸碱度、进料量、原料种类、溶解氧等都会对厌氧消化的效率和效果产生不同程度的影响,其中温度和酸碱度是影响和制约厌氧消化的关键因素。但以下几个方面还需要深入研究:①IC(内循环)反应器的最基本特征,与其它反应器的主要区别;②IC内部的流体力学规律;③循环(回流)的优缺点,和循环量的估算;④IC设计的规范,制作的标准化;⑤采用低等污泥启动IC。

2.4 膜技术处理酒精废糟液膜技术作为一种新型的分离技术,具有节能高效的特点,是一种纯物理分离技术,无相变。分子级分离,分离彻底,分离效率高,对分离物质无破坏性,在废水处理上,几乎是全回收有用物质,因为节能节水,所以处理成本低,经济效益高,设备结构紧凑,占地小,采用全封闭生产,无二次污染。其在各行业中都有广泛的应用,尤其是在水处理和医药行业的应用已经非常成熟。它是目前大生产中解决清洁生产,提高产品质量,提高产品得率,降低生产成本的一种可靠的技术手段。采用膜分离处理酒糟滤液,可以替代蒸发浓缩,在将滤液浓缩到30%以上(可满足干燥作饲料的条件)的同时,可将常规发酵酒糟滤液全回流、浓醪发酵酒糟滤液80%以上比例的回流,是目前综合治理玉米原料酒精糟液处理的最佳方案,仅以这一项,可以实现在不影响DDGS饲料报酬的前提下,节约用于全蒸发能量的50%,酒精生产总能耗降低8%;真正以最经济的方法实现酒精清洁生产。目前,采用膜分离技术处理酒糟国内外还未见工业化报道,但其是未来酒糟处理的发展方向。其工艺路线图如下。

膜技术经过近20多年的飞速发展,膜种类和膜材质都有了较大的增加,以前只有微滤、超滤、反渗透膜,近几年则出现了纳滤膜、膜蒸馏、膜萃取等新技术,膜材质也发展到有机膜、陶瓷膜、金属膜等多种材质,膜元件的形式也由平板膜发展到中空纤维膜,卷式膜等多种形式,耐污染、耐腐蚀、耐高温等特种膜也不断涌现,使得膜技术的应用范围不断扩大,以前膜技术无法解决的问题现如今已经成为可能,膜分离的分子级分离性能使得象酒精废水这类高浓度有机废水处理从技术上是可行的,而膜分离的无相变,纯物理分离形式也使得其在经济上也是可行的。

3目前国内酒精糟液几种处理技术的比较

3.1 经济效益比较传统酒精糟水清液用蒸发器浓缩,制取每吨酒精需耗用2.6吨蒸汽,而膜处理工艺采用膜分离浓缩取替蒸发器浓缩,不使用蒸汽,蒸汽耗用量为零,虽然膜装置电耗大于蒸发器,但总能耗要比传统的多效蒸发器低至少30%以上,传统的蒸发工艺耗能约240元左右/吨酒精,而膜处理工艺可降低能耗80元左右/吨酒精。通常蒸发耗气量占整个酒精生产耗气量的30%,在此可节省能耗8%,同时由于80%的废水回用,使生产每吨酒精的废水排放量可从4吨降到2.4吨,也就是说,酒精废水的处理费用也将降低40%,目前,酒精厂废水处理费用为每吨酒精要50元,可节约生产成本20元/吨酒精。

总体计算,通过膜处理技术的使用,可降低酒精生产成本100元/吨酒精,能耗可降低8%。水耗量降低40%,环保费用降低40%。

3.2 社会效益分析膜分离技术取替了蒸发装置,使得酒精生产不但能耗大幅降低,同时水耗量也大幅降低,而我国是能源匮乏的国家,淡水资源也不丰富,通过膜处理新技术的使用,最大限度地利用了能源和水资源,社会效益明显。

3.3 环境效益分析目前发酵酒精的废水已经是轻工行业的第二大污染源,废水量太大,严重限制了酒精的生产,而新兴的膜处理糟液技术的使用,使得废水质量明显好于传统工艺,大幅提高了废水的回用率,相应的废水排放量大幅减少,使得酒精废水处理费用大幅降低,可见其环境效益也非常好。

4结论与展望

酒精工业的巨大的市场需求和广泛的应用前景,尤其是在化工和新能源方面有着不可代替的地位,而且酒精废水的环保问题受到了国家的高度重视,对酒精工业现有企业要推行清洁生产,提高资源利用率,筛选最佳技术,获取较大环境、经济统一效益。膜技术的发展和应用对于降低酒精生产成本,经济效益,社会效益,环境效益良好有重要意义,膜处理酒精糟液技术对于未来的应用前景非常广阔。

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