CN101875527B

CN101875527B - 薯类乙醇废水处理方法

Info

Publication number: CN101875527B
Application number: CN2010102290886A
Authority: CN
Inventors: 吕惠生; 董秀芹; 陶敏莉; 李永辉; 欧阳胜利; 钱胜华; 张敏华
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2030-07-16
Also published as: CN101875527A

Abstract

本发明涉及一种薯类乙醇废水高效处理方法，来自薯类乙醇生产过程的废水，通过一级厌氧进水降温、一级高温厌氧、活性厌氧污泥分离、液固分离、渣泥干燥、污泥沉淀浓缩回用、二级厌氧进水升温、二级高温厌氧、好氧及深度处理等过程。首先通过二级厌氧调节罐加热器12降温后送至一级厌氧调节罐1，一级厌氧调节罐的出水温度通过废水冷却器2进行控制，实现对一级厌氧罐3的厌氧操作温度的控制，一级厌氧罐3的厌氧操作温度为55～65℃。通过投加臭氧等氧化剂对好氧水进行进一步深度处理，深度处理后的污水COD浓度可小于100mg/L，实现污水达标排放。

Description

薯类乙醇废水处理方法

技术领域

本发明涉及一种薯类乙醇废水高效处理方法，该方法采用两级高温厌氧、活性污泥循环利用、好氧污泥回用及低能阶热量利用等技术，强化了厌氧操作，提高了沼气收率，实现了好氧污泥零排放及厌氧渣泥的减量排放，解决了目前薯类乙醇废水处理厌氧渣泥量大，好氧污泥含水量高，处理困难，废水不能达标排放，处理费用高等问题，解决了制约薯类乙醇生产实现低碳清洁生产的技术瓶颈。

背景技术

以生物质为原料生产的生物乙醇是一种可再生的重要基础原料及产品。近年来，随着新型替代能源燃料乙醇产业的发展，单纯以玉米等农作物为原料生产生物乙醇产品，会产生与人争粮的新问题。因此，近年来，以“非粮为主”发展生物乙醇成为世界范围内生物乙醇技术发展趋势，以及我国能源政策和资金扶持的重点。

薯类乙醇原料主要包括木薯和红薯等根生的淀粉质原料，由于它有加工性能良好，以及不与粮争地的优点，已被人们公认为是一种有很大发展潜力的乙醇非粮生产原料。根据国家燃料乙醇发展规划，我国广西、云南和江西等南方地区将以木薯原料为主生产燃料乙醇；山东、江苏和河北等北方地区将以红薯原料为主生产燃料乙醇，因此，开发薯类乙醇清洁低碳生产技术具有重要的意义，而薯类乙醇废水处理技术作为薯类乙醇生产实现低碳清洁生产的技术关键，制约着薯类乙醇产业的健康发展，越来越受到业界的关注。

薯类乙醇生产过程中排放的乙醇废水(也称酒精废醪液)，是一种高浓度、高温度、高悬浮物、粘度大、呈酸性的有机废水，废水中主要含有残余淀粉、糖、粗蛋白、纤维素、各种无机盐及菌蛋白等物质，约占悬浮固体含量的60～80％。新鲜生物乙醇废水的排放温度为70～100℃，pH值为3～5，COD浓度为30000～80000mg/L，可生化性较强，具有潜在的资源可利用特性。

传统的薯类乙醇废水通常采用简单的“厌氧+好氧”工艺处理。其工艺过程为：来自薯类乙醇生产过程的废水，首先送入一级厌氧罐进行厌氧处理，一级厌氧罐的厌氧温度通过进料量的多少进行控制，当外界温度变化较大时，厌氧操作温度控制困难，变化较大，一级厌氧操作不稳定，厌氧后的废水COD含量不稳定，经常发生异常发酵等情况。一级厌氧后的废水送入液固分离装置，固相产物薯类渣泥(也叫厌氧污泥)发酵后作为肥料使用，一级厌氧清液通过二级厌氧继续消化处理，废水经过一级厌氧、液固分离等操作后，废水的温度降低，二级厌氧不能继续采用高温厌氧操作，不得不将废水清液进一步降温到38℃以下，进行中温厌氧操作，大大降低了二级厌氧消化的效率，同时消耗大量的低温冷却水，生产成本较高。废水厌氧操作的平均容积负荷通常2.5kgCOD/m³·d左右，污水排放很难达标，薯类乙醇废水的低成本清洁处理问题，一直困扰着薯类乙醇生产企业。

鉴于传统的薯类乙醇废水工艺存在的问题，本发明采用两级高温厌氧、活性污泥循环利用、低能阶热量利用及工艺废水回用等技术，强化了厌氧操作，提高了沼气收率，降低了能耗，废水厌氧操作的容积负荷提高到7.0kgCOD/m³·d以上，生产吨乙醇产品沼气收率提高10％以上，好氧污泥实现零排放，厌氧渣泥的减量30～70％，废水排放量减少40～90％，且达标排放，经济效益明显，解决了制约薯类乙醇生产实现低碳清洁生产的技术瓶颈。

发明内容

为了解决传统酒精废水全糟厌氧消化处理工艺存在的问题，本发明提出了一种薯类乙醇废水高效处理新方法，其技术方案及特征如下：

来自薯类乙醇生产过程的废水，通过一级厌氧进水降温、一级高温厌氧、活性厌氧污泥分离、液固分离、渣泥干燥、污泥沉淀浓缩回用、二级厌氧进水升温、二级高温厌氧、好氧及深度氧化处理等过程处理后，排放废水的COD浓度小于100mg/L。

来自薯类乙醇生产过程的废水，首先通过二级厌氧调节罐加热器12降温后送至一级厌氧调节罐1，一级厌氧调节罐的出水温度通过废水冷却器2进行控制，实现对一级厌氧罐3的厌氧操作温度的控制，一级厌氧罐3的厌氧操作温度为55～65℃。

来自薯类乙醇生产过程的高温废水降温操作，二级厌氧调节罐加热器12的加热介质为来自薯类乙醇生产过程中的高温废水，冷却介质为二级厌氧调节罐8中的废水，控制二级厌氧调节罐8中的废水温度升至55～65℃，实现二级厌氧罐9高温厌氧操作，二级厌氧调节罐8中的废水升温热量来自薯类乙醇生产过程的高温废水降温过程放出的部分热量，实现工艺废水低能阶热量的利用。

薯类乙醇废水高效处理新方法生产流程图详见附图所示的薯类乙醇废水高效处理新方法流程图，薯类乙醇废水高效处理新方法的具体说明如下：

来自薯类乙醇生产过程的COD浓度为30000～80000mg/L及温度为70～100℃的废水，首先通过二级厌氧调节罐加热器12换热降温后送至一级厌氧调节罐1，节省了冷却水的用量，同时，来自好氧罐10的好氧污泥及污泥沉淀浓缩装置7的活性污泥也送至一级厌氧调节罐1，进行预热驯化，一级厌氧调节罐1排出的废水通过泵送至一级厌氧罐3，一级厌氧调节罐通过废水冷却器2进行温度控制，并通过控制一级厌氧调节罐1出水的温度，实现对一级厌氧罐3的厌氧操作温度的精确控制，一级厌氧罐3的厌氧操作温度为55～65℃，一级厌氧操作24小时温度变化小于0.3℃，使回用活性污泥保持较高的活性，废水冷却器的冷却介质为常温下的循环冷却水。

一级厌氧罐3为全混合式高温厌氧反应器，一级厌氧罐3厌氧操作的容积负荷大于7.0kgCOD/m³·d，废水经一次厌氧处理后，得到COD小于8000mg/L的一次厌氧水出水，一级高温厌氧操作产生的沼气送至沼气储罐，沼气中甲烷纯度为50～65％，一次厌氧罐3连续或间歇排放的含有未消化的薯类渣及活性污泥的一次厌氧出水送至活性污泥分离装置4。

在活性污泥分离装置4中，来自一次厌氧罐3的一次厌氧水出水通过筛分装置得到富集活性污泥的一次厌氧水的筛下物及富含薯类渣泥的筛上物，筛分装置的筛孔直径为0.05～1毫米。富集活性污泥的一次厌氧水送至污泥浓缩装置7，活性污泥的回收率为20～95％，在富集活性污泥的一次厌氧水中，由于同时也含有可以进一步消化降解的富含有机物的固体小颗粒，通过返回一级厌氧罐3重新进行消化处理可增加沼气产量；筛上物薯类渣泥送至液固分离机5，将薯类渣泥进一步脱水浓缩，分离出的液相也送至污泥沉淀浓缩装置7，脱水浓缩后的渣泥固相含水量为60-75％。脱水浓缩后的薯类渣泥继续送至渣泥干燥装置6干燥，烘干后得到的干糟可作为燃料或肥料使用，渣泥干燥装置6采用沼气或干渣泥作为干燥机加热燃料，沼气来源为厌氧罐厌氧操作产生的沼气，干渣泥来源为渣泥干燥装置6烘干后得到的干渣泥。

富集活性污泥的一次厌氧水在污泥沉淀浓缩装置7中沉淀澄清，沉淀出的活性污泥及可进一步消化降解的富含有机物的固体小颗粒一并返回一级厌氧调节罐1循环利用，提高一级厌氧操作的容积负荷及沼气的收率，减少厌氧渣泥的排放量；污泥沉淀浓缩装置7排出的清液送至二级厌氧调节罐8，二级厌氧调节罐8的进水由于操作过程热量的损失，物料温度降低较大，二级厌氧罐9的正常操作温度通常为高温厌氧55～65℃或中温厌氧33～38℃，为保证二级厌氧罐9的正常操作需要对进水升温或降温，另外，高温厌氧效率高，厌氧消化程度深。本发明的二级厌氧调节罐加热器12的加热介质为来自薯类乙醇生产过程中排出的高温废水冷却过程放出的热量，实现低能阶热量的循环利用，不需外加热量，解决了传统二级厌氧工艺若维持55～65℃高温厌氧操作需要外加热量，或若维持30～38℃低温厌氧操作需要外加冷量的问题，同时也实现了二级厌氧高温操作的高效率，降低了操作费用。二级厌氧调节罐8利用二级厌氧调节罐加热器12控制二级厌氧调节罐8的出水温度，最终控制二级厌氧罐9的操作温度，二级厌氧罐9的操作温度为55～65℃，维持二级厌氧罐9高温厌氧操作。二级厌氧罐9为内循环厌氧反应器。

来自二级厌氧调节罐8的一次厌氧水送至二级厌氧罐9进行高温二级厌氧处理，二级厌氧罐9装有高效颗粒厌氧污泥，定期排放的颗粒厌氧污泥也返回一级厌氧调节罐1循环利用，二级厌氧罐出水的COD浓度为2000mg/L以下，送至好氧罐10进行通入空气的好氧处理。

二级厌氧水通过在好氧罐10中的好氧操作，好氧出水的COD浓度达到300mg/L以下，好氧出水部分送入废水深度处理装置11继续处理，部分可返回生产装置进行拌料使用，回用率可达到50-90％，好氧罐10排出的好氧污泥也全部返回一级厌氧调节罐1回收，通过厌氧操作将其中的有机物继续厌氧消化，不能降解的固相物通过厌氧改性后随厌氧污泥排放，实现好氧污泥零排放。

好氧罐出水送至废水深度氧化处理装置11，通过投加臭氧等氧化剂对好氧水进行进一步深度氧化处理，深度氧化处理后的污水COD浓度可小于100mg/L，实现污水达标排放。

附图说明

附图为类乙醇废水高效处理新方法流程图。

其中1为一级厌氧调节罐，2为废水冷却器，3为一级厌氧罐，4活性污泥分离装置，5 为液固分离机，6为渣泥干燥装置，7为污泥沉淀浓缩装置，8为二级厌氧调节罐，9为二级厌氧罐，10为好氧罐，11为深度氧化处理装置，12为二级厌氧调节罐加热器

具体实施方式

实施例：

一种薯类乙醇废水高效处理方法，来自薯类乙醇生产过程的废水，通过一级厌氧进水降温、一级高温厌氧、活性厌氧污泥分离、液固分离、渣泥干燥、污泥沉淀浓缩回用、二级厌氧进水升温、二级高温厌氧、好氧及深度处理的过程；来自薯类乙醇生产过程的废水，首先通过二级厌氧调节罐加热器12降温后送至一级厌氧调节罐1，一级厌氧调节罐的出水温度通过废水冷却器2进行控制，实现对一级厌氧罐3的厌氧操作温度的控制，一级厌氧罐3的厌氧操作温度为55～65℃。二级厌氧调节罐加热器12的加热介质为来自薯类乙醇生产过程中的高温废水，冷却介质为二级厌氧调节罐8中的废水，控制二级厌氧调节罐8中的废水温度升至55～65℃，实现二级厌氧罐9高温厌氧操作，二级厌氧调节罐8中的废水升温热量来自薯类乙醇生产过程的高温废水降温过程放出的部分热量，实现工艺废水低能阶热量的利用。

以木薯为原料生产乙醇过程中排放的乙醇废水，采用附图-薯类乙醇废水高效处理新方法流程图进行处理操作，具体实施过程如下：

来自木薯乙醇生产过程的COD浓度为68000mg/L、温度为80℃、流量为100吨/小时的废水，首先通过二级厌氧调节罐加热器12换热降温至72℃，送至一级厌氧调节罐1，同时，来自好氧罐10的好氧污泥及污泥沉淀浓缩装置7的活性污泥也送至一级厌氧调节罐1，一级厌氧调节罐1排出的废水通过泵送至一级厌氧罐3，一级厌氧调节罐通过废水冷却器2进行温度控制，并通过控制一级厌氧调节罐1出水的温度，实现对一级厌氧罐3的高温厌氧操作温度的控制，一级厌氧罐3的厌氧操作温度为60℃，同时也使回用活性污泥保持较高的活性，废水冷却器的冷却介质为循环冷却水。

一级厌氧罐3为全混合式高温厌氧反应器，厌氧操作温度通过调节进料温度控制为60℃，一级厌氧罐3厌氧操作的容积负荷大于7.1kgCOD/m³·d，废水经一次厌氧处理后，得到COD为5000mg/L的一次高温厌氧水出水，一级厌氧操作产生的沼气送至沼气储罐，沼气中甲烷纯度为56％，一次厌氧罐3连续排放的含有未消化的木薯渣及活性污泥的一次厌氧出水送至活性污泥分离装置4。

在活性污泥分离装置4中，来自一次厌氧罐3的一次厌氧水出水通过筛分装置得到富集活性污泥的一次厌氧水的筛下物及富含木薯渣泥的筛上物，筛分装置的筛孔直径为0.5毫米。富集活性污泥的一次厌氧水送至污泥浓缩装置7，活性污泥的回收率为90％，在富集活性污泥的一次厌氧水中，由于同时也含有可以进一步消化降解的富含有机物的固体小颗粒，通过返回一级厌氧罐3重新进行消化处理可增加沼气产量；筛上物木薯渣泥送至液固分离机5，将木薯渣泥进一步脱水浓缩，分离出的液相也送至污泥沉淀浓缩装置7，脱水浓缩后的渣泥固相含水量为65％。脱水浓缩后的木薯渣泥继续送至渣泥干燥装置6干燥，烘干后得到的干渣泥可作为燃料或肥料使用，渣泥干燥装置6采用沼气作为干燥机加热燃料，沼气来源为厌氧罐厌氧操作产生的沼气。

富集活性污泥的一次厌氧水在污泥沉淀浓缩装置7中沉淀澄清，沉淀出的活性污泥及可进一步消化降解的富含有机物的固体小颗粒一并返回一级厌氧调节罐1循环利用，提高一级厌氧操作的容积负荷及沼气的收率，减少厌氧渣泥的排放量；污泥沉淀浓缩装置7排出的清液送至二级厌氧调节罐8，二级厌氧调节罐加热器12的加热介质为来自薯类乙醇生产过程中排出的高温废水冷却过程放出的热量，不需外加热量，二级厌氧调节罐8利用二级厌氧调节罐加热器12控制二级厌氧调节罐8的出水温度，最终控制二级厌氧罐9的操作温度，二级厌氧罐9的操作温度为58℃。二级厌氧罐9为内循环厌氧反应器。

来自二级厌氧调节罐8的一次厌氧水送至二级厌氧罐9进行高温二级厌氧处理，二级厌氧罐9装有高效颗粒厌氧污泥，定期排放的颗粒厌氧污泥也返回一级厌氧调节罐1循环利用，二级厌氧罐出水的COD浓度为950mg/L，送至好氧罐10进行通入空气的好氧处理。

二级厌氧水通过在好氧罐10中的好氧操作，好氧出水的COD浓度达到150mg/L，好氧出水部分送入废水深度处理装置11继续处理，部分返回生产装置进行拌料使用，回用率达到72％，好氧罐10排出的好氧污泥也全部返回一级厌氧调节罐1回收，实现好氧污泥零排放。

好氧罐出水送至废水深度氧化处理装置11，通过投加臭氧对好氧水进行进一步深度处理，深度处理后的污水COD浓度为58mg/L，实现污水达标排放。

Claims

1.一种薯类乙醇废水处理方法，来自薯类乙醇生产过程的废水，通过一级厌氧进水降温、一级高温厌氧、活性厌氧污泥分离、液固分离、渣泥干燥、污泥沉淀浓缩回用、二级厌氧进水升温、二级高温厌氧、好氧及深度氧化处理的过程；其特征是来自薯类乙醇生产过程的废水，首先通过二级厌氧调节罐加热器(12)降温后送至一级厌氧调节罐(1)，一级厌氧调节罐的出水温度通过废水冷却器(2)进行控制，实现对一级厌氧罐(3)的厌氧操作温度的控制，一级厌氧罐(3)的厌氧操作温度为55～65℃；控制二级厌氧调节罐(8)中的废水温度升至55～65℃，实现二级厌氧罐(9)高温厌氧操作。

2.如权利要求1所述的处理方法，其特征是二级厌氧调节罐加热器(12)的加热介质为来自薯类乙醇生产过程中的高温废水，冷却介质为二级厌氧调节罐(8)中的废水，二级厌氧调节罐(8)中的废水升温热量来自薯类乙醇生产过程的高温废水降温过程放出的部分热量，实现工艺废水低能阶热量的利用。