CN102703516B - 以木薯、糖蜜为原料的酒精循环生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及以木薯、糖蜜为原料的酒精和/或有机肥循环生产工艺，包括：步骤1取木薯粉拌料或鲜木薯粉碎经过蒸煮液化、糖化和发酵后蒸馏获得酒精和蒸馏废液；步骤2将蒸馏废液进行厌氧处理后进行分离，获得厌氧清夜、木薯渣和污泥；步骤3将厌氧清液用于糖蜜稀释酸化；步骤4对糖蜜进行发酵后蒸馏获得酒精和蒸馏废液；步骤5将蒸馏废液进行厌氧化处理后进行蒸发浓缩获得60℃～85℃汽凝水和浓缩液，步骤6将该汽凝水用于木薯粉拌料和/或鲜木薯混合粉碎进入下一个酒精循环生产工艺。将浓缩液烘干制有机肥。以糖蜜作为循环的起点进行相关生产工艺与此类似，该工艺依次循环30批次，发酵正常，而且生产过程中大大减少了酸碱的投入量大大节约了辅料成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种以木薯、糖蜜为原料的酒精和/或有机肥循环生产工艺。
背景技术
木薯、糖蜜原料发酵生产酒精是酒精生产的主要方法之一。在传统木薯、糖蜜发酵生产酒精工艺中，木薯原料经粉碎、加水调浆、液化和糖化，然后接种酒精酵母发酵：糖蜜原料经稀释酸化，然后接种酒精酵母发酵(如《蒸馏与蒸馏酒工艺学》一书所介绍，章克昌主编，中国轻工业出版社出版)。
传统发酵生产工艺平均每吨酒精要排放12～15吨蒸馏废液，木薯酒精的蒸馏废液CODCr40000～50000mg/L,糖蜜酒精的蒸馏废液CODCr在90000mg/L～140000mg/L以上，不仅造成严重的水资源污染，也造成大量的水资源浪费。
现行的木薯酒精生产废水处理方法主要有：厌氧、好氧排放，由于厌氧后的污水CODcr在3000mg/L～5000mg/L，非常难好氧，必须加水稀释后进行好氧，即便如此，好氧后的CODcr仍在300mg/L～600mg/L之间。好氧设施的投资很大，运行费用高。厌氧液回用，如江南大学发明的专利《以薯类为主要原料的酒精双环形工艺》(专利号CN200710131856.2)、《以薯类为主要原料的环形生产工艺》(专利号CN200610097623.0)，发明人毛忠贵等。该专利只用在木薯酒精发酵生产工艺。
现行的糖蜜酒精生产废水处理方法主要有：将糖蜜酒精蒸馏废液直接蒸发浓缩，汽凝水PH值在3～4.5，含有大量的有机酸，直接回用于糖蜜生产效果并不好，需加入氢氧化钠或石灰调节PH值，又增加了成本，另外，由于蒸发汽凝水的温度在60℃～85℃之间，需要降温才能作为糖蜜的稀释用水，既增加设备投资又浪费热能。另一种方法是将糖蜜酒精的蒸馏废液直接农灌或厌氧后农灌，这种方法是国家环保法规明令禁止的。
糖蜜酒精蒸馏废液直接蒸发的浓缩液制有机肥存在以下问题：
⑴制有机肥的过程中，为了脱除浓缩液中的水分，首先要加入硫酸或盐酸，使浓缩液的PH值调到1～2之间，然后进行烘干，烘干后再加入石灰，使其PH值再调到6左右，才能使用。但是，这种有机肥很容易受潮结块，无法存放，农民不愿意使用，销售几乎没有市场和收益。
⑵或者用以上方法烘干后的干粉和其他有机原料混合后制有机肥。但是，因为其添加量只能在10%左右，无法大量使用，致使酒精生产企业因无法处理浓缩液而停工。
发明内容
本发明的目的是提供一种以木薯和糖蜜为原料循环、零排放地生产酒精的工艺，利用两种原料生产酒精过程中的废液互补特性，使得循环联用达到废液有效利用，达到零排放的生产工艺。
本发明所提供的这种以木薯、糖蜜为原料的酒精循环生产工艺，其包括以下步骤：
步骤1，将木薯拌料粉碎，经过蒸煮液化、糖化和发酵后蒸馏，获得酒精和第一蒸馏废液；
步骤2，将该第一蒸馏废液进行厌氧处理后进行分离，获得第一厌氧清液、木薯渣和污泥；
步骤3，将该第一厌氧清液用于糖蜜稀释酸化；
步骤4，将上述稀释酸化后糖蜜进行发酵后蒸馏获得酒精和第二蒸馏废液；
步骤5，将该第二蒸馏废液进行厌氧化处理后进行蒸发浓缩，获得汽凝水和浓缩液；
步骤6，将该汽凝水用于木薯粉拌料和/或鲜木薯混合粉碎进入下一个酒精循环生产工艺。
优选的，所述步骤2为：
步骤21，将该第一蒸馏废液进行澄清，收集部分蒸馏废液澄清液；
步骤22，将经过步骤21分离后的蒸馏废液进行厌氧处理后进行分离，获得第一厌氧清液、木薯渣和污泥。
优选的，所述步骤5为：
步骤51，将该第二蒸馏废液直接进行蒸发处理，获得汽凝水；
步骤52，或者将第二蒸馏废液进行厌氧化处理后进行蒸发分离，获得汽凝水和浓缩液。而且该浓缩液直接烘干制有机肥。
进一步的，所述步骤3为：
步骤3，将蒸馏废液澄清液和第一厌氧清液用于糖蜜稀释酸化。
进一步的，该步骤3中蒸馏废液澄清液、第一厌氧清液和糖蜜的稀释混合质量比为：0.1～0.3:1.2～2:1
进一步的，该步骤3形成的稀释混合液加入浓硫酸调pH值到5.0～5.5，进行酸化。
优选的，该木薯渣和污泥以及浓缩液直接作为有机肥的生产原料。
优选的，所述步骤1和4中发酵前原料混合液中加入青霉素，青霉素的浓度为1u青霉素/ml混合液。
优选的，步骤6具体包括：
步骤61，将汽凝水pH值调节为6.0～6.5；
步骤62，将pH值调节好的汽凝水用于木薯粉拌料和/或鲜木薯混合粉碎下一个酒精循环生产工艺。
作为一个循环生产工艺，同样可以以糖蜜作为循环的起点进行相关生产，而且实际生产中二者可以同时开始，然后进行废液处理互相利用的循环生产工艺。
以糖蜜作为起点的工艺步骤如下：
这种以木薯、糖蜜为原料的酒精循环生产工艺，包括以下步骤：
步骤1’，将糖蜜进行稀释并酸化，进行发酵蒸馏获得酒精和第三蒸馏废液；
步骤2’，将该第三蒸馏废液进行厌氧化处理后进行蒸发分离，获得汽凝水和浓缩液；
步骤3’，将该汽凝水用于木薯粉拌料和/或鲜木薯混合粉碎形成木薯拌料粉浆；
步骤4’，将该木薯拌料粉浆进行蒸煮液化，糖化和发酵后进行蒸馏，获得酒精和第四蒸馏废液；
步骤5’，将第四蒸馏废液进行厌氧处理后进行分离，获得第二厌氧清液、木薯渣和污泥；
步骤6’，将该第二厌氧清液用于糖蜜稀释酸化进入下一个酒精循环生产工艺。
优选的，步骤2’中具体包括：
步骤21’，将该第三蒸馏废液进行蒸发处理，获得汽凝水；
步骤22’，或将第三蒸馏废液进行厌氧化处理后进行蒸发分离，获得汽凝水和浓缩液。
优选的，步骤3’具体包括：
步骤31’，将汽凝水pH值调节为5.5～6.5；
步骤32’，将pH值调节好的汽凝水用于木薯粉拌料和/或鲜木薯混合粉碎。
优选的，所述步骤5’为：
步骤51’，将该第四蒸馏废液进行澄清，收集部分蒸馏废液澄清液；
步骤52’，将经过步骤51’分离后的蒸馏废液进行厌氧处理后进行分离，获得第二厌氧清液、木薯渣和污泥。
进一步的，该步骤6’具体为，将该蒸馏废液澄清液和第二厌氧清液用于糖蜜稀释酸化进入下一个酒精循环生产工艺，其中糖蜜、蒸馏废液澄清液和第二厌氧清液的混合质量比为：1:0.1～0.3:1.2～2。
进一步的，该步骤6’形成的稀释混合液加入浓硫酸调pH值到5.0～5.5，进行酸化。
与现有技术相比，本发明的优点：
1、本发明将木薯酒精生产、糖蜜酒精生产相结合，将木薯酒精蒸馏废液的厌氧液用于糖蜜酒精的稀释酸化发酵。厌氧液只回用一次即被蒸发，蒸发后得到汽凝水和浓缩液。与厌氧液单独回用于木薯酒精生产相比，解决了循环回用过程中SO4 2-、氨氮及其它有害物质的积累问题。
2、糖蜜酒精生产发酵不用添加尿素，蒸发得到的60℃～85℃的汽凝水直接作为木薯酒精生产的拌料水，减少投资、降低能耗，形成一个更大的循环，特别适合有糖蜜、木薯原料的地区的酒精企业。
3、木薯酒精产生的厌氧液，糖蜜酒精产生的蒸发汽凝水的综合循环利用，实现了蒸馏废水的零排放，且节约了大量宝贵的水资源；糖蜜酒精蒸馏废液经过厌氧后蒸发浓缩，得到的浓缩液直接烘干，克服了以往糖蜜酒精蒸馏废液直接蒸发得到的浓缩液烘干困难及收益不高的问题，譬如已往烘干过程中加入硫酸、盐酸、石灰、易结块、不宜大量配用等。而在此循环生产过程中，每吨木薯酒精的蒸馏废液可得到350立方左右的沼气；每吨糖蜜酒精的蒸馏废液可得到500立方左右的沼气(共折合680公斤标煤)，同时得到1吨有机肥，又减少了辅料的添加。因此，该工艺具有良好的经济效益。
附图说明
图1是本发明以木薯、糖蜜为原料的酒精循环生产工艺流程图。
具体实施例
本发明下面将结合实施例和附图作进一步详述本发明所提供的以木薯和糖蜜为原料循环、零排放的生产酒精的工艺，以及如何利用两种原料生产酒精过程中的废液互补特性，使得循环联用达到废液有效利用，达到零排放的目的。
【实施例1】
首先，按酒母的配置工艺配制酒母2000ml，其酵母数约1.5亿/ml；
其次，以1000g木薯作为起时原料进行生产酒精的步骤说明：
步骤1，称取1000g木薯粉，加入糖蜜发酵蒸馏酒精后的蒸馏废液蒸发后获得pH=9.17的汽凝水2800ml（加浓硫酸1ml，调节pH=6.16）、加入α-淀粉酶1ml，搅拌均匀后加热，95℃保温60分钟使其蒸煮液化，然后快速降温到60℃，加入糖化酶（普通商品糖化酶）2ml，60℃保温糖化20分钟，糖化结束后降温至30℃，接入10%的扩培酒精酵母，恒温培养55小时；发酵结束，发酵成熟醪体积2600ml。酒精浓度为12.3（v/v）；经蒸馏获得成品酒精336ml(95.2%v/v)，得第一蒸馏废液1900ml，
步骤21，将第一蒸馏废液进行澄清，取其沉淀上清液400ml作为接下来糖蜜的稀释用水，
步骤22，将其余1500ml蒸馏废液直接进行厌氧处理，（可以接入上批次的活性污泥15%，以促进厌氧处理速度），恒温厌氧发酵15天，蒸馏废液经过厌氧发酵获得沼气；厌氧发酵液再经过固液分离，得到活性污泥、厌氧清液1000ml，厌氧清液作为接下来糖蜜发酵稀释用水。该清液的CODcr4000～5000mg/L，pH=7.2～7.50。厌氧发酵液经过固液分离得到的活性污泥部分返回厌氧罐，木薯渣及多余污泥制有机肥。
步骤3，称取糖蜜1000g、木薯酒精蒸馏废液的厌氧清液1000ml，第一蒸馏废液的上清液400ml，稀释后总体积为2120ml，pH=6.02。加入浓硫酸1ml，调节pH=5.02。
步骤4，在上述稀释酸化后的蜜糖中加入青霉素0.02克，采用近似于实际生产过程中的流加工艺，将糖蜜稀释液分3次加入已配制好的（2000ml）酒母中，每2个小时加一次，从酒母罐中流出的发酵液放入5000ml的容器中，发酵液定容3000ml，30℃保温发酵36小时结束。成熟醪酒精浓度10.8（v/v）；经蒸馏获得成品酒精300ml(95.2%v/v)，第二蒸馏废液2600ml。
步骤51，将第二蒸馏废液进行蒸发处理，获得60℃～85℃的汽凝水，
或将第二蒸馏废液接入活性污泥（10%），在55℃恒温厌氧20天，然后分别取糖蜜酒精蒸馏废液的厌氧液2250ml、上批次糖蜜酒精蒸馏废液2250ml，将两者混合后进行蒸发分离，获得60℃～85℃汽凝水3600ml，汽凝水的pH=9.17，浓缩液900ml，将该浓缩液加热烘干，得到颗粒状的有机肥。
步骤61，将获得汽凝水进行pH值调节，调节为6.0～6.5用于木薯粉拌料，
步骤62，将pH值调节好的汽凝水用于木薯粉拌料和/或鲜木薯混合粉碎。
实验证明，上述木薯与糖蜜的联合循环生产酒精的工艺可以依次循环30批次，发酵正常。而且生产过程中大大减少了酸、碱的投入量大大节约了辅料成本。
当然作为一个循环的生产工艺，以糖蜜为原料作为循环的起点也是可以显而易见推导的。下面给出以糖蜜为原料作为循环的起点循环工艺。
【实施例2】
首先，先按酒母的配置工艺配制酒母2000ml，其酵母数1.5亿/ml；
其次，以1500g糖蜜作为起时原料进行生产酒精的步骤说明：
步骤1’，取糖蜜1500g、上批次木薯酒精蒸馏废液的厌氧清液1704ml、蒸馏废液澄清液426ml(加入木薯蒸馏废液的澄清液可以减少糖蜜酸化时硫酸的使用量)三者混合后锤度为37.92°BX，pH=5.07，总体积3200ml；然后加入青霉素0.02克，采用近似于实际生产过程中的流加工艺，将糖蜜稀释液分4次加入已配制好的酒母中，每2个小时加一次，从酒母罐中流出的发酵液放入5000ml的容器中，发酵液定容3000ml，30～36℃保温发酵36小时结束，成熟醪酒精浓度11.8(v/v)；经蒸馏获得成品酒精397ml(95.2%v/v)、第三蒸馏废液2600ml；
步骤21’，将第三蒸馏废液进行蒸发处理，获得部分60℃～85℃汽凝水；
或将第三蒸馏废液接入活性污泥（10%），在55℃恒温厌氧20天，然后分别取糖蜜酒精蒸馏废液的厌氧液2250ml、上批次糖蜜酒精蒸馏废液2250ml，将两者混合后进行蒸发分离，获得60℃～85℃汽凝水3600ml，汽凝水的pH=9.17，浓缩液900ml，将该浓缩液加热烘干，得到颗粒状的有机肥。
步骤31’，将汽凝水调节pH值至5.87，
步骤32’，称取木薯粉1000g，加入pH=5.87的汽凝水2800ml加工成木薯粉浆，
步骤4’，在木薯粉浆中加入α-淀粉酶1ml，搅拌均匀后加热，95℃保温60分钟，快速降温到60℃左右，加入糖化酶2ml，保温糖化20分钟，糖化结束后降温至30℃，接入10%的扩培酒精酵母，恒温培养55小时，发酵结束发酵成熟醪体积2600ml，酒精浓度为12.3％(v/v)；经蒸馏获得成品酒精336ml(95.2%v/v)，第四蒸馏废液1920ml，
步骤51’，将该第四蒸馏废液进行澄清，收集部分蒸馏废液澄清液200ml(蒸馏废液的10～30％)作为下批糖蜜的稀释用水；
步骤52’，将其余1720ml蒸馏废液直接进行厌氧处理，（可以接入上批次的活性污泥，以促进厌氧处理速度），恒温厌氧发酵15天，蒸馏废液经过厌氧发酵获得沼气；对厌氧液再经过固液分离，得到活性污泥200ml，第二厌氧清液1000ml，厌氧清液作为下批糖蜜发酵稀释用水，该厌氧清液的CODcr4000～5500mg/L，pH=7.3±0.5，固液分离得到的活性污泥部分返回厌氧罐，木薯渣及多余污泥作为有机肥的原料。
步骤6’，将获得第二厌氧清夜用于糖蜜稀释酸化进入下一个酒精循环生产工艺。其中由第二厌氧清夜和糖蜜形成的稀释混合液利用浓硫酸将pH值调节至5.87，进行酸化。
经过上述实验，上述厌氧清液经过依次循环30批次，发酵正常；
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。
Claims (4)
1.一种以木薯、糖蜜为原料的酒精循环生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将木薯拌料粉碎，经过蒸煮液化、糖化和发酵后蒸馏，获得酒精和第一蒸馏废液；
步骤2，将该第一蒸馏废液进行澄清，回收上清液后的剩余蒸馏废液进行厌氧处理后进行分离，获得第一厌氧清液、木薯渣和污泥；
步骤3，将该第一厌氧清液和第一蒸馏废液的上清液用于糖蜜稀释，并通过硫酸进行酸化处理；
步骤4，将上述稀释酸化后糖蜜进行发酵后蒸馏获得酒精和第二蒸馏废液；
步骤5，将该第二蒸馏废液进行厌氧化处理后进行蒸发分离，获得60℃～85℃汽凝水和浓缩液，该浓缩液直接烘干制有机肥；
步骤6，将该汽凝水用于木薯粉拌料和/或鲜木薯混合粉碎进入下一个酒精循环生产工艺。
2.如权利要求1所述的以木薯、糖蜜为原料的酒精循环生产工艺，其特征在于，该步骤3形成的稀释混合液加入浓硫酸调pH值到5.02，进行酸化。
3.如权利要求1所述以木薯、糖蜜为原料的酒精循环生产工艺，其特征在于，步骤6具体包括：
步骤61，将汽凝水pH值调节为6.0～6.5；
步骤62，将pH值调节好的汽凝水用于木薯粉拌料和/或鲜木薯混合粉碎进入下一个酒精循环生产工艺。
4.如权利要求1所述的以木薯、糖蜜为原料的酒精循环生产工艺，其特征在于，所述步骤3，仅利用该第一厌氧清液用于糖蜜稀释，并通过硫酸酸化后进入下一个酒精循环生产工艺，其中通过硫酸酸化过程是加入浓硫酸调pH值到5.87。
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