CN106995825A - 一种好氧消化出水回用于酒精发酵的工艺 - Google Patents

一种好氧消化出水回用于酒精发酵的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种好氧消化出水回用于酒精发酵的工艺，属于废水处理及酒精发酵工业技术领域。本发明通过阴离子交换树脂处理好氧消化出水，并将处理后的水回用于酒精发酵，实现了经济、高效的酒精生产环化工艺。降低了新鲜水资源的消耗及好氧消化出水进一步处理费用(2～8元/吨水)，显著减少了企业生产成本，并使该方法下制备的酒精的平均酒精度达到10.76～13.02％，与采用自来水进行发酵的酒精度相当。

Description

一种好氧消化出水回用于酒精发酵的工艺
技术领域
本发明涉及一种好氧消化出水回用于酒精发酵的工艺，属于废水处理及酒精发酵工业技术领域。
背景技术
目前，酒精生产主要以淀粉质作物如木薯、玉米、小麦等作为原料。酒精发酵水平一般为10-20％(v/v)，发酵液蒸馏后会产生大量的蒸馏废醪液。据统计，每生产1吨酒精会产生10-20吨蒸馏废醪液，其COD浓度高达40,000-50,000mg/L。如将这些废水直接排放会造成严重的环境污染，而处理达标后排放又给企业带来了巨大的经济负担。所以，废水问题一直是制约酒精行业可持续发展的共性难题。
目前酒精工业上主要采用“厌氧消化-好氧消化-城市污水处理系统深度处理-达标排放”的工艺过程处理蒸馏废醪液。厌氧消化工艺具有容积负荷高、处理效果稳定、产生剩余污泥量少、能耗低等优点，且可以回收能量。因此在该工艺中，首先利用厌氧消化处理高浓度的蒸馏废醪液，将废水中的大部分有机物降解，降低废水COD并产生沼气。沼气可以供给锅炉作为燃料，通过“热电联产”技术获得电力和蒸汽，这些电力和蒸汽又可供酒精生产中使用。这样，既去除了酒糟中的有机物又产生了能量，具有良好的经济效益。然而厌氧消化液中仍含有一定量的有机物以及磷酸盐、氨氮等无机盐类，不能满足排放要求。因此需要采用好氧消化工艺来进一步降解沼液中大部分的有机物，并实现脱氨除磷的目的。但是好氧消化出水仍然不能满足国家排放标准，需要经过城市污水处理系统进一步处理才符合排放要求。对于酒精生产企业来说，不仅浪费了大量水资源，同时还需向城市污水处理系统支付高昂的水处理费用(费用为2～8元/吨水)，严重影响了企业的经济利润。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，本发明的第一个目的是提供一种高效节能、降低酒精发酵用水工业成本的方法，即采用好氧消化出水回用于酒精发酵。
在本发明的一种实施方式中，所述方法是采用阴离子交换树脂处理酒精好氧消化后的废水，再将处理后的水回用于酒精发酵。
在本发明的一种实施方式中，所述阴离子交换树脂处理是采用氯型阴离子交换树脂，处理方式为动态吸附，进样流速为每小时1～30倍树脂床体积，进样温度为20～45℃。
在本发明的一种实施方式中，所述阴离子交换树脂包括氯型阴离子交换树脂D213、氯型阴离子交换树脂D215、氯型阴离子交换树脂D213、氯型阴离子交换树脂D201、氯型阴离子交换树脂717
在本发明的一种实施方式中，所述阴离子交换树脂处理是采用氯型阴离子交换树脂D213处理好氧消化出水，好氧消化出水以每小时5倍树脂床体积的流速通过交换柱，吸附温度为30℃。将处理后的好氧消化出水回用于下一批次酒精发酵。
本发明的第二个目的是提供一种酒精发酵的环形工艺，按顺序包括如下步骤：酒精发酵、发酵废液的厌氧消化、好氧消化、阴离子交换树脂处理、新一轮的酒精发酵；所述阴离子交换树脂处理是采用氯型阴离子交换树脂，处理方式为动态吸附，进样流速为每小时1～30倍树脂床体积，进样温度为20～45℃。
在本发明的一种实施方式中，所述工艺包括如下步骤：
(1)将粉碎后的淀粉质原料与回用水和补加其他拌料水混合，料水比为1:2.0～3.4；
(2)加入液化酶后加热液化，液化结束后降温，加入糖化酶糖化，糖化后降温，接入酵母种子液启动发酵；发酵结束后，经过蒸馏获得酒精和蒸馏废液；
(3)蒸馏废液进入厌氧消化处理产生沼气；
(4)厌氧消化出水经过固液分离回收污泥和清液，清液进入后续好氧消化处理工续；
(5)好氧消化出水经过固液分离后，用阴离子交换树脂处理清液，处理后的清液作为回用水回至下一批酒精发酵，再按照(1)～(5)的步骤依次无限循环。
在本发明的一种实施方式中，所述的淀粉质原料为木薯、玉米、小麦等中的一种或多种混合原料。
在本发明的一种实施方式中，所述的其他拌料水为自来水、清洁地表水、精馏塔余馏水、洗罐水等。
在本发明的一种实施方式中，所述好氧消化出水固液分离方式为超滤膜过滤、离心、絮凝等。
本发明还提供所述方法在食品、医药、化工领域的应用。
在本发明的一种实施方式中，所述应用包括制备含酒精的发酵饮品。
在本发明的一种实施方式中，所述应用包括制备含酒精的医药产品。
在本发明的一种实施方式中，所述应用包括制备含酒精的化工产品。
有益效果：(1)本发明实现了好氧消化出水的回用，降低了新鲜水资源的消耗及好氧消化出水进一步处理费用(2～8元/吨水)，显著减少了企业生产成本；(2)经本发明的方法处理后的好氧消化出水可以以任意比例与其它拌料水混合，直接回用于酒精发酵，节省了发酵过程的原料成本(0.4～2元/吨水)；(3)采用本发明的方法生产的酒精，平均酒精度达10.76～13.02％，与采用自来水进行发酵的酒精酒精度相当，解决了“如何实现酒精废水回用”这一人们一直渴望解决但始终未能获得成功的技术难题。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：
实施例1
本发明一种阴离子交换树脂处理好氧消化出水后回用于酒精发酵的工艺采用以下工艺步骤：
将木薯粉与好氧消化出水和补加的自来水混合，料水比为1:3，加入耐高温α-淀粉酶(10U/g淀粉)，搅拌均匀后加热至90℃并维持100min；降温至60℃，加入糖化酶(180U/g淀粉)，搅拌均匀后保温糖化30min。糖化结束后降温至30℃，接入15％(v/v)酵母种子液启动发酵。发酵结束后，经蒸馏精馏等过程获得酒精、酒糟废水。酒糟进入厌氧消化反应器处理，处理过程收集沼气。将厌氧消化出水离心处理，得到的清液进入好氧消化反应器处理。采用氯型阴离子交换树脂D213处理好氧消化出水，好氧消化出水以每小时5倍树脂床体积的流速通过交换柱，吸附温度为30℃。将处理后的好氧消化出水回用于下一批次酒精发酵，以此连续循环9批。9批酒精发酵的发酵周期平均为48h，平均酒精度10.98％(v/v)，与自来水配料的酒精发酵的发酵周期(48h)及酒精度(11.01％v/v)持平，表明出水能够达到自来水用水的标准。
实施例2
本发明一种阴离子交换树脂处理好氧消化出水后回用于酒精发酵的工艺采用以下工艺步骤：
将玉米粉与好氧消化出水和补加的新鲜地表水混合，料水比为1:2.4，加入耐高温α-淀粉酶(17U/g淀粉)，搅拌均匀后加热至100℃并维持120min；降温至60℃，加入糖化酶(200U/g淀粉)，搅拌均匀后保温糖化20min。糖化结束后降温至30℃，接入10％(v/v)酵母种子液启动发酵。发酵结束后，经蒸馏精馏等过程获得酒精、酒糟废水。酒糟进入厌氧消化反应器处理，处理过程收集沼气。将厌氧消化出水离心处理，得到的清液进入好氧消化反应器处理。采用氯型阴离子交换树脂D201处理好氧消化出水，好氧消化出水以每小时12倍树脂床体积的流速通过交换柱，吸附温度为40℃。将处理后的好氧消化出水回用于下一批次酒精发酵，以此连续循环15批。15批酒精发酵的发酵周期平均为52h，平均酒精度13.02％(v/v)，与自来水配料的酒精发酵的发酵周期(52h)及酒精度(13.00％v/v)持平。
实施例3
本发明一种阴离子交换树脂处理好氧消化出水后回用于酒精发酵的工艺采用以下工艺步骤：
将木薯粉、小麦粉和玉米粉与好氧消化出水和补加的自来水及洗罐水混合，料水比为1:3，加入耐高温α-淀粉酶(15U/g淀粉)，搅拌均匀后加热至95℃并维持90min；降温至60℃，加入糖化酶(180U/g淀粉)，搅拌均匀后降温至30℃，接入15％(v/v)酵母种子液启动发酵。发酵结束后，经蒸馏精馏等过程获得酒精、酒糟废水。酒糟进入厌氧消化反应器处理，处理过程收集沼气。将厌氧消化出水离心处理，得到的清液进入好氧消化反应器处理。采用氯型阴离子交换树脂717处理好氧消化出水，好氧消化出水以每小时25倍树脂床体积的流速通过交换柱，吸附温度为45℃。将处理后的好氧消化出水回用于下一批次酒精发酵，以此连续循环24批。24批酒精发酵的发酵周期平均为48h，平均酒精度10.76％(v/v)，与自来水配料的酒精发酵的发酵周期(48h)及酒精度(10.74％v/v)持平。
对照例1
将木薯粉与好氧消化出水和补加的自来水混合，料水比为1:3，加入耐高温α-淀粉酶(10U/g淀粉)，搅拌均匀后加热至90℃并维持100min；降温至60℃，加入糖化酶(180U/g淀粉)，搅拌均匀后保温糖化30min。糖化结束后降温至30℃，接入15％(v/v)酵母种子液启动发酵。发酵结束后，经蒸馏精馏等过程获得酒精、酒糟废水。酒糟进入厌氧消化反应器处理，处理过程收集沼气。将厌氧消化出水离心处理，得到的清液进入好氧消化反应器处理。采用好氧消化后的出水进行下一轮的酒精发酵，以此连续循环9批。9批酒精发酵的发酵周期平均为72h，平均酒精度10.83％(v/v)，比自来水配料的酒精发酵的发酵周期增加了14h，酒精度下降了2％。好氧消化后的出水无法直接用于酒精发酵，对发酵过程产生抑制作用。
对照例2
按照实施例1相同的方法，区别在于，不采用氯型阴离子交换树脂，采用阳离子交换树脂进行处理，好氧消化出水以每小时7倍树脂床体积的流速通过交换柱，吸附温度为40℃，将处理后的好氧消化出水回用于下一批次酒精发酵，以此连续循环9批。9批酒精发酵的发酵周期平均为72h，平均酒精度10.78％(v/v)，比自来水配料的酒精发酵的发酵周期增加了14h，酒精度相比下降了2.1％。阳离子交换树脂处理后的好氧消化出水仍然无法用于酒精发酵，对发酵过程产生抑制作用。
对照例3
按照实施例1相同的方法，区别在于，不采用氯型阴离子交换树脂，采用活性炭进行处理，5‰(w/v，g/L)粉状活性炭静态吸附2h，吸附后过滤除去活性炭，得到好氧消化出水回用于下一批次发酵，以此连续循环9批。9批酒精发酵的发酵周期平均为72h，平均酒精度10.73％(v/v)，比自来水配料的酒精发酵的发酵周期增加了14h，酒精度相比下降了1.8％。活性炭处理后的好氧消化出水仍然无法用于酒精发酵，对发酵过程产生抑制作用。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种环形工艺生产酒精的方法，其特征在于，采用阴离子交换树脂处理酒精好氧消化后的废水，再将阴离子交换树脂处理后的水回用于酒精生产过程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按顺序包括如下步骤：酒精发酵、发酵废液的厌氧消化、好氧消化、阴离子交换树脂处理好氧消化出水、新一轮的酒精发酵。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阴离子交换树脂处理是采用氯型阴离子交换树脂，处理方式为动态吸附，进样流速为每小时1～30倍树脂床体积。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进样温度为20～45℃。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述阴离子交换树脂包括氯型阴离子交换树脂D213、氯型阴离子交换树脂D215、氯型阴离子交换树脂D213、氯型阴离子交换树脂D201或氯型阴离子交换树脂717。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将粉碎后的淀粉质原料与水混合，料水比为1:2.0～3.4；
(2)加入液化酶后加热液化；液化结束后降温，再加入糖化酶糖化；糖化后降温，再接入酵母种子液启动发酵；发酵结束后，蒸馏获得酒精和蒸馏废液；
(3)蒸馏废液进入厌氧消化处理产生沼气；
(4)厌氧消化出水经过固液分离回收污泥和清液，清液进行下一步好氧消化处理；
(5)用阴离子交换树脂处理步骤(4)的清液，处理后的清液回用于下一批酒精发酵的步骤(1)，再按照(1)～(5)的步骤依次无限循环。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，淀粉质原料包括木薯、玉米、小麦中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)的水为回用水和拌料水的混合水；所述拌料水为自来水、清洁地表水、精馏塔余馏水或洗罐水。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述好氧消化出水固液分离方式为超滤膜过滤、离心或絮凝。
10.权利要求3～9任一所述方法在食品、医药、化工领域的应用。
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