CN112028224B - 一种废糖制取优质污水处理用碳源的加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废糖制取优质污水处理用碳源的加工工艺，包括：S1：对废糖进行筛选，选取合格的废糖；S2：利用水对合格的废糖进行稀释，以获取第一制取液；S3：对第一制取液进行酸化处理，以获取第二制取液；S4：向第二制取液中加入带有阳电荷的澄清剂，以获取第三制取液；S5：对第三制取液进行固液分离，以获取第三制取液的上清液；S6：对上清液进行酸解处理，以获取第四制取液；S7：利用脱色工艺对第四制取液进行脱色，以获取第五制取液；S8：向第五制取液中加入调理剂，以获取第六制取液，其中调理剂为小分子碳源；S9：将第六制取液经过经自然冷却制成碳源，然后送入储罐内储存。根据本发明的碳源的制备方法，可以削减污水处理的成本。

Description

一种废糖制取优质污水处理用碳源的加工工艺

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其是涉及一种废糖制取优质污水处理用碳源的加工工艺。

背景技术

我国南方城市的污水中有机物含量很低，污水进水营养比例失调，运行中很难达到预想的脱氮除磷效果。典型的南方现有污水生物处理系统出水的进水COD多在100mg/L左右，雨季可能更低，总氮值多在30mg/L左右，由于碳源缺乏，仅靠生物脱氮不能达到一级A排放标准中总氮低于15mg/L的要求。通常为获得较好的脱氮效果一般需要投加葡萄糖、醋酸钠等商业碳源，上述商业碳源的投加给污水处理运营增加成本负担。而在北方由于其进水总氮也偏高，尽管进水COD值也相对较高，但为了满足总氮的排放标准，仍然需要投加大量的碳源。企业运行成本较大。

发明内容

本发明提出了一种废糖制取优质污水处理用碳源的加工工艺，利用废糖制取优质污水处理用碳源的加工工艺制备的碳源具有成本低廉的优点，可以降低污水处理的成本。

根据本发明实施例的废糖制取优质污水处理用碳源的加工工艺，包括：步骤S1：对废糖进行筛选，选取合格的所述废糖；步骤S2：利用水对合格的所述废糖进行稀释，以获取第一制取液；步骤S3：对所述第一制取液进行酸化处理，以获取第二制取液；步骤S4：向所述第二制取液中加入带有阳电荷的澄清剂，以获取第三制取液；步骤S5：对所述第三制取液进行固液分离，以获取所述第三制取液的上清液；步骤S6：对所述上清液进行酸解处理，以获取第四制取液；步骤S7：利用脱色工艺对所述第四制取液进行脱色，以获取第五制取液；步骤S8：向所述第五制取液中加入调理剂，以获取第六制取液，其中所述调理剂为小分子碳源；步骤S9：将所述第六制取液经过经自然冷却制成所述碳源，然后送入储罐内储存。

根据本发明实施例的废糖制取优质污水处理用碳源的加工工艺，碳源在制备时，利用废糖作为加工原料，由于废糖每年的产量较大，废糖原料的成本较低，因此利用废糖原料加工制造碳源的成本相对较低，同时由于加工出的碳源的成本低廉，利用碳源对污水进行处理时，可以削减污水处理的成本。

在本发明的一些实施例中，在所述步骤S1中，所述碳源满足：COD≥30万、COD/总氮≥30和COD/色度≥45。

在本发明的一些实施例中，在所述步骤S2中，所述碳源与所述水的质量比为1:0.1、1:0.3、1:0.6或1:1。

在本发明的一些实施例中，在所述步骤S3中，利用硫酸将所述第一溶液的pH调节至1.5-4.0。

在本发明的一些实施例中，所述澄清剂为铝盐、铁盐或黄血盐与乙酸锌的组合中的至少一个。

在本发明的一些实施例中，在所述步骤S4中，在75-85℃下，将所述澄清剂加入所述第二溶液中，并搅拌20-40min。

在本发明的一些实施例中，在所述步骤S6中，所述酸解处理的条件为：pH为2-3、酸解温度为100-103℃、酸解时间为60-90min。

在本发明的一些实施例中，在所述步骤S7中，所述脱色工艺包括膜分离和吸附脱色。

在本发明的一些实施例中，在所述步骤S8中，所述小分子碳源为甲醇和醋酸钠。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明实施例的废糖制取优质污水处理用碳源的加工工艺的流程图；

图2是利用本发明实施例的碳源的制备方法的所制备的碳源在使用前后的第一次试验数据图；

图3是利用本发明实施例的碳源的制备方法的所制备的碳源在使用前后的第二次试验数据图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。

相关技术中，甲醇、醋酸钠、葡萄糖是目前最常见的商业碳源，由于甲醇属于易燃易爆的危险化学品，目前使用的市场比例越来越少，醋酸钠和工业葡萄糖的应用案例比例越来越高，根据课题组广东、湖南、福建、山西等多个污水处理厂的实地调研情况来看，使用醋酸钠及醋酸钠溶液的污水处理厂比例最高，这主要是由于醋酸钠属于常见的化工产品，且可以方便以固体及液体的形式运输。

除了应用成本高的问题，商业碳源在应用过程中，其实还存在很多问题，比如甲醇作为碳源脱氮效能存在一个“滞后期”，又如甲醇虽然脱氮的效率高，但本身存在毒性；乙醇、乙酸毒性没有甲醇高，但这类物质都有些共同的缺点即运行成本高，且出水有机物浓度易超标及亚硝酸盐积累的问题。

下面参考附图描述根据本发明实施例的废糖制取优质污水处理用碳源的加工工艺。

如图1所示，根据本发明实施例的废糖制取优质污水处理用碳源的加工工艺，包括：步骤S1、步骤S2、步骤S3、步骤S4、步骤S5、步骤S6、步骤S7、步骤S8和步骤S9。

具体地，如图1所示，步骤S1为对废糖进行筛选，选取合格的废糖。废糖及废糖浆来源复杂，需要对碳源的主要成分进行筛选鉴别，其中最重要的是对COD(糖分)、氮磷污染物及色度与重金属的测定。例如，在本发明的一个示例中，根据水处理工程经验采用表1中的废糖收集初筛选用表对废糖进行筛选。

表1：废糖碳源筛选建议指标

在本发明的一些实施例中，在步骤S1中，碳源满足：COD≥30万、COD/总氮≥30和COD/色度≥45。需要说明的是，满足上述条件的废糖中含有大量的无机物(灰分)及胶体物质，如甘蔗糖蜜中还含有大量的胶体物质和灰分，对碳源的应用极其不利，如不预先进行处理，将灰分和胶体除掉，糖蜜的后续酸解无法正常进行，粘度也无法改善。利用糖蜜中的胶体带负电荷，其等电点偏酸性，可通过调酸使胶体带电荷为零而沉降。调pH所用的酸以硫酸为宜，硫酸与糖蜜中的钙离子形成硫酸钙使其沉淀除去。甘蔗糖蜜中的胶体带负电荷，应选择带阳电荷的澄清剂与其结合成纯中性的更大分子，经离心或过滤除去。

可以理解是，碳源在制备时，利用废糖作为加工原料，由于废糖每年的产量较大，废糖原料的成本较低，因此利用废糖原料加工制造碳源的成本相对较低，同时由于加工出的碳源的成本低廉，利用碳源对污水进行处理时，可以削减污水处理的成本。

步骤S2为利用水对合格的废糖进行稀释，以获取第一制取液。原糖蜜非常粘稠，不宜直接调酸，需要用水稀释。水量过少，糖蜜粘度仍然很高，不利于胶体的沉降。水量过多，虽有利于胶体的沉降，但糖蜜过稀，给后续的浓缩工艺带来负担，为此确定适宜的稀释度非常重要。在本发明的一些实施例中，在步骤S2中，碳源与水的质量比为1:0.1、1:0.3、1:0.6或1:1。

步骤S3为对第一制取液进行酸化处理，以获取第二制取液。糖蜜中的胶体带负电荷(蛋白氮也差不多)，在酸化时将糖蜜液的pH调整到胶体的等电点，利于胶体的聚集和沉淀。在本发明的一些实施例中，在步骤S3中，利用硫酸将第一溶液的pH调节至1.5-4.0。

步骤S4为向第二制取液中加入带有阳电荷的澄清剂，以获取第三制取液。甘蔗糖蜜中的胶体带负电荷，故必须加入带阳电荷的澄清剂，结合成纯中性的更大分子，经离心或过滤除去，以尽可能的去除糖蜜中的胶体和灰分物质。在本发明的一些实施例中，澄清剂为铝盐、铁盐或黄血盐与乙酸锌的组合中的至少一个。在本发明的一些实施例中，在步骤S4中，在75-85℃下，将澄清剂加入第二溶液中，并搅拌20-40min。具体地，在本发明的一个示例中，在75-85℃下，将澄清剂和澄清助剂PAM加入第二溶液中，并搅拌20-40min，其中澄清剂的投加量在0.1％-0.5％。

步骤S5为对第三制取液进行固液分离，以获取第三制取液的上清液。甘蔗糖蜜中经过稀释、酸化、絮凝后会形成一定的固体物质，需要进行分离。本发明固液分离采取离心分离工艺获取第三制取液的上清液。

步骤S6为对上清液进行酸解处理，以获取第四制取液。糖蜜中的碳水化合物主要以蔗糖的形式存在，还原糖含量较低。蔗糖不具有还原性，必须将甘蔗糖蜜中的蔗糖水解为具还原性的葡萄糖和果糖，才能被微生物较快的利用。在本发明的一些实施例中，在步骤S6中，酸解处理的条件为：pH为2-3、酸解温度为100-103℃、酸解时间为60-90min。

步骤S7：利用脱色工艺对第四制取液进行脱色，以获取第五制取液。各类废糖均含有一定的色度，但脱色基本工艺一致，以甘蔗糖蜜为例，甘蔗糖蜜色素浓度高、种类多、分子量分散，给色素回收及精制造成很大的困难。在本发明的一些实施例中，在步骤S7中，脱色工艺包括膜分离和吸附脱色。具体地，在本发明的一个示例中，采用膜分离为主，吸附脱色为辅的脱色工艺。例如，在本发明一个示例中，采用脱色工艺参数如下：膜分离参数：选用孔径为0.04-0.06μm的陶瓷超滤膜，跨膜压差为0.45～0.50MPa、膜面流速为4.0～4.5m/s、温度为75～90℃、通量为100-150L/(m²·h)；膜过滤浓缩液处理工艺：糖蜜浓缩废液加人5-10％的粉末活性炭处理2小时，色素吸阶率达90％以上。用用含水酒精(酒精含量20％以上)洗脱色素而使活性炭再生，洗脱液减压蒸发干燥得褐色粉末色素产品。

步骤S8为向第五制取液中加入调理剂，以获取第六制取液，其中调理剂为小分子碳源。糖蜜精制碳源中大多数成分为葡萄糖及果糖，相对于甲醇、醋酸钠等小分子碳源来说利用起来仍效率相对偏低，为满足碳源的品质要求，对碳源进行小分子优质碳源掺混调理。在本发明的一些实施例中，在步骤S8中，小分子碳源为甲醇和醋酸钠。

在本发明的一个示例中，调理参数如下：

甲醇掺混量：3-5％(以掺混COD占总碳源COD估算)；

醋酸钠掺混量：20-30％(以掺混COD占总碳源COD估算)，掺混醋酸钠必须为固体颗粒形式。

需要说明的是：掺混过程需要搅拌，醋酸钠调理温度控制在40-50℃，甲醇调理控制在常温。

步骤S9为将第六制取液经过经自然冷却制成碳源，然后送入储罐内储存。

在本发明的实施例中，通过步骤S1-S9的加工步骤，首先可以使碳源中大分子糖类分子变成易降解的小分子物质，提高生物利用性；第二：可以降低碳源中的色度，降低色素分子的含量，避免出水色度超标风险；第三：可以降低碳源中氮磷等其他杂质的含量；第四：可以改善碳源的流动性、可运输性，提高碳源的实用性。

综上，本发明给出了各类废糖用作污水处理碳源的筛选指标关键参数，同时本发明综合糖蜜深加工工艺、糖蜜色素回收工艺、污水处理工艺等多学科知识，实现了废糖的高值化综合利用，同时降低了污水处理的成本。还有，本发明建立了以制糖企业、食品加工厂行业废料如废糖蜜、废糖浆、废淀粉浆、废酒精等生产废物为原料，通过分流、糖化、提纯、除渣、脱色等预处理工艺手段制取污水处理用优质碳源的工艺流程，确定筛选与预处理方法，建立选用指标体系与预处理方案技术。

具体地，利用本发明实施例的废糖制取优质污水处理用碳源的加工工艺制备出的碳源进行了两次实验。

如图2所示，第一次试验是在内蒙呼和浩特某污水处理厂开展了B厂工业废糖浆的生产性试验，该厂处理规模约为4000吨，采用AAO工艺，试验期间属于冬季，水温下降，但该厂有保温处理措施，进水水温正常，由于管网建设等原因，目前该厂进水浓度不高，进水总氮大约在20-40mg/L，进水COD约在100-200mg/L，为保证总氮达标，试验之前该厂投加200mg醋酸钠(COD含量约为20万mg/L)出水总氮降低到16-20mg/L，接近达标，但无法稳定达标。此后，在改投工业废糖浆碳源450kg/d，约100mg/L，另外辅助投加150-300kg/d醋酸钠，出水逐渐下降稳定到11mg/L附近。

从本试验数据来看，废糖浆辅助醋酸钠作为混合碳源的投加形式可有效的实现强化脱氮，试验期间通过投加废糖浆碳源增加COD60mg/L，通过投加醋酸钠用量增加COD约7.5-15mg/L，相对之前200mg/L醋酸钠(增加COD约40mg/L)去除的总氮量增加了近5mg/L，保守估算使用糖蜜的情况下去除1mg/L的总氮需要约增加约7mg/LCOD(以投加废糖蜜加的COD计)。

如图3所示，第二次试验主要利用A厂废糖蜜碳源，以投加在厌氧池，该污水处理厂位于山西大同，试验期间污水处理厂进水总氮在30-60mg/L之间，进水COD在150-400mg/L(平均约为280mg/L)之间，该污水处理厂采用奥贝尔氧化沟工艺，目前处理水量约为5000m³/d，在试验前期该污水处理厂投加醋酸钠作为碳源(COD含量约为25万mg/L)，投加量约为200mg/L，但出水总氮数据在20mg/L以上，无法达到一级A排放标准。此后，增投A厂糖蜜碳源500-600kg/d，投加量100-120mg/L，同时增加了醋酸钠投加量约50mg/L，出水开始下降，但随后由于回流泵出现故障，出现总氮出现波动，一段时间后出水总氮开始趋于稳定，试验后期基本稳定在15mg/L附近。

从本试验数据来看，糖蜜辅助醋酸钠作为混合碳源的投加形式可有效的实现强化脱氮，试验期间通过投加糖蜜碳源增加COD70-84mg/L，通过增加醋酸钠用量提高了COD12.5mg/L，去除的总氮量增加了近10mg/L，加权估算使用糖蜜的情况下去除1mg/L的总氮需要约增加约10mg/LCOD(以投加废糖蜜加的COD计)。

根据本发明实施例的废糖制取优质污水处理用碳源的加工工艺，碳源在制备时，利用废糖作为加工原料，由于废糖每年的产量较大，废糖原料的成本较低，因此利用废糖原料加工制造碳源的成本相对较低，同时由于加工出的碳源的成本低廉，利用碳源对污水进行处理时，可以削减污水处理的成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种废糖制取优质污水处理用碳源的加工工艺，其特征在于，包括：

步骤S1：对废糖进行筛选，选取合格的所述废糖；

步骤S2：利用水对合格的所述废糖进行稀释，以获取第一制取液；

步骤S3：对所述第一制取液进行酸化处理，以获取第二制取液；

步骤S4：向所述第二制取液中加入带有阳电荷的澄清剂，以获取第三制取液；

步骤S5：对所述第三制取液进行固液分离，以获取所述第三制取液的上清液；

步骤S6：对所述上清液进行酸解处理，以获取第四制取液；

步骤S7：利用脱色工艺对所述第四制取液进行脱色，以获取第五制取液；

步骤S8：向所述第五制取液中加入调理剂，以获取第六制取液，其中所述调理剂为小分子碳源；

步骤S9：将所述第六制取液经过经自然冷却制成所述碳源，然后送入储罐内储存；

在所述步骤S1中，所述废糖满足：COD≥30万、COD/总氮≥30和COD/色度≥45；

在所述步骤S2中，所述废糖与所述水的质量比为1:0.1、1:0.3、1:0.6或1:1；

在所述步骤S3中，利用硫酸将所述第一制取液的pH调节至1.5-4.0；

所述澄清剂为铝盐、铁盐或黄血盐与乙酸锌的组合中的至少一个；

在所述步骤S4中，在75-85℃下，将所述澄清剂加入所述第二制取液中，并搅拌20-40min；

在所述步骤S6中，所述酸解处理的条件为：pH为2-3、酸解温度为100-103℃、酸解时间为60-90min；

在所述步骤S7中，所述脱色工艺包括膜分离和吸附脱色；

在所述步骤S8中，所述小分子碳源为甲醇和醋酸钠。

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