CN112852889B - 一种联产黄腐酸的纤维素乙醇工厂化生产系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种联产黄腐酸的纤维素乙醇工厂化生产系统和方法，针对现有技术存在的难点和痛点，提出一套完整的联产黄腐酸的高纯度高固含量纤维素生产高浓度乙醇的生产技术集成路线、技术规范，和达到规范要求的途径和方法，实现预处理和乙醇生产的技术系统整合并协调运行。提出碱性蒸馏水脱毒方案、废醪液污水全部转移到预处理单元处理、找到废醪液回用污水量的平衡点并对污水总量控制。结果，高纯度高固含量净化根本解决了纤维素乙醇生产过程的“前端困扰”和“过程障碍”，节省酶剂，纤维素乙醇粗馏废醪液的转移处理彻底解决了纤维素乙醇的“后顾之忧”，使纤维原料中的两大组分——纤维素和非纤维素成分的全部，得到完全利用。
Description
技术领域
本发明涉及农作物秸秆资源综合利用和生物化工、发酵工程与生物质能源领域，具体地说是一种联产黄腐酸的纤维素乙醇工厂化生产系统和方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
产业技术现状及局限：据权威分析，纤维素乙醇产业化的现状是：比粮食乙醇具有资源和市场潜力的纤维素乙醇产业技术示范遭遇了重大挫折，在工业应用阶段出现了重大技术障碍，今后较长时期内难以实现对粮食乙醇的替代。一般认为，纤维素乙醇产业化失败的关键因素在于预处理技术的重大缺陷。采用现有的生物炼制技术进行大规模的产业化(生产纤维素乙醇)基本失去了可能性，生物炼制技术急需以全新的技术思路实现纤维素乙醇产业化技术的突破。
鲍杰“燃料乙醇的技术经济分析”(《2019中国生物产业发展报告》(国家发展和改革委员会创新和高技术司、中国生物工程学会编写，化学工业出版社，北京2020.9)中指出：
“近几年来，具有资源和市场潜力的纤维素乙醇技术示范遭遇了重大挫折，今后较长时期内难以实现对粮食乙醇的替代；到2020年我国纤维素乙醇缺口达到1000万吨。
“纤维素乙醇是玉米秸秆、麦秆、稻草等农作物秸秆、柳枝稷、芒草本植物、木屑等林业废弃物、蔗渣、玉米纤维等工业副产品类型的木质纤维素生物质为原料，通过生物炼制方法生产的燃料乙醇，从石油替代、糖原料替代、秸秆出路、气候和碳税等各方面看，毫无疑问纤维素乙醇是未来燃料乙醇最重要的发展方向。
“纤维素乙醇是燃料乙醇领域研发最为活跃的领域。其产业化进程遭遇的重大挫折主要来自与技术上的失败，而非科学和工程原理的失败。木质纤维素生物炼制加工链的基本环节是由预处理、抑制物脱毒、酶促水解、发酵和产品提纯组成。当这一概念在实际应用中实施时，必须在严格的环境、能耗和转化技术指标约束下，方具备实际应用价值。现有的常规生物炼制技术大多脱离了这些约束条件，从而在工业应用阶段出现了重大技术障碍。这些障碍包括秸秆原料密度低且难以长期储存，大幅提高了原料成本；污水产生量巨大，大幅降低了产业化的可行性；转化效率和技术指标远低于玉米乙醇生产技术，难以与玉米乙醇竞争；纤维素酶仍无法实现成本的实质性降低等。这些重大的技术障碍使得现有的生物炼制技术更倾向于成为一类重污染、高能耗、低技术的落后产能技术，因而在产业化进程中遭遇到失败也是可以预见的”。
并且在针对世界上现有的纤维素乙醇现状做出分析后得出结论：“采用现有的生物炼制技术进行大规模的产业化(生产纤维素乙醇)基本失去了可能性”。
“生物炼制技术急需以全新的技术思路实现纤维素乙醇产业化技术的突破。从根本上讲，纤维素乙醇至少应在排放、能耗、转化指标和经济上与粮食乙醇相当，在生物燃料市场具备与其竞争的水平才有生产的空间。
“由于原料和工艺的本质差异，纤维素乙醇与玉米乙醇的生产过程几乎在每一步骤都存在着重大差异，衔接点仅出现在粗馏塔后的精馏和分子筛脱水的很少几个环节上。在生物炼制过程技术领域，木质素纤维原料首先要进行高强度的预处理操作以克服其生物抵抗性，在与玉米干法技术类似的零废水、零糖耗和低能耗下，形成以糖化、无抑制物、无催化剂残余的类似淀粉的固体物料，这是纤维素乙醇的起点和关键所在，对上游的原料生产、收集、前处理，以及下游的脱毒、酶解、发酵、分离提纯都有着决定性的影响。一般认为，纤维素乙醇产业化失败的关键因素在于预处理技术的重大。”
“强烈的预处理过程产生的糠醛、羟甲基糠醛、乙酸、对羟基甲醛等抑制物必须尽缺陷可能彻底脱除(脱毒)，才能实现纤维素乙醇的高转化指标”。
王新明等“纤维素乙醇发酵方法及发酵抑制物”(《中国酿造》2013年第32卷第51期)，系统介绍了纤维素乙醇发酵抑制物的来源及脱毒方法，但没有具体的技术方案。
李志强等“发酵抑制物对葡萄糖产乙醇的影响”(《化工进展》2015年第34卷增刊1)，认为，发酵液中抑制物总量控制在3g/L以内时，对葡萄糖转化乙醇的抑制作用不明显。
曹莲莹等”木质纤维素乙醇关键技术研究进展”(《生物产业技术》2018年04期)指出，现阶段基于木质纤维素类生物质生产纤维素乙醇技术成本居高不下，难以实现燃料乙醇的原料替代，导致这一原因的主要原因在于以下3项关键技术的限制：(1)高效秸秆预处理技术，(2)低成本产业化生产纤维素酶技术，(3)混合糖乙醇发酵技术优化。同时指出，酿酒酵母是乙醇生产最常用的发酵菌株，具有发酵速度快、乙醇产量高的特点，目前进行酒精酵母发酵乙醇主要存在四个问题(1)酿酒酵母不能利用半纤维素水解的五碳糖，(2)酿酒酵母生长和乙醇生产受预处理副产物的抑制，(3)酿酒酵母高温发酵性能不佳，(4)酿酒酵母的活性受预处理副产物乙醇的抑制。没有提供解决问题的办法。
专利“一种利用木质纤维素酶水解残渣制备木质素磺酸盐的方法(申请号：CN201210011668.7)”，用酶糖化残渣生产黄腐酸，其局限是：前期酸处理保留了几乎全部的木质素，酶解糖化原料杂质太多，影响酶解糖化效率，废醪液污染负荷重处理困难，属“事后处理”。
专利“利用玉米芯酸解渣碱煮黑液制作木质素磺酸钠的方法(申请号：CN201610797594.2)”，存在的问题是，酸解糖化后的残渣先碱煮再磺化，钠离子不适合做黄腐酸肥料、与亚铵法磺化蒸煮产黄腐酸不兼容。
专利“玉米芯综合利用方法(申请号：CN200910305683.0)”，对玉米芯原料逐层分离半纤维素、纤维素，剩余地进行纤维素生产乙醇，说明前期木质素提取率高，即脱木素充分，后续纤维素乙醇得率就高。但没有涉及整个生产系统的高附加值利用，并且乙醇发酵残余物的有效成分没有充分利用。
专利“一种生产酶解木质素磺酸盐的方法(申请号：CN201310445459.8)”，采用碱性亚铵法，受钠离子含量高的影响，限制了黄腐酸使用价值。
张强“干法生物炼制技术生产高浓度纤维素乙醇的同步糖化与共发酵研究”(硕士学位论文2017.06，以玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、甘蔗渣为原料，采取70％的固含量纤维原料经过稀酸预处理得到50％的物料，然后经过固态生物脱毒，在25～35％的固含量条件下进行同步糖化与共发酵。具体方案为以Saccharomyces cerevisiae DQI为菌竹，在30％固含量，15FPU/gDM(DM干物料)的酶用量下，玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、甘蔗渣、木屑得乙醇产量为56.8g/L、58.5g/L、65.4g/L、64.5g/L、54.7g/L。
列出三种适合高固含量纤维素发酵的酶剂：诺维信(北京)的CellicCTec 2.0、蔚蓝(青岛)LLC 4、#7(购买自中国工业酶生产商)。
研究了以五种木质纤维素原料进行同步糖化与共发酵生产纤维素乙醇，预处理后的物料中含有大量的木糖，如SaccharomycescerevisaiaeXH17是一株能够利用木糖的菌株，最终通过优化发酵条件，获得了超高的纤维素乙醇浓度；经过预处理和生物脱毒后的麦秆在35％(w/w)固含量、15mg protein gceiiuose的酶用量下，得到了101.1g/L(12.8％v/v)的超高乙醇浓度，且乙醇得率和木糖转化率分别为74.8％、73.9％；预处理、脱毒完后的玉米稻轩在30％(w/w)固含量、10mg protein/gceiiuose的低纤维素酶用量下得到了最具经济效益的乙醇浓度85.1g/L(10.8％v/v)，且达到了较高的乙醇得率和木糖转化率分别为84.7％，87.7％。
作者指出(p.11)，一方面，基于纤维素的预处理、水解及发酵的生物质转化技术水平仍远低于玉米乙醇的转化技术，目前生物炼制技术得到的纤维素乙醇的发酵浓度最大仅达到10％(v/v)，与10-15％(v/v)的玉米乙醇发酵浓度相比，仍比较低。另一方面，木质纤维素生物炼制技术过程中淡水的输入和废水的产生量要显著高于玉米乙醇的生产，此外木质纤维素生物炼制过程中能量输入也较高。
作者提出的提高纤维素乙醇浓度的措施：(1)提高固含量、(2)提高菌株活性、(3)提高酶用量。
“研究创造了世界纪录”，采用同步糖化与共发酵(SSCF)生产高浓度纤维素乙醇工艺，在35％的高固含量，108h条件下，玉米秸秆和麦秆能够获得91.4g/L、101.1g/L的世界纪录纤维素乙醇浓度。
但是，干法炼制预处理技术的最大局限是木质素以及果胶等降解物质和半纤维素降解产生的预处理副产物仍无法有效地和纤维素分离开来，使得纤维素在夹带着大量的杂质情况下进行糖化发酵。
吴国峰“酒精浓醪发酵的计算与分析”(《酿酒》2003年7月，第30卷第四期)，分析了酒精浓醪玉米粉的理论浓度与相应酒精发酵工艺全流程的变化方向，并提出了实现高浓度酒精工艺的几项保障措施。
《国投象屿生物能源(富锦)有限公司30万吨/年生物(玉米)燃料乙醇项目环境影响报告书》，对玉米原料燃料乙醇项目全流程的污水来源及控制和新鲜水用量提出具有借鉴意义的框架思路。
产业痛点问题：国内外已经建立起来的多条中试线或生产线，特别是国内的多条中试线或生产线目前均处于“趴窝”状态。究其原因，从局部技术看，主要存在纤维素净化不彻底、废醪液污染负荷大水量大、处理困难的问题；从总体上看，是缺乏科学有效的生产系统的整合。表现为，尽管有多种多样的纤维素乙醇生产技术，特别是纤维原料的预处理技术，都不同程度的具备局部的可行性，但是，当一遇到建设和运营一个完整的项目时，面对一个完整的生产系统运营时，每项单一的技术往往都担当不起对整个项目的技术支撑作用，往往使人不得要领，直至没法整合并协调可持续运营。
发明内容
为了解决现有技术的不足，公开本发明——“一种联产黄腐酸的纤维素乙醇工厂化生产系统和方法”。
本发明与申请人之前的专利ZL 2019 1 1243234.8侧重不同，之前的专利注重的是纤维素的净化，本发明方案则侧重利用净化的纤维素进行后续的乙醇生产，是对联产黄腐酸的纤维素乙醇的整个生产系统的优化和整合，是对研究和解决问题的深化。
本发明更加侧重的是，一是针对后续加工对纤维素净化的要求，对纤维素的净化工艺进行倒逼完善，二是利用高纯度的纤维素作原料对后续工艺和流程进行重新梳理和优化，三是注重整个高浓度纤维素乙醇生产系统的优化规范和顺畅运营，四是针对关键问题采取有效解决措施和方案。既解决了困扰产业发展的痛点和难点问题，又有效整合纤维素乙醇产业生产系统。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种联产黄腐酸的纤维素乙醇工厂化生产系统和方法，包括：
将原料采取亚铵法蒸煮、分离，得到纤维和蒸煮液；
将所述纤维进行疏解，采用弱碱蒸馏水逆向洗涤，收集洗涤液和脱毒后的纤维；
将脱毒后的纤维进行挤浆浓缩、糖化、发酵、蒸馏浓缩，得到纤维素乙醇；
将所述洗涤液和蒸煮液混合，挤浆浓缩，得到黄腐酸浓黑液和蒸馏水，再进行喷浆干燥，得到黄腐酸；
对糖化液、乙醇醪液、废醪液分别进行固液分离，收集固体回用到预处理蒸煮工序与纤维原料混合蒸煮。
本发明的第二个方面，提供了粗馏废醪液污水总量控制及其转移处理算法、水平衡节点确认及其控制和实施方案，对纤维素乙醇粗馏废醪液污水水量控制并全部转移处理，即乙醇粗馏废醪液全部汇集到预处理水循环系统消化处理。
根据废醪液污染负荷不同可选择进入预处理环节的蒸煮、洗浆、蒸发、喷粉干燥四个用水点或水处理点进行多点处理；
具体为：
(1)预处理单元可以接纳废醪液污水的节点包括蒸煮、洗浆、蒸发、喷粉干燥四个节点；即，在蒸煮节点用于配置药剂；在洗浆节点用于洗浆分离纤维素和黄腐酸得到黄腐酸稀黑液；在蒸发节点可以混到黄腐酸稀黑液中进行蒸发浓缩，蒸馏水经深度处理后回用或达标排放；在喷浆干燥节点可以直接混到黄腐酸浓黑液中，进行喷浆干燥得到黄腐酸干粉。优选用于配药蒸煮节点。
(2)粗馏废醪液水量控制；优选地，乙醇废醪液总量5.59吨/吨乙醇，经粗馏蒸发得到40％浓度的乙醇，残余粗馏废醪液污水量3.09吨/吨乙醇返回预处理回用；
(3)算法：即在设定的满足蒸煮和洗浆要求的前提下，将废嫪液回水量作为自变量，将补充清水继而往系统外排水量作为因变量，将水处理关键因素废嫪液回水量、蒸发浓缩水量、补充清水量、外排污水量置于可控的范围；
优选的，设定条件为：原料消耗6绝干吨/吨乙醇、固液比1:3，原料含水率15％，药剂用量15％，含水率20％，脱水挤浆浓度40％，洗浆稀释浓度15％，净化纤维素得率2吨/吨乙醇，黄腐酸黑液蒸发浓缩后残留浓黑液固含重量比50％，黄腐酸得率4.05吨/吨乙醇，对应蒸发污水量6.87吨/吨黄腐酸，小于7～12吨/吨干基黄腐酸的正常水平，废嫪液污水回用量3.09吨/吨乙醇；
得到，清水补充量2.93吨/吨乙醇(含生产4.05吨黄腐酸)；进而得到废嫪液回用量F的平衡点为：F＝6.02吨/吨乙醇，即，
当F>6.02吨/吨乙醇时，只排不补；
当F<6.02吨/吨乙醇时，只补不排；
当F＝6.02吨/吨乙醇时，不补不排。
并且，当按照现有玉米淀粉乙醇排污水平计算时，废醪液污水8吨/吨乙醇全部回用于配药环节时外排污水量1.98吨/吨乙醇；
废醪液污水回用入口节点为：蒸煮配药；
清水补水入口为：逆向洗涤最后一道洗浆机的入水口；
排水出口为：经过蒸发浓缩得到的蒸馏水，经深度生化处理后达标排放；
优选的，纤维素乙醇整个生产系统的唯一排放口的设计，是指，设计黄腐酸稀黑液的蒸发浓缩节点作为唯一排放口，当系统总出水量大于总入水量时，所有外排的污水都通过蒸发浓缩形成蒸馏水并经深度处理后达标排放；
本发明的第三个方面，将纤维原料中两大组分——纤维素和非纤维素成分的全部，得到完全利用，并且是通过纤维素乙醇和黄腐酸两大生产系统构成完成的，即由蒸煮单元、疏解单元、洗浆分离单元、脱毒单元、挤浆浓缩单元、糖化单元、发酵单元、固液分离、蒸馏浓缩单元依次相连构成“纤维素——乙醇”的生产系统；由乙醇醪液固液分离单元、废醪残渣回用单元、废醪液回用单元、配药蒸煮单元、洗浆分离单元、蒸发浓缩单元、喷浆干燥单元依次相连构成“木质素+其它非纤维素成分——黄腐酸”的生产系统。
本发明的第四个方面，提供了上述的纤维素乙醇在生产燃料中的应用，由于本发明的纤维素乙醇得率高、环境友好性高。因此，有望在纤维素乙醇产业建设及相关的燃料生产中得到广泛的应用。
本发明的有益效果在于：
(1)通过本发明，使得纤维原料的两大组分——纤维素和非纤维素成分的全部，得到完全利用，纤维素生产纤维素乙醇，纤维素以外的所有的非纤维素成分，包括木质素、半纤维素、非纤维成分，包括果胶、蜡质、粗蛋白等生产黄腐酸。
(2)高纯度高固含量净化解决了纤维素乙醇的“前端困扰”和“过程障碍”，提高了乙醇浓度减少了污水产生量，纤维素乙醇废醪液污水的总量控制和全部转移处理，彻底解决了纤维素乙醇的“后顾之忧”。
(3)节省纤维素酶的消耗。实验事实证明，本发明糖化酶耗为8mg蛋白质/g纤维素，现有技术最高水平在10～20mg蛋白质/g纤维素。
(4)省去了半纤维素糖化发酵带来的酶成本的共发酵成本的增加。
(5)联产黄腐酸既净化了纤维素，又充分接纳整个生产系统的污水，成为生产系统污水处理的缓冲池，保障了整个纤维素乙醇生产技术系统的水平衡和可持续循环运营。
(6)提供了一套严谨可施行的技术标准和技术规范。控制住了预处理、糖化发酵和水处理三个节点的工艺参数和技术指标，使得纤维素乙醇项目技术系统整合运营铆在了实处。70～95％的高纯度的纤维素，有效脱除了各种非纤维素杂质成分(30～5％)、脱去了预处理副产毒素(0～2％)，再加上高固含量纤维素(35～40％)，为得到高乙醇浓度(8～15％及以上)提供了保障，打下了基础。
(7)系统的自优化功能。各节点技术指标成为系统衔接的“形位公差”，通过满足接口规范要求倒逼优化各项技术指标；系统水平衡控制可以倒逼优化各个工序环节的工序指标。
(8)提供了一套乙醇废醪液全部回用于蒸煮预处理的思路和方案及具体算法，特别是从配药节点加入入手，找到废嫪液回水量平衡点，使得污水排放变得可控。
(9)提供了一种解决问题，驾驭项目的思路。通过本技术集成方法可以总揽纤维素乙醇项目的技术系统设计、系统运营和系统控制，提纲挈领。
(10)抓住三个关键节点，就构建起了纤维素乙醇生产系统技术控制框架，奠定了项目系统集成的技术基础；
(11)联产黄腐酸的纤维素乙醇生产实现了资源综合利用，高附加值的黄腐酸可以有效地返辅纤维素乙醇的生产，从而提高纤维素乙醇的市场竞争力。
(12)有校地解决了纤维素乙醇产业面临的预处理成本高、纤维素净化杂质多和发酵醪液乙醇浓度低、污水处理难度大等一系列制约产行业发展的难点和痛点问题，根本突破纤维素乙醇发展的产业技术瓶颈。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1的发酵曲线；
图2为本发明实施例1的CFU细胞生长图；
图3为本发明实施例2的发酵曲线；
图4为本发明实施例2的CFU细胞生长图；
图5为本发明实施例4的预处理蒸煮净化单元水平衡图；
图6为本发明实施例5的糖化发酵单元的水平衡图；
图7为本发明实施例7的生产系统与环境水平衡图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
技术路线和技术要点：
1、对比标准和目标。以纤维素乙醇世界先进水平和成熟的玉米淀粉乙醇为标杆。
刘刚鲍杰“逼近玉米乙醇指标的先进纤维素乙醇技术”(《技术经济》2018年01期)，对纤维素乙醇生产技术水平进行比较，并提出纤维素乙醇干法炼制技术，使纤维素乙醇整体水平上了一个台阶，已经接近玉米淀粉乙醇技术。但关键指标，包括：纤维素和木聚糖含量、乙醇发酵浓度、乙醇得率、废醪液污水量、新鲜水消耗量等，仍不令人满意。纤维素酶消耗尽管已经到较高的水平——纤维酶用量(10mg蛋白/g纤维素)，由于底物种纤维素纯度不够，含有较多的非纤维素成分，仍存在纤维素酶的无谓消耗，仍存在较大优化挖掘空间；废醪液水量大(8.1吨/吨乙醇)污染负荷高处理困难；木质素作为乙醇副产物只能用于低附加值的燃烧发电。具体指标如表一所示。
2、国家产业规范——《全国生物燃料乙醇总体布局方案》中规定，吨纤维素乙醇耗水量不得超过3吨。
3、针对现有技术痛点之一——纤维素净化不彻底，重新定义纤维原料“预处理净化”的标准：高纯度净化纤维素，即纤维素纯度高、杂质少、毒副产物低、纤维素固含量高，净化纤维素中纤维的结构水的COD可控，并且新的技术规范充分考虑了纤维素乙醇的高标准要求和预处理蒸煮的生产技术的实际可行，并经过了反复工厂化生产实践验证证明可行，即：
纯度高，即纤维素含量达70～95％，玉米淀粉的葡萄糖含量有68～78％；
杂质少，即水解脱除了果胶、蜡质、粗蛋白等非纤维成分，又大幅度水解脱除半纤维素(2～6％)和木质素(2～6％)非纤维成分；
值得注意的是，纤维素的纯度即纤维素含量和半纤维素及木质素的残余含量需要实践的优化——纤维素纯度过高，即木质素和半纤维素脱除过度会导致纤维素元素的无效降解并增加成本，反之，纤维素纯度不够即木纤维素和木质素残留过多，会影响后续乙醇糖化发酵的效率，达不到预处理的预期效果。
毒副产物低，0～2％，即通过水解水洗脱出了绝大部分毒副产物，主要包括弱酸类抑制物，如甲酸、乙酸和乙酰丙酸、糠醛类抑制物，如糠醛和5-羟甲基糠醛和酚类抑制物，如4-羟基苯甲酸、香草醛和邻苯二酚；
净化纤维素固含量高，即净化后的纤维素脱水后固含量达到40％以上。
用以上高纯度纤维素生产纤维素乙醇，可以保障后续糖化水解的纤维固含量高，糖化酶浓度高，糖化酶与纤维素接触面积大，糖化效率高，最终乙醇醪液乙醇浓度高、废醪液数量小便于污水处理。
4、关于半纤维素的脱除。本发明技术方案把半纤维素作为非纤维素成分列入脱除净化之列。一方面是降低五碳糖和六碳糖共存给后续糖化发酵带来的困难和增加的成本，另一方面是半纤维素水解成分进入黄腐酸黑液中可以有效增加黄腐酸总的产量。再一方面是现有市场条件下黄腐酸的附加值比纤维素乙醇的附加值要高得多；最关键的是从技术上讲，权衡在预处理环节脱除半纤维素比糖化发酵环节上保留纤维素要容易得多。
5、关于预处理毒副产物的脱除和净化纤维素中残留结构水中COD的控制。本发明是把脱毒和净化后纤维素中残留结构水中的COD的控制两个问题结合在一起处理的。
净化纤维素中的结构水是指，固含量为30～45％的净化纤维素中的残留水分，净化后纤维素中残留结构水中的COD的控制就是对这部分水分中COD的控制。本方案优化COD300～3000mg/L，优选COD300～1000mg/L，COD过低会增加预处理水处理和洗浆的难度和成本，COD过高容易造成毒副产物残留过高影响糖化发酵效率。
首先，通过蒸煮加洗涤可以有效达到纤维素净化，特别是脱毒的目的。一是，亚铵法蒸有效磺化水解木质素，并且通过酸性磺化水解，控制pH4-6，可以有效水解半纤维素；二是，在140C°以上的条件下蒸煮可以水解果胶等大部分非纤维成分。三是，大部分水解毒副产物随洗涤分离工序的多道逆向洗涤进入黄腐酸稀黑液；
其次，采用弱碱性蒸馏水洗涤解决毒副产物残余，实施深度脱毒，同时控制净化纤维素中残留的结构水COD300～500mg/L，pH7～8，氨氮15mg/L。
工艺过程为：
第一步，对蒸发浓缩得到的蒸馏水COD900～1100mg/L、pH7～9、氨氮500～1000mg/L，控钠脱氮和生化处理，达到COD300～500mg/L、pH9.5～10.5，氨氮15mg/L，得到弱碱性蒸馏水；
第二步，将脱氮和生化处理后的弱碱性蒸馏水用于纤维素净化洗涤工序中多道逆向洗涤，优选四道逆向洗涤的最后一道洗涤，顺序进行逆向洗涤，即，将弱碱性蒸馏水从逆向洗涤的第四道洗浆机入水口加入，经洗涤后得到净化的纤维，pH7，第四道洗浆机出水口的洗浆水收集进入第三道洗浆机入水口，第三道洗浆机出水口的洗浆水进入第二道洗浆机入水口，第二道洗浆机出水口的洗浆水进入第一道稀浆机入水口，第一道挤浆机出水口得到的洗浆水即为黄腐酸稀黑液，pH5-6，收集后进入蒸发浓缩工序。
在逆向洗涤的最后一道环节，采用脱氮以后的弱碱性蒸馏水洗涤，可以有效去除残余的弱酸类抑制物包括弱酸类抑制物，如甲酸、乙酸和乙酰丙酸、糠醛类抑制物，如糠醛和5-羟甲基糠醛，和酚类抑制物，如4-羟基苯甲酸、香草醛和邻苯二酚等毒副产物残余。
实践证明，由半预处理水解产生的抑制物可以通过水洗有效去除。
关于控钠脱氮。是指在对蒸馏水脱氮时控制残留在黄腐酸中的Na成分要小于0.15％。黄腐酸作为农作生长活性剂，用作肥料，所以要控制生产过程中的Na离子的加入量。Na离子的传导过程为：从蒸馏水脱氮加碱，到蒸馏水中Na离子沉积，再到蒸馏水洗浆，最中传导到黄腐酸稀黑液。所以，脱氮时首选用KOH代替NaOH调节蒸馏水的pH值。若为降低成本采用NaOH时，则应限制NaOH用量，确保黄腐酸中Na离子含量小于0.15％，不足部分用KOH补充。
6、节省酶剂。本发明一个实施例中糖化酶剂消耗为8mg蛋白质/g纤维素，低于现有技术的10mg蛋白质/g纤维素水平。分析原因主要是一方面纤维素净化程度高，酶剂和底料的接触面积增大第；二方面是脱出了的部分的木质素和半纤维素和几乎全部的非纤维成分，从而减少了对酶剂的分散和无效吸附；第三方面是彻底的脱毒减少了毒副产物对酶剂的抑制；第四方面是固含量提高相对增加了作用于单位底物上的酶剂浓度。最终，提高了酶解效率、降低了酶的消耗。
7、针对现有纤维素乙醇工业化生产的痛点之二——控制乙醇浓度和废醪液污水量。理论计算：固含量30％纯度为90％的纤维素，纤维素到葡萄糖转化率为180/162＝1.1111倍，葡萄糖51％的乙醇理论得率为15.3％(重量比)，1吨乙醇伴生0.95吨CO2，则理论计算乙醇醪液总量为1/15.3％-0.95＝6.54-0.95＝5.59吨/吨乙醇，扣除挥发CO2以后的底物计算值为100-15.3*95％＝85.465，则实际乙醇浓度应为15.3/85.465＝17.9％。经过粗馏得到40％的乙醇溶液后，残留废醪液总水量＝5.59-2.5＝3.09吨/吨乙醇。废醪液污水总量为5.59吨/吨乙醇,大大小于玉米乙醇的8.1吨/吨乙醇，也大大小于世界上最先进的纤维素乙醇废醪液总水量。
本发明的实施例之一，在预处理纤维素纯度(即纤维素含量)75％，底物浓度为20％的条件下，得到80.7g/L，体积浓度10.2％(v/v)的乙醇浓度，醪液总水量9.8吨/吨乙醇，粗馏提取40％浓度乙醇后产废醪液污水6.3吨/吨乙醇。
乙醇浓度与纤维素纯度、底物固含量、糖化酶用量有关，本方案的采用的预处理技术纤维素纯度完全可以达到70～90％，可以充分满足糖化发酵的要求，但是固含量高会影响乙醇的得率，需要根据不同的原料进行工艺参数的优化。
现有技术达到最高纤维素乙醇浓度12.8％(v/v),是在固含量35％的条件下完成的。现有技术在最具经效益的优化条件下，即底物固含量30％，10mg酶蛋白/g纤维素条件下，得到的乙醇浓度85.1g/L，体积浓度10.8％(v/v)。对比推断，按照90％的糖化率计算，本发明在30％的底物固含量体条件下的乙醇浓度为168.7g/L，是完全可以期待的。
8、针对现有纤维素乙醇工业化生产的痛点之三——废醪液污水的转移处理。总的来看，控制醪液污水的水质、水量、污水的去向都是解决问题的出路所在：
一是水质，去除废醪液中的木质素、半纤维素及其副产物是解决问题的关键。在预处理环节对所有的非纤维素成分的绝大部分进行水解并分离收集到黄腐酸黑液中，把残留在纤维素中的非纤维素成分控制在20～5％内，把有害成分变成黄腐酸黑液中的营养成分；
二是水量，有效控制污水量，即通过高纤维素含量、高固含量、高底物浓度，乃至高乙醇浓度控制废醪液水量；
三是去向，本发明不主张对废醪液单独设置一套处理系统——采取转移处理的方式，充分利用预处理环节的蒸煮、洗浆、蒸发、喷粉干燥等多点处理，对全部废醪液分门别类进行回用或做直接消纳处理，大大减少了单独处理乙醇废醪液的投资和运行成本，大大减轻了现有技术对废醪液单独处理给纤维素乙醇生产造成的沉重负担。
从黄腐酸生产角度来看，废醪液的主要成分主要包括残余木质素、半纤维素的水解产物和残留的糖化发酵的纤维素，以及残留糖化发酵蛋白质，经过蒸煮后所有这些都构成了黄腐酸的有效成分，可谓变废为宝，一举两得。
9、粗馏废醪液污水总量控制及其转移处理算法、水平衡节点确认及其控制和实施方案，是指，对纤维素乙醇粗馏废醪液污水水量控制并全部转移处理，即乙醇粗馏废醪液全部汇集到预处理水循环系统消化处理。根据废醪液污染负荷不同可选择进入预处理环节的蒸煮、洗浆、蒸发、喷粉干燥四个用水点或水处理点进行多点处理。具体为：
(1)预处理单元可以接纳废醪液的节点包括蒸煮、洗浆、蒸发、喷粉干燥四个节点。即，在蒸煮节点用于配置药剂；在洗浆节点用于洗浆分离纤维素和黄腐酸得到黄腐酸稀黑液；在蒸发节点可以混到黄腐酸稀黑液中进行蒸发浓缩，蒸馏水经常规深度处理后回用或达标排放；在喷浆干燥节点可以直接混到黄腐酸浓黑液中，进行喷浆干燥得到黄腐酸干粉。
(2)粗馏废醪液水量控制。优选地，乙醇醪液总量5.59～8吨/吨乙醇，优选5.59吨/吨乙醇，经粗馏蒸发得到40％浓度的乙醇，残余粗馏废醪液水量3.09～5.5吨/吨乙醇，优选3.09吨/吨乙醇。
(3)算法。即在设定的满足蒸煮和洗浆要求的前提下，将废嫪液回水量作为自变量，将补充清水继而往系统外排水量作为因变量，将水处理关键因素废嫪液回水量、蒸发浓缩水量、补充清水量、外排污水量置于可控的范围。
优选的，设定条件为，原料消耗6绝干吨/吨乙醇、固液比1:3，原料含水率15％，药剂含水率15％用量20％，脱水挤浆浓度40％，洗浆稀释浓度15％，净化纤维素得率2吨/吨乙醇，蒸发残留固含量重量比50％，黄腐酸得率4.05吨/吨乙醇，蒸发污水量小于常规的7～12吨/吨干基黄腐腐水平，废嫪液回水水量为3.09～6.02/吨乙醇，优选3.09吨。则，得到，清水补充量2.93～0吨/吨乙醇，得到废嫪液回用量F的平衡点，即，当F>6.02时，则只排不补,F<6.02时，则只补不排，F＝6.02时，则不补不排。
(4)计算过程：——水平衡点计算及控制：设：
M：吨乙醇消耗原料，6吨/吨乙醇；N：吨乙醇消耗净化纤维素，2吨/吨乙醇；Q：蒸煮加水量，吨/吨原料；X：液比，X＝1：3＝25％；a％:原料带水，15％；b％：药剂带水，15％；c％：蒸汽折水，1吨蒸汽/吨原料；F：回用废醪液水量，优选3.09吨/吨乙醇；q1：蒸煮排出污水量；q2：洗浆排出污水量；J1：挤出浆浓40％；J2：洗浆稀释浆浓15％；A：补充清水量，则，
①蒸煮补水Q＝M/X％-M(a+b+c)％-F＝13.83吨补水/吨乙醇
②蒸煮排出污水量q1＝M/25％-N/40％＝19吨/吨乙醇，
即，蒸煮环节产生废水q1＝19吨/吨乙醇
③洗浆污水产生量q2＝N/J2％-N/J1＝8.33吨/吨乙醇,
即，洗浆环节产生废水q2＝8.33吨/吨乙醇
④总污水排出量q＝q1+q2＝27.83吨/乙醇,
即，需作蒸发处理的污水量＝27.83吨/乙醇
强调说明：27.83吨污水/吨乙醇＝27.83吨污水/4.05吨黄腐酸＝6.87吨污水/黄腐酸，远远小于10～12吨污水/吨黄腐酸的水平。
⑤蒸馏水产生量＝需作蒸发处理的污水量27.33-蒸发浓缩残余2*4.05＝19.23吨/吨乙醇,
即，可回用蒸馏水量为19.23吨/吨乙醇
⑥蒸馏水需水量＝蒸煮补水Q+洗浆用水q＝22.16吨/吨乙醇
⑦补清水量＝蒸馏产生量-蒸馏水需水量＝-2.93吨/吨乙醇
⑧平衡点确定：
定义：平衡点，即清水补充量为零时废醪液的回用水量。此时配药和洗浆水全部采用回用蒸馏水，而不用补充清水。
由此，废醪液污水回水量变为：F1＝F+2.93＝3.09+2.93＝6.02吨/吨乙醇时，
即，当废醪液污水回用量为6.02吨/吨乙醇时，达到平衡点，既无补充清水有无污水外排。
此时，蒸煮补水量变为Q1＝M/X％-M(a+b+c)％-F1＝16.92-6.02＝10.9吨补水/吨乙醇总排污水量q不变，总蒸馏水产生量不变，而，蒸馏水回用需求量变为＝蒸煮补水Q1+洗浆用水q＝19.23.吨/吨乙醇＝蒸馏水产生量19.23.吨/吨乙醇，达到平衡。
(5)当按照现有玉米淀粉乙醇排污水平计算时，废醪液污水8吨/吨乙醇全部回用于配药环节，外派污水量计算：设：
M：吨乙醇消耗原料，6吨/吨乙醇；N：吨乙醇消耗净化纤维素，2吨、吨乙醇；Q：蒸煮加水量，吨/吨原料；X：液比，X＝1：3＝25％；a％:原料带水，15％；b％：药剂带水，15％；c％：蒸汽折水，1吨蒸汽/吨原料；F：回用废醪液水量，8吨/吨乙醇；q1：蒸煮排出污水量；q2：洗浆排出污水量；J1：挤出浆浓40％；J2：洗浆稀释浆浓15％；A：补充清水量，则，
①蒸煮补水Q＝M/X％-M(a+b+c)％-F＝8.92吨补水/吨乙醇
②蒸煮排出污水量q1＝M/25％-N/40％＝19吨/吨乙醇，
即，蒸煮环节产生废水q1＝19吨/吨乙醇
⑤洗浆污水产生量q2＝N/J2％-N/J1＝8.33吨/吨乙醇
即，洗浆环节产生废水q2＝8.33吨/吨乙醇
⑥总污水排出量q＝q1+q2＝(M/25％-N/J1％)+(N/J2％-N/J1)＝27.83吨/吨乙醇，
即，需作蒸发处理的污水量＝27.83吨/吨乙醇
强调：单位黄腐酸污水处理量：27.83污水量/4.05吨黄腐酸＝6.87吨/吨黄腐酸
⑦蒸馏水产生量＝需作蒸发处理的污水量27.33-蒸发浓缩残余2*4.05＝19.23吨/吨乙醇
即，可回用蒸馏水量为19.23吨/吨乙醇
⑧蒸馏水需水量＝蒸煮补水Q+洗浆用水q＝17.25吨/吨乙醇
⑨蒸馏水结余量＝蒸馏产生量-蒸馏水需水量＝1.98吨/吨乙醇，
即，蒸馏水外排量为1.98吨/吨乙醇。
10、黄腐酸成为现有技术水平条件下解决问题的充分和必要条件。
首先，通过磺化水解纤维素既可以净化纤维素，脱出木质素、脱除半纤维素、脱除各类非纤维成分，又可以对所有水解的非纤维素成分进行接纳、兜底。其次，从化学成分上说，黄腐酸稀黑液既包含了磺化水解的木质素又包含了所有水解的非纤维素水解成分，可以容纳发酵液废水；第三，可以接纳预处理毒副产物，并且与其他非纤维素水解成份一道增加黄腐酸肥料的营养成分，实践证明通过水解洗涤可以达到良好的脱毒效果；第四，高附加值的黄腐酸可以有效益高纤维素乙醇产业项目的综合经济效益和产业竞争力。反之，若没有联产黄腐酸则所有非纤维素成分没有去处、单独处理废醪液污水污染负荷水量大投资高运行成本高可靠性差、得不到高附加值黄腐酸的返辅，整个产业系统难以为继，必然陷入当下的窘境。
11、系统稳定循环运行的必要条件。高纯度净化纤维素、高浓度乙醇醪液、受控制的废醪液水量、黄腐酸的联产、黄腐酸黑液的浓缩，构成纤维素乙醇生产技术系统必不可少的关节环节，缺一不可。没有高纯度纤维素便没有纤维素乙醇生产的前提，没有高浓度的乙醇醪液则吨乙醇耗水量的难以控制，系统水处理水平衡和环保制约则无法逾越，没有黄腐酸的联产，预处理副产物则无处可去，没有黄腐酸的污水蒸发浓缩乙醇废醪单独处理则难以实现。由此可见只要一个环节出现问题，整个系统的产业循环就会瘫痪，“趴窝”就成为必然。
12、倒逼优化。按照纤维素乙醇产业的内在逻辑关系，根据废嫪水处理满足回用到蒸煮系统的浆水平衡要求，倒逼控制废嫪液水量，进而倒逼控制糖化纤维素纯度，控制糖化底物水解固含量，倒逼控制预处理纤维素含量和固含量；糖化水解脱毒倒逼要求预处理脱毒；有机循环系统对各环节控制倒逼提出衔接指标要求。
13、技术集成的可行性。按照百度百科解释，技术集成，是按照一定的技术原理或功能目的，将两个或两个以上的单项技术通过重组而获得具有统一整体功能的新技术的创造方法。它往往可以实现单个技术实现不了的技术需求目的。
高纯度净化纤维素、高浓度乙醇醪液、受控制的废醪液水量、黄腐酸的联产、黄腐酸黑液的浓缩，构成了纤维素乙醇生产技术系统的子系统。
按照纤维素乙醇生产的内在规律性要求，对各环节、工序或单项技术或单元进行重组而获得统一完整的纤维素乙醇生产技术系统，并且按此思路进行设计、控制、运营、优化。
14、所述的一种联产黄腐酸的纤维素乙醇工厂化生产系统和方法，使得纤维原料中全部的两大组分——纤维素和非纤维素成分的全部，得到完全利用，并且是通过纤维素乙醇和黄腐酸两大生产系统完成的，即由蒸煮单元、疏解单元、洗浆分离单元、脱毒单元、浓缩单元、糖化单元、发酵单元、固液分离、蒸馏浓缩单元依次相连构成“纤维素——乙醇”的生产系统；由乙醇醪液固液分离单元、废醪残渣回用单元、废醪液回用单元、配药蒸煮单元、洗浆分离单元、蒸发浓缩、喷浆干燥单元依次相连构成“木质素+其它非纤维素成分——黄腐酸”的生产系统。
综合以上各技术要点，最终整合形成本发明的技术方案——一种联产黄腐酸的纤维素乙醇工厂化生产系统和方法。
具体为：
一种联产黄腐酸的纤维素乙醇工厂化生产系统和方法，提出一套完整的联产黄腐酸的高纯度高固含量纤维素生产高浓度乙醇的生产技术集成路线、技术规范，和达到规范要求及系统整合的途径和方法，实现预处理和乙醇生产的技术系统整合并协调运行，生产系统各项技术经济指标得到整体提升。具体为：
a.技术集成路线。从纤维素乙醇生产系统的三个关键环节控制入手，进行技术系统的集成和整合，即，三个关节环节——<预处理>—<乙醇生产>—<水处理>—，及其前后关联统环节，构成纤维素乙醇核心生产系统，具体为：环节一，水处理——<预处理>——糖化，环节二，预处理——<乙醇生产>——废醪液处理、环节三，黄腐酸污水处理——<水处理>——废醪液处理；
b.技术规范。重新定义纤维素乙醇生产系统技术规范或技术标准，规范体系内容包括：
①<预处理>系统技术规范，重新定义纤维素净化预处理技术规范或技术标准，优选的：
一是纤维素含量，75～95％，优选80～90％；
二是非纤维素含量，25～5％，优选20～10％，其中包括纤维原料中的非纤维素成份和非纤维成分：
非纤维素成分包括，木质素，含量2～6％，优选3～4％、半纤维素，含量2～6％，优选3～4％；
非纤维成分包括，果胶、脂肪、蜡质、粗蛋白，0～4％，优选0～1％；
三是预处理毒副产物，糖化发酵抑制物，主要包括弱酸类抑制物，如甲酸、乙酸和乙酰丙酸、糠醛类抑制物，如糠醛和5-羟甲基糠醛和酚类抑制物(如4-羟基苯甲酸、香草醛和邻苯二酚，0～3％，优选0～1％；
四是净化纤维素固含量，35～45％；
五是净化纤维素中结构水的COD300～3000mg/L，优选COD300～1100mg/L；
六是预处理工序的水循环系统，首先满足纤维原料净化蒸煮、洗涤和黄腐酸稀黑液的分离、蒸发浓缩和干燥的水平衡，其次能够全部接纳并消化处理乙醇废醪液污水。
七是回用粗馏废醪液后黄腐酸蒸发浓缩水处理量7～12吨/吨黄腐酸，优选7～10吨/吨黄腐酸，更优选7吨/吨黄腐酸。
②<乙醇生产>系统技术规范，优选的，定义如下：
一是底物固含量，20～40％，优选30～40％；
二是纤维素糖化酶用量4～10mg蛋白/g纤维素，半纤维素用量为零；
三是糖化液含糖量10～35％，优选25～36％；
四是乙醇醪液乙醇浓度8～18％；
五是确定特定生产条件下粗馏废醪液水量的平衡点，并由此控制系统与环境的浆水平衡，优选的，平衡点水量6.02吨/吨乙醇，即当废醪液回用量超过6.02吨/吨乙醇时生产系统将有无水向环境中排放；
五是新鲜水耗水量小于3吨/吨乙醇。
③<水处理>系统技术规范，包括预处理单元的水循环及水处理和乙醇生产单元的水循环和水处理，优选的，定义如下：
一是经过蒸煮和洗涤分离，纤维素净化分离后所有的非纤维素水解成分及预处理毒副产物全部汇入黄腐酸稀黑液中；
二是黄腐酸稀黑液经过蒸发浓缩得到的蒸馏水回用、得到的黄腐酸浓黑液干燥后得到黄腐酸干粉；
三是蒸馏水经过脱氮及常规生化处理后用于洗涤分离，从多道，优选四道逆向洗涤的最后一道工序加入，水质为COD300-1100mg/L，优选COD300-500mg/L，pH9.5-10.5，氨氮15mg/L；
四是粗馏废醪液污水全部汇集转移到预处理工序，进入预处理环节的蒸煮、洗浆、蒸发、喷粉干燥等用水点或水处理点进行多点处理；
五是乙醇精馏污水回用到糖化底物配制工序，多余部分回用到预处理洗浆工序；
六是整个生产系统与环境的水平衡。当整个生产系统排水量大于入水量时，作为唯一的排放口，在预处理蒸发浓缩环节，蒸馏水经过常规深度处理后达标排放。
c.达到规范的方法。主要包括，①高纯度纤维素的蒸煮净化预处理；②弱碱性洗涤脱毒和净化纤维素结构水COD控制；③净化纤维素固含量控制；④对糖化液进行浓缩；⑤粗馏废醪液污水总量控制及其转移处理算法、水平衡节点确认及其控制和实施方案；⑥纤维素乙醇生产系统污水唯一排放口的选择设计。
d.纤维素乙醇联产黄腐酸。优选的，每生产1吨纤维素乙醇，消耗木质纤维素原料6吨，产中间产物——净化纤维素2吨/吨乙醇，联产黄腐酸4.05吨黄腐酸(干粉)，其中黄腐酸有效成分30～48％。
在一些实施例中，高纯度纤维素的净化分离预处理，即通过蒸煮和洗浆分离得到净化纤维素和黄腐酸，具体过程为：
(1)水解，采取亚铵法蒸煮磺化水解木质素、弱酸水解半纤维素、蒸煮水解各种非纤维素成分，并进入蒸煮液；
(2)分离，对蒸煮后的纤维进行疏解和洗涤，将水解的各种非纤维素成分全部分离收集得到黄腐酸稀黑液，即包含磺化水解木质素、水解半纤维素及水解非纤维成分和毒副产物的混合液，黄腐酸稀黑液水量7～12吨/吨干基黄腐酸，优选7吨/吨干基黄腐酸。
(3)脱毒，蒸煮降解产生的预处理毒副产物，通过弱碱蒸馏水水逆向洗涤和分离全部进入黄腐酸稀黑液；
(4)蒸发浓缩，通过蒸发浓缩，得到高附加值的黄腐酸浓黑液，蒸馏水经深度处理后回用或达标排放。
(5)喷浆干燥，黄腐酸浓黑液干燥蒸发水量4吨/吨乙醇，黄腐酸干基含量30～48％。
在一些实施例中，采用亚铵法蒸煮，包括酸性亚铵法和中性亚铵法：
采用酸性亚铵法蒸煮，具体工艺为，亚硫酸铵10～20％，酸0～3％，包括硫酸、盐酸、甲酸、乙酸的一种或几种混合，pH4～6，液比1：3～4优选1：3，温度140～175℃，时间60～180min，催化剂0.1～1％，为CuSO4、CuCl2、FeSO4，一种或几种混合。经过蒸煮、疏解、洗浆分离，每6吨原料得到2吨高纯度纤维素，4.05吨(以干基计)黄腐酸。纤维素含量70～95％，非纤维素含量30～5％，预处理副产物0～3％，黄腐酸有效含量30-48％。
采用中性亚铵法蒸煮，加酸水解半纤维素，具体工艺为：首先，采取中性亚铵法进行蒸煮，磺化水解木质素、水解各种非纤维素成分，pH7～9，采用无Na离子缓冲剂，包括KOH、MgO、氨水等，分离得到固体纤维素和半纤维素；其次，蒸煮酸水解半纤维素，具体为，加酸，HCl或H2SO4的一种，加入量1～3％，浆浓10～30％，pH4～6，95～120℃蒸煮，保温30～90mm；第三步，水洗1～3遍，pH7。
在一些实施例中，弱碱性蒸馏水洗涤脱毒和净化纤维素结构水COD的控制，具体为，采用弱碱性蒸馏水洗涤，使得净化纤维素中残留的结构水COD300～3000mg/L，优选COD300～1000mg/L，pH7～8，氨氮15mg/L，工艺为：首先，对蒸发浓缩得到的蒸馏水COD900～1100mg/L、PH7～9、氨氮500～1000mg/L，进行控钠脱氮和生化处理，脱氮过程中控制NaOH加入量，不足部分用KOH补充，确保黄腐酸(干基)中Na含量小于0.15％，最终达到COD300～500mg/L、pH9.5～10.5，氨氮15mg/L；其次，采用多道逆向洗涤，优选四道逆向洗涤，将脱氮和生化处理后的弱碱性蒸馏水从纤维素净化洗涤工序中的最后一道即第四道加入，顺序进行逆向洗涤，即，将弱碱性蒸馏水从逆向洗涤的第四道洗浆机入水口加入，经洗涤后得到净化的纤维，同时引导第四道洗浆机出水口的洗浆水进入第三道洗浆机入水口，引导第三道洗浆机出水口的洗浆水进入第二道洗浆机入水口，引导第二道洗浆机出水口的洗浆水进入第一道洗浆机入水口，第一道挤浆机出水口得到的洗浆水即为黄腐酸稀黑液，pH5～6，收集后进入蒸发浓缩工序。
在一些实施例中，净化纤维素脱水浓缩，是指，经过逆向洗涤后的净化纤维素浆料通过双辊挤浆机挤浆脱水得到高净化纤维素，其固含量为27～45％，优选35～40％。
在一些实施例中，糖化发酵，具体为，净化纤维素固含量35～45％，加纤维素酶为诺维信CTec2.0，用量4～10mg酶蛋白/g纤维素，半纤维素酶0g/g纤维素，加醪液精馏水调至糖化底物固含量20～40％，pH5，采用公知的螺带式高浓酶-料混合器混合，50℃，时间12h，得到浓度7～36％(重量)的糖化液。
在一些实施例中，优选的，对糖化液进行浓缩，首先对糖化液进行固液分离，固相主要成分为未水解的木质素，回到预处理蒸煮水解，液相采用公知的方法进行浓缩，优选MVR蒸发浓缩或微滤加纳滤浓缩，优选MVR浓缩，使葡萄糖浓度15～40％，优选25～40％。
在一些实施例中，对糖化液、乙醇醪液、废醪液分别进行固液分离，收集固体回用到预处理蒸煮工序与纤维原料混合蒸煮。
在一些实施例中，粗馏废醪液污水总量控制及其转移处理算法、水平衡节点确认及其控制和实施方案，是指，对纤维素乙醇粗馏废醪液污水水量控制并全部转移处理，即乙醇粗馏废醪液全部汇集到预处理水循环系统消化处理。根据废醪液污染负荷不同可选择进入预处理环节的蒸煮、洗浆、蒸发、喷粉干燥四个用水点或水处理点进行多点处理。具体为：
(1)预处理单元可以接纳废醪液的节点包括蒸煮、洗浆、蒸发、喷粉干燥四个节点。即，在蒸煮节点用于配置药剂；在洗浆节点用于洗浆分离纤维素和黄腐酸得到黄腐酸稀黑液；在蒸发节点可以混到黄腐酸稀黑液中进行蒸发浓缩，蒸馏水经常规深度处理后回用或达标排放；在喷浆干燥节点可以直接混到黄腐酸浓黑液中，进行喷浆干燥得到黄腐酸干粉。
(2)粗馏废醪液水量控制。优选地，乙醇醪液总量5.59吨/吨乙醇，优选5.59吨/吨乙醇，经粗馏蒸发得到40％浓度的乙醇，残余粗馏废醪液水量3.09吨/吨乙醇回返回预处理回用。
(3)算法。即在设定的满足蒸煮和洗浆要求的前提下，将废嫪液回水量作为自变量，将补充清水或往系统外排水量作为因变量，将水处理关键因素废嫪液回水量、蒸发浓缩水量、补充清水量、外排污水量置于可控的范围。
优选的，设定条件为：原料消耗6绝干吨/吨乙醇、固液比1:3，原料含水率15％，药剂用量15％含水量20％，脱水挤浆浓度40％，洗浆稀释浓度15％，净化纤维素得率2吨/吨乙醇，蒸发残留固含重量比50％，黄腐酸得率4.05吨/吨乙醇，对应蒸发污水量6.87吨/吨黄腐酸，小于7～12吨/吨干基黄腐酸的正常水平，废嫪液污水回用量3.09吨/吨乙醇。
得到，清水补充量2.93吨/吨乙醇(含生产4.05吨黄腐酸)；进而得到废嫪液回用量F的平衡点：F＝6.02吨/吨乙醇，即，
当F>6.02吨/吨乙醇时，只排不补；
当F<6.02吨/吨乙醇时，只补不排；
当F＝6.02吨/吨乙醇时，不补不排。
并且，当按照现有玉米淀粉乙醇排污水平计算时，废醪液污水8吨/吨乙醇全部回用于配药环节时外派污水量1.98吨/吨乙醇。
废醪液污水回用入口节点为：蒸煮配药；
清水补水入口为：逆向洗涤最后一道洗浆机的入水口；
排水出口为：经过蒸发浓缩得到的蒸馏水，经深度生化处理后达标排放。
在一些实施例中，纤维素乙醇整个生产系统的唯一排放口的设计，是指，设计黄腐酸稀黑液的蒸发浓缩节点作为唯一排放口，当系统总出水量大于总入水量时，所有外排的污水都通过蒸发浓缩形成蒸馏水并经深度处理后达标排放。
在一些实施例中，提供了完整的纤维素乙醇技术集成方案和技术规范以及达成规范的技术路线和实现方法，适合于各类纤维原料生产黄腐酸和高浓度纤维素乙醇，包括各类农业废弃物，各类非木纤维，竹木林下脚料，果树枝桠材，可以按照本方案提供的思路和方法对不同的纤维原料生产黄腐酸和纤维素乙醇进行技术集成优化和持续运营。
最终，纤维原料中两大组分——纤维素和非纤维素成分的全部，得到完全利用，并且是通过纤维素乙醇和黄腐酸两大生产系统完成的，即由蒸煮单元、疏解单元、洗浆分离单元、脱毒单元、浓缩单元、糖化单元、发酵单元、固液分离单元、蒸馏浓缩单元依次相连构成“纤维素——乙醇”的生产系统；由乙醇醪液固液分离单元、废醪残渣回用单元、废醪液回用单元、配药蒸煮单元、洗浆分离单元、蒸发浓缩单元、喷浆干燥单元依次相连构成“木质素+其它非纤维素成分——黄腐酸”的生产系统。
结果对比分析：表一
说明：带*号为现有技术(来源：刘刚鲍杰“逼近玉米乙醇指标的先进纤维素乙醇技术(《生物产业技术》2018.01)，带#为本发明对比技术
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
以下实施例中，采用的菌株皆为市售的菌株。
实施例1
第一步，预处理备料：以麦草为原料，采用碱性亚铵法制浆进行蒸煮预处理，得浆料。
取样5公斤，测得固含量23％，测得纤维成分：纤维素60％，半纤维素33.6％，木质素和灰分6.4％。
第二步，酶解糖化：纤维素酶为诺维信CTec2.0，用量为8mg酶蛋白/g干基物料，50℃，酶解糖化36小时得到94.5g/L葡萄糖和34.6g/L木糖。
第三步，发酵：以原始原料发酵，未作任何稀释和烘干。发酵方式为同步糖化与葡萄糖/木糖共发酵。20％固含量，5L发酵罐，30℃，10％接种量，发酵菌株为酿酒酵母工程菌。
发酵时间：96小时，每隔12小时检测一次数据。
发酵乙醇浓度72.37g/L，折合体积浓度为9.2％。从麦秆原料中的纤维素和半纤维素到乙醇得率为理论的率的86.7％。
第四步，检测据数据分析：
(注：数据由第三方实验室检测提供)
(一)糖-醇转化率
如图1所示：发酵曲线。说明葡萄糖、木聚糖、乙醇发酵转化关系
结果分析和说明：
(1)糖醇转化率。
经过12小时糖化发酵，葡萄糖含量从94.5g/L，减少到3g/L，糖-醇转化率96.8％。
经过24小时糖化发酵，葡萄糖含量从94.5g/L，减少到1g/L，糖-醇转化率98.9％。
糖-醇转化率高，转化充分。
(2)启发：
首先，经过48小时发酵后，糖-醇转化率就可达到98.9％，转化相当充分，说明现有条件下木聚糖对葡萄糖-乙醇的转化影响不大。
其次，木聚糖残留在36小时有后基本变化不大，说明，针对葡萄的酵母只对其中的六碳糖发挥作用，对五碳糖不起作用。但是木聚糖中的五碳糖构成了醪液的无效成分，一方面降低了醪液中乙醇的浓度，另一方面增加了废醪液的水量和污染负荷，应当在于处理环节加以去除。
第三，半纤维素中的部分水解糖可以转化为乙醇，在本实施例中转化率为59.5％。
(二)毒副产物影响
本实施例中未检测到任何常规抑制物，说明通过碱法蒸煮进行纤维原料预处理脱毒效果良好。见图2CFU细胞生长图
图2糖-醇转化发酵酶细胞存活率，说明酿酒酵母没收到毒副产物的影响。
(三)废醪液污水量计算
本实施例最终得到醪液乙醇浓度72.37g/L，折算每吨乙醇废料液12.8吨，若按照粗馏提取40％浓度乙醇，则残余废料液11.3吨。
总之，按照本发明定义的纤维素净化的标准规范对比：其一，对于纤维素成分预处理来说，半纤维素含量33％，不达标，影响乙醇浓度；其二，对于非纤维成分和预处理副产物，由于未检测到常规的毒副产物，脱毒是达标的；其三，纤维素的固含量只有20％，没有达到优化的30％的标准，是影响后续废醪液水量的关键因素；其四，废醪液的污水量11.3吨，未达到定义所优化的6.02吨/吨乙醇要求，需进一步优化工艺。此时，若全部回用到预处理配药环节会有5.29吨/吨乙醇的蒸馏水经过处理后达标排放。
5.29吨的污水排放量是指生产1吨纤维素乙醇同时生产4.05吨黄腐酸干粉时的总的排污量，即折算到黄腐酸污水排放量为：5.29/4.05＝1.3吨污水/吨黄腐酸干粉，又是很理想的。
说明联产黄腐酸的纤维素乙醇的污水吸纳能力是比较充分的。
实施例2
第一步：预处理备料。以麦草为原料，首先采用中性亚铵法制浆进行蒸煮预处理，得浆料a；然后对浆料a做酸化处理得浆料b。酸化处理工艺为：盐酸2％，浆浓8％，蒸煮温度95～100℃，时间90min，水洗三遍，pH7。
取样浆料b5公斤，测得固含量35％，测得纤维成分：纤维素64％，半纤维素18％，木质素和灰分18％。
第二步，酶解糖化：纤维素酶为诺维信CTec2.0，用量为4mg酶蛋白/g干基物料，50℃，酶解糖化36小时得到72.2g/L葡萄糖和19.0g/L木糖。
第三步，发酵：以原始原料发酵，未作任何稀释和烘干。发酵方式为同步糖化与葡萄糖/木糖共发酵。20％固含量，5L发酵罐，30℃，10％接种量，发酵菌株为酿酒酵母工程菌。
发酵时间：96小时，每隔12小时检测一次数据。
发酵乙醇浓度40.3g/L，折合体积浓度为5.1％。从棉秆原料中的纤维素和半纤维素到乙醇得率为理论的率的48.6％。
第四步，检测据数据分析：
(注：数据由第三方实验室检测提供)
(一)糖-醇转化率
发酵96小时：
葡萄糖含量：1g/L，糖-醇转化率98.9％
木聚糖含量：4g/L，糖化率78.9％
乙醇含量：40.3g/L
最终，发酵乙醇产量40.3g/L，折合体积浓度为5.1％。
如图3所示：发酵曲线。说明葡萄糖、木聚糖、乙醇发酵转化关系
结果分析和说明：
(1)糖醇转化率。
经过12小时糖化发酵，葡萄糖含量从72.2g/L，减少到25g/L，糖-醇转化率65.4％。
经过24小时糖化发酵，葡萄糖含量从72.2g/L，减少到1g/L，糖-醇转化率98.6％。
糖-醇转化率比较高，转化充分。
(2)启发：
首先，经过48小时发酵后，糖-醇转化率就可达到98.6％，转化相当充分，说明现有条件下木聚糖对葡萄糖-乙醇的转化速度影响不大。
其次，木聚糖在36小时时转化率39.3％，说明针对葡萄的酵母只对其中的六碳糖发挥作用，对五碳糖作用要小得多。木质素的大量存在，一方面阻挡了酶对纤维素的有效接触，另一方面增加了废醪液的水量和污染负荷，应当在于处理环节加以去除。
第三，半纤维素中的部分水解糖可以部分转化为乙醇，在本实施例中转化率为78.9％。见图3。
(二)毒副产物影响
本实施例中未检测到任何常规抑制物，说明通过碱法蒸煮进行纤维原料预处理脱毒效果良好。见图4CFU细胞生长图
图4糖-醇转化发酵酶细胞存活率，说明酿酒酵母没收到毒副产物的影响。
(三)废醪液污水量计算
本实施例最终得到醪液乙醇浓度40.3g/L，折算每吨乙醇废料液23.8吨，若按照粗馏提取40％浓度乙醇，则残余废料液22.3吨。显然污水量太大，联产黄腐酸的纤维素乙醇生产系统需无法承受，可以从降低非纤维素成分，即从预处理环节降低木质素和半纤维素的含量，进而提高乙醇浓度，降低废醪液产量，减少污水处理负担。
总之，按照本发明定义的纤维素净化的标准规范对比：其一，对于纤维素成分预处理来说，半纤维素含量18％，超标；木质素和灰分含量18％，也处于超标标状态；其二，对于非纤维成分和预处理副产物，由于未检测到常规的毒副产物，脱毒是达标的；其三，纤维素的固含量只有20％，没有达到优化的30％的标准；其四，纤维素酶用量40mg蛋白/g纤维素，用量不足进而导致糖化浓度不足最终导致纤维素乙醇浓度小，也是影响乙醇得率是影响后续废醪液水量的重要因素。
实施例3
对比例。
第一步，备料预处理：采用亚硫酸盐方法做预处理，得到亚硫酸盐竹浆，测得原料成分为纤维素75％，半纤维素22.7％，木质素2.3％。
第二步，酶解糖化：纤维素酶为诺维信CTec2.0，用量为10mg酶蛋白/g干基物料，50℃，酶解糖化36小时得到110.2g/L葡萄糖和36.6g/L糖化木糖。
第三步，发酵：发酵方式为同步糖化与葡萄糖/木糖共发酵。20％固含量，5L发酵罐，30℃，10％接种量，发酵菌株为酿酒酵母工程菌。
第四步，检测结果：
乙醇浓度80.7g/L，体积浓度10.2％(v/v)，乙醇得率90.2％。
第五步，测算转移处理的污水量：
乙醇醪液总量9.8吨/吨乙醇，粗蒸馏得到40％纯度乙醇，产生废醪液污水6.3吨/吨，全部转移到预处理配药环节处理，超过优选条件下的水平点6.02吨废醪液污水/吨乙醇，往环境排放水量6.3-6.02＝0.28吨/吨乙醇，水质和排放口为：经过蒸发浓缩得到的蒸馏水经常规深度处理后达标排放。
实施例4
预处理蒸煮净化单元水平衡
(1)流程，见图5：
(2)各节点水平衡：
①蒸煮，液比1：3～4；
②洗涤，经过洗涤分离，得③黄腐酸稀黑液7～12吨/吨黄腐酸，固含量8-12％；
④蒸发浓缩，得到固含量40～60％的⑤黄腐酸浓黑液2吨，和
⑥蒸馏水5～10吨/吨黄腐酸；
⑥蒸馏水回用于①蒸煮和②洗涤，超出部分——⑦达标排放；
⑤黄腐酸浓黑液2吨经过喷浆干燥得到⑧黄腐酸干粉1吨。
实施例5
发酵单元的水平衡
(1)糖化发酵流程：见图6
(2)各节点水平衡：
按照本发明对净化纤维素指标定义，(①)净化纤维素固含量40％，纤维素成分含量90～95％，按照90％计算，(④)糖化底物固含量20～30％，按照30％计算，则纤维素有效含量为27％。
当纤维素-糖转化率按照100％计算，则理论(④)糖化液含糖量为27％*1.11＝29.97％；按葡萄糖-乙醇理论转化率铵100％计算，即1吨纤维素理论转化0.51吨乙醇和0.49吨CO2，即每产1吨乙醇伴生0.95吨CO2；(⑤)醪液乙醇浓度为29.97*0.51＝152.85g/L，相当于废醪液6.54吨/乙醇；(⑥)经过粗馏得到浓度为40％的乙醇，残留废醪液4.04吨/乙醇，减去CO20.95吨/乙醇，残余废醪液为4.04-0.95＝3.09吨/乙醇；经过(⑦)精馏，得到99.5％的无水乙醇，蒸馏水会用到(②)加水，加糖酶化环节。
实施例6
乙醇—预处理系统之间的水平衡
3.09吨/乙醇残余废醪液输送到预处理环节，根据废醪液的污染负荷的高低不同，分别进入图5的节点①蒸煮配药、②洗涤、③、系稀黑液蒸发、⑤浓黑液喷浆干燥，进行消化处理。
实施例7
系统与环境的水平衡。见图7
进入系统的水分包括：原料本带水、蒸汽、蒸煮药剂和糖化发酵助剂带水、系统补水；
排入环境的水分：黄腐酸干燥脱水、精馏乙醇带走的水分、乙醇生产过程中排放CO2带走水分。
当进入系统的水分大于排入环境的水分时，就意味著有从系统往环境排放的污水。
本发明采取的措施时，选择预处理的蒸发浓缩环节作为污水排放口，即对黄腐酸稀黑液经过蒸发浓缩后得到的蒸馏水进行常规的深度处理后达标排放。
实施例8
算法：
针对现有纤维素乙醇工业化生产的痛点之二——控制废醪液污水量。理论计算：固含量30％，纯度为90％的纤维素，纤维素到葡萄糖转化率为180/162＝1.1111倍，葡萄糖51％的乙醇理论得率为15.3％(重量比)，1吨乙醇伴生CO20.95吨，则理论计算乙醇醪液总量为1/15.3％-0.95＝5.59吨/吨乙醇，扣除挥发CO2以后的底物计算量为100-15.3*95％＝85.465，则实际乙醇浓度应为15.3/85.465＝17.9％。经过粗馏得到40％的乙醇溶液后，残留废醪液总水量＝5.59-2.5＝3.09吨/吨乙醇。废醪液总量为5.59-0.995＝4.595吨/吨乙醇。大大小于玉米乙醇的8.1吨/吨乙醇，也大大小于世界上最先进的纤维素乙醇废醪液总水量。
针对现有纤维素乙醇工业化生产的痛点之三——废醪液污水的转移处理。总的来看，控制醪液污水的水质、水量、污水的去向都是解决问题的出路所在：
一是水质，去除废醪液中的木质素、半纤维素及其副产物是解决问题的关键。在预处理环节对所有的非纤维素成分的绝大部分进行水解并分离收集到黄腐酸黑液中，把有害成分变成黄腐酸黑液中的营养成分；
二是水量，有效控制污水量，即通过高纤维素含量、高固含量、高底物浓度，乃至高乙醇浓度控制废醪液水量；
三是去向，本发明不主张对废醪液单独设置一套处理系统，采取转移处理的方式，充分利用预处理环节的蒸煮、洗浆、蒸发、喷粉干燥等多点处理，对全部废醪液分门别类进行回用或直接处理，大大减少了单独处理乙醇废醪液的投资和运行成本，大大减轻了现有技术对废醪液单独处理给纤维素乙醇生产造成的沉重负担。
从黄腐酸生产角度来看，废醪液的主要成分主要包括残余木质素、半纤维素的水解产物和残留的糖化发酵的纤维素，以及残留糖化发酵蛋白质，经过蒸煮后所有这些都构成了黄腐酸的有效成分，可谓变废为宝，一举两得。
算法运算过程说明：
废醪液完全回用于蒸煮配药和洗浆环节水平衡算法：
3.09吨废醪液污水/吨乙醇转移到预处理蒸煮节点用于蒸煮药业配置：
一是原料及产品得率计算。理论上，1.761吨纤维素生产1吨纤维素乙醇，0.95吨CO2。按照纤维原料纤维素含量33％计算，需要纤维原料5.34吨/吨乙醇；按照净化后纤维素乙含量90％计算，需要净化纤维素浆料为1.957吨/吨乙醇，为便于计算按照净化纤维素浆料2吨/乙醇，需要纤维原料5.933吨/吨乙醇，考虑糖化发酵效率，按照1吨纤维乙醇消耗6吨绝干纯净纤维原料计算，即6吨纤维原料生产2吨净化纤维素浆、1吨纤维素乙醇、伴生0.95吨CO2、4.05吨黄腐酸干粉。
二是水平衡计算。
粗馏废醪液污水总量控制及其转移处理算法、水平衡节点确认及其控制和实施方案，是指，对纤维素乙醇粗馏废醪液污水水量控制并全部转移处理，即乙醇粗馏废醪液全部汇集到预处理水循环系统消化处理。根据废醪液污染负荷不同可选择进入预处理环节的蒸煮、洗浆、蒸发、喷粉干燥四个用水点或水处理点进行多点处理。具体为：
(1)预处理单元可以接纳废醪液的节点包括蒸煮、洗浆、蒸发、喷粉干燥四个节点。即，在蒸煮节点用于配置药剂；在洗浆节点用于洗浆分离纤维素和黄腐酸得到黄腐酸稀黑液；在蒸发节点可以混到黄腐酸稀黑液中进行蒸发浓缩，蒸馏水经常规深度处理后回用或达标排放；在喷浆干燥节点可以直接混到黄腐酸浓黑液中，进行喷浆干燥得到黄腐酸干粉。
(2)粗馏废醪液水量控制。优选地，乙醇醪液总量5.59～8吨/吨乙醇，优选5.59吨/吨乙醇，经粗馏蒸发得到40％浓度的乙醇，残余粗馏废醪液水量3.09～3.51吨/吨乙醇，优选3.09吨/吨乙醇。
(3)算法。即在设定的满足蒸煮和洗浆要求的前提下，将废嫪液回水量作为自变量，将补充清水或往系统外排水量作为因变量，将水处理关键因素废嫪液回水量、蒸发浓缩水量、补充清水量、外排污水量置于可控的范围。
优选的，设定条件为，原料消耗6绝干吨/吨乙醇、固液比1:3，原料含水率15％，药剂含水率15％含水量20％，脱水挤浆浓度40％，洗浆稀释浓度15％，净化纤维素得率2吨/吨乙醇，蒸发残留固含量重量比50％，黄腐酸得率4.05吨/吨乙醇，蒸发污水量小于7～12吨/吨干基黄换腐，酸水吨废嫪液回水水量从3.09～6.02/吨乙醇，优选3.09吨。则，得到，清水补充量2.93～0吨/吨乙醇，得到废嫪液回用量F的平衡点，即，当F>6.02，则只排不补,F<6.02，则只补不排,F＝6.02则不补不排。
补水入口为：逆向洗涤最后一道洗浆机的入水口；
排水出口为：经过蒸发浓缩得到的蒸馏水，经深度生化处理后达标排放。
(4)计算过程：——水平衡点计算及控制：
设：
M：吨乙醇消耗原料，6吨/吨乙醇；N：吨乙醇消耗净化纤维素，2吨/吨乙醇；Q：蒸煮加水量，吨/吨原料；X：液比，X＝1：3＝25％；a％:原料带水，15％；b％：药剂带水，15％；c％：蒸汽折水，1吨蒸汽/吨原料；F：回用废醪液水量，优选3.09吨/吨乙醇；q1：蒸煮排出污水量；q2：洗浆排出污水量；J1：挤出浆浓40％；J2：洗浆稀释浆浓15％；A：补充清水量，
则，
①蒸煮补水Q＝M/X％-M(a+b+c)％-F＝13.83吨补水/吨乙醇
②蒸煮排出污水量q1＝M/25％-N/40％＝19吨/吨乙醇,
即，蒸煮环节产生废水q1＝19吨/吨乙醇
③洗浆污水产生量q2＝N/J2％-N/J1＝8.33吨/吨乙醇,
即，洗浆环节产生废水q2＝8.33吨/吨乙醇
④总污水排出量q＝q1+q2＝(M/25％-N/J1％)+(N/J2％-N/J1)＝27.83吨/乙醇,
即，需作蒸发处理的污水量＝27.83吨/乙醇
强调说明：27.83吨污水/吨乙醇＝27.83吨污水/4.05吨黄腐酸＝6.87吨污水/黄腐酸，远远小于10～12吨污水/吨黄腐酸的水平。
⑤蒸馏水产生量＝需作蒸发处理的污水量27.33-蒸发浓缩残余2*4.05＝19.23吨/吨乙醇,
即，可回用蒸馏水量为19.23吨/吨乙醇
⑥蒸馏水需水量＝蒸煮补水Q+洗浆用水q＝22.16吨/吨乙醇
⑦补清水量＝蒸馏产生量-蒸馏水需水量＝-2.93吨/吨乙醇
⑧平衡点确定：
定义：平衡点，即清水补充量为零时废醪液的回用水量。此时配药和洗浆水全部采用回用蒸馏水，而不用补充清水。
由此，废醪液污水回水量变为：
F1＝F+2.93＝3.09+2.93＝6.02吨/吨乙醇时，即，当废醪液污水回用量为6.02吨/吨乙醇时，达到平衡点，既无补充清水有无污水外排。
此时，蒸煮补水量变为Q1＝M/X％-M(a+b+c)％-F1＝16.92-6.02＝10.9吨补水/吨乙醇,
总排污水量q不变，总蒸馏水产生量不变，而，蒸馏水回用需求量变为＝蒸煮补水Q1+洗浆用水q＝10.9+8.33＝19.23.吨/吨乙醇＝蒸馏水产生量19.23吨/吨乙醇。
达到平衡。
(5)当按照现有玉米淀粉乙醇排污水平计算时，废醪液污水8吨/吨乙醇全部回用于配药环节，外排污水量计算：
设：
M：吨乙醇消耗原料，6吨/吨乙醇；N：吨乙醇消耗净化纤维素，2吨、吨乙醇；Q：蒸煮加水量，吨/吨原料；X：液比，X＝1：3＝25％；a％:原料带水，15％；b％：药剂带水，15％；c％：蒸汽折水，1吨蒸汽/吨原料；F：回用废醪液水量，优选8吨/吨乙醇；q1：蒸煮排出污水量；q2：洗浆排出污水量；J1：挤出浆浓40％；J2：洗浆稀释浆浓15％；A：补充清水量
则，
①蒸煮补水Q＝M/X％-M(a+b+c)％-F＝8.92吨补水/吨乙醇
②蒸煮排出污水量q1＝M/25％-N/40％＝19吨/吨乙醇,
即，蒸煮环节产生废水q1＝19吨/吨乙醇
⑤洗浆污水产生量q2＝N/J2％-N/J1＝8.33吨/吨乙醇
即，洗浆环节产生废水q2＝8.33吨/吨乙醇
⑥总污水排出量q＝q1+q2＝(M/25％-N/J1％)+(N/J2％-N/J1)＝27.83吨/乙醇,
即，需作蒸发处理的污水量＝27.83吨/吨乙醇
强调：单位黄腐酸污水处理量：27.83污水量/4.05吨黄腐酸＝6.87吨，
⑦蒸馏水产生量＝需作蒸发处理的污水量27.33-蒸发浓缩残余2*4.05＝19.23吨/吨乙醇,
即，可回用蒸馏水量为19.23吨/吨乙醇
⑧蒸馏水需水量＝蒸煮补水Q+洗浆用水q＝17.25吨/吨乙醇
⑨蒸馏水结余量＝蒸馏产生量-蒸馏水需水量＝1.98吨/吨乙醇,
即，蒸馏水外排量为1.98吨/吨乙醇。
实施例9
实施条件同实施例8，只有洗浆水稀释浓度降低。
当洗浆水稀释浓度由15％降低到10％，挤浆浓度保持40％不变时，则洗浆环节产生污水量＝2/10-2/40％＝15吨/吨乙醇，
则需要蒸发的蒸馏水总量＝19+15＝34吨/吨乙醇，清水补充量仍为2.93吨/吨乙醇。
折合黄腐酸生产需要蒸发的污水量为：34吨/吨乙醇＝34/4.04＝8.48吨/吨干基黄腐酸。
仍低于10～12吨/吨干基黄腐酸的常规水平。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (14)
1.一种联产黄腐酸的纤维素乙醇工厂化生产方法，其特征在于，包括：
将原料采取亚铵法蒸煮、分离，得到纤维和蒸煮液；
将所述纤维进行疏解，采用弱碱蒸馏水逆向洗涤脱毒，收集洗涤液和脱毒后的纤维；
将脱毒后的纤维进行挤浆浓缩、糖化、发酵、蒸馏浓缩，得到纤维素乙醇；
将所述洗涤液和蒸煮液混合，蒸发浓缩，得到黄腐酸浓黑液和蒸馏水，再进行喷浆干燥，得到黄腐酸；
对糖化液、乙醇醪液、废醪液分别进行固液分离，收集固体回用到预处理蒸煮工序与纤维原料混合蒸煮；
将乙醇废醪液污水全部转移到预处理单元处理；
最终，纤维原料中的两大组分——纤维素和非纤维素成分的全部，完全得到利用，即通过“纤维素——乙醇”生产系统得到纤维素乙醇，通过“木质素+其他非纤维素成分——黄腐酸”生产系统得到黄腐酸；
乙醇粗馏废醪液全部汇集到预处理水循环系统消化处理；
根据废醪液污染负荷不同可选择进入预处理环节的蒸煮、洗浆、蒸发、喷粉干燥四个用水点或水处理点进行多点处理；
具体为：
（1）预处理单元可以接纳废醪液的节点包括蒸煮、洗浆、蒸发、喷粉干燥四个节点，即，在蒸煮节点用于配置药剂；在洗浆节点用于洗浆分离纤维素和黄腐酸得到黄腐酸稀黑液；在蒸发节点可以混到黄腐酸稀黑液中进行蒸发浓缩，蒸馏水经常规深度处理后回用或达标排放；在喷浆干燥节点可以直接混到黄腐酸浓黑液中，进行喷浆干燥得到黄腐酸干粉；
（2）粗馏废醪液水量控制：乙醇醪液总量5.59吨/吨乙醇，经粗馏蒸发得到40%浓度的乙醇，残余粗馏废醪液水量3.09吨/吨乙醇回返回预处理回用；
（3）算法：即在设定的满足蒸煮和洗浆要求的前提下，将废嫪液回水量作为自变量，将补充清水继而往系统外排水量作为因变量，将水处理关键因素废醪液回水量、蒸发浓缩水量、补充清水量、外排污水量置于可控的范围；
设定条件为：原料消耗6绝干吨/吨乙醇、固液比1:3，原料含水率15%，药剂用量20%含水率15%，脱水挤浆浓度40%，洗浆稀释浓度15%，净化纤维素得率2吨/吨乙醇，蒸发残留固含重量比50%，黄腐酸得率4.05吨/吨乙醇，对应蒸发污水量6.87吨/吨黄腐酸，小于7~12吨/吨干基黄腐酸的正常水平，废醪液污水回用量3.09吨/吨乙醇；
得到，清水补充量2.93吨/（1吨乙醇+4.05吨黄腐酸）；进而得到废醪液回用量的平衡点F=6.02吨/吨乙醇，即，
当F>6.02吨/吨乙醇时，只排不补；
当F<6.02吨/吨乙醇时，只补不排；
当F=6.02吨/吨乙醇时，不补不排；
并且，当按照现有玉米淀粉乙醇排污水平计算时，废醪液污水8吨/吨乙醇全部回用于配药环节时外派污水量1.98吨/吨乙醇；
废醪液污水回用入口节点为：蒸煮配药；
清水补水入口为：逆向洗涤最后一道洗浆机的入水口；
排水出口为：经过蒸发浓缩得到的蒸馏水，经深度生化处理后达标排放；
纤维素乙醇整个生产系统的唯一排放口的设计，是指，设计黄腐酸稀黑液的蒸发浓缩节点作为唯一排放口，当系统总出水量大于总入水量时，所有外排的污水都通过蒸发浓缩形成蒸馏水并经深度处理后达标排放。
2.如权利要求1所述的一种联产黄腐酸的纤维素乙醇工厂化生产方法，其特征在于，所述亚铵法蒸煮为酸性亚铵法蒸煮，具体工艺为，亚硫酸铵10~20%，酸3%；pH4~6，液比1：3~4，温度140~175℃，时间60~180min，催化剂0.1~1%；
所述催化剂为CuSO4、CuCl2、FeSO4中的一种或两种混合；
酸为硫酸、盐酸、甲酸、乙酸的一种或几种混合；
经过蒸煮、疏解、洗浆分离，每6吨原料得到2吨高纯度纤维素，4.05吨黄腐酸，以干基计；纤维素含量70～95%，非纤维素含量20～5%，预处理副产物0～3%，黄腐酸干基有效含量30-48%，非纤维素成分中半纤维素含量2～6%、木质素含量2～6、非纤维成分含量0～4%。
3.如权利要求1所述的一种联产黄腐酸的纤维素乙醇工厂化生产方法，其特征在于，所述亚铵法蒸煮为中性亚铵法蒸煮，加酸水解半纤维素，具体工艺为：首先，采取中性亚铵法进行蒸煮，磺化水解木质素、水解各种非纤维素成分，pH7～9，采用无Na离子缓冲剂，包括KOH、MgO、氨水，分离得到固体纤维素和半纤维素；其次，蒸煮酸水解半纤维素，具体为，加酸，HCl或H2SO4的一种，加入量1~3%，浆浓10~30%，pH3~6，95~120℃蒸煮，保温30~90mm；第三步，水洗1~3遍，pH7。
4.如权利要求1所述的联产黄腐酸的纤维素乙醇的工厂化生产方法，其特征在于，弱碱性蒸馏水洗涤脱毒，具体为，采用弱碱性蒸馏水洗涤，使得净化纤维素中残留的结构水COD300～3000mg/L， pH7～8，氨氮15mg/L。
5.如权利要求1所述的联产黄腐酸的纤维素乙醇的工厂化生产方法，其特征在于，所述弱碱性蒸馏水的来源为：对蒸发浓缩得到的蒸馏水COD 900～1100mg/L、PH7～9、氨氮500～1000mg/L，进行控钠脱氮和生化处理，脱氮过程中控制NaOH加入量，不足部分用KOH补充，确保黄腐酸干基中Na含量小于0.15%，最终达到COD 300～500mg/L、pH9.5～10.5，氨氮15mg/L。
6.如权利要求1所述的一种联产黄腐酸的纤维素乙醇工厂化生产方法，其特征在于，所述弱碱性蒸馏水洗涤脱毒的具体步骤为：采用多道逆向洗涤，四道逆向洗涤，将脱氮和生化处理后的弱碱性蒸馏水从纤维素净化洗涤工序中的最后一道即第四道加入，顺序进行逆向洗涤，即，将弱碱性蒸馏水从逆向洗涤的第四道洗浆机入水口加入，经洗涤后得到净化的纤维，同时引导第四道洗浆机出水口的洗浆水进入第三道洗浆机入水口，引导第三道洗浆机出水口的洗浆水进入第二道洗浆机入水口，引导第二道洗浆机出水口的洗浆水进入第一道洗浆机入水口，第一道挤浆机出水口得到的洗浆水即为黄腐酸稀黑液，pH5～6，收集后进入蒸发浓缩工序。
7.如权利要求1所述的一种联产黄腐酸的纤维素乙醇工厂化生产方法，其特征在于，净化纤维素挤浆浓缩，是指，经过逆向洗涤后的净化纤维素浆料通过双辊挤浆机挤浆脱水得到高净化纤维素，其固含量为27～45%。
8.如权利要求7所述的一种联产黄腐酸的纤维素乙醇工厂化生产方法，其特征在于，固含量为35～40%。
9.如权利要求1所述的一种联产黄腐酸的纤维素乙醇工厂化生产方法，其特征在于，糖化发酵的具体步骤为，净化纤维素固含量35～45%，加纤维素酶为诺维信CTec2.0，用量4～10mg酶蛋白/g纤维素，半纤维素酶0mg/g纤维素，加醪液精馏水调至糖化底物固含量20～40%，pH5，采用公知的螺带式高浓酶—料混合器混合，50℃，时间12～36h，得到浓度7～36%重量比的糖化液，乙醇浓度8～18g/L，乙醇得率90%。
10.如权利要求1所述的一种联产黄腐酸的纤维素乙醇工厂化生产方法，其特征在于，对糖化液进行浓缩，首先对糖化液进行固液分离，固相主要成分为未水解的木质素，回到预处理蒸煮水解，液相采用公知的方法进行浓缩，使葡萄糖浓度15～40%。
11.如权利要求10所述的一种联产黄腐酸的纤维素乙醇工厂化生产方法，其特征在于，液相采用MVR蒸发浓缩或微滤加纳滤浓缩。
12.如权利要求11所述的一种联产黄腐酸的纤维素乙醇工厂化生产方法，其特征在于，液相采用MVR浓缩。
13.如权利要求10所述的一种联产黄腐酸的纤维素乙醇工厂化生产方法，其特征在于，葡萄糖浓度25～40%。
14.如权利要求1—13任一种联产黄腐酸的纤维素乙醇工厂化生产方法，所述原料包括各类农业废弃物。
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