酒精废水的处理技术综述

酒精废水的处理技术综述摘要酒精废水未达标排放会对水体以及生物体造成危害。本文主要介绍了酒精废水来源、水质特点、水质危害以及常见的几种处理的方法与工艺流程，包括浓缩燃烧法、生产蛋白饲料工艺(DDGS)、生物法。认为酒精废水是高浓度有机废水，可生化性强，生物法处理具有一定可行性，采用厌氧-好氧组合法工艺是一种有效的处理工艺。关键词酒精废水燃烧法DDGS生物法引言据不完全统计,我国每年的工业废水和城镇生活污水排放总量已达到631亿吨,而其中更是有大部分污水未经处理就直接排入了江河湖海,水污染现象十分严重[1]。酒精废水作为一种高浓度的有机废水,如果不采取有效措施进行处理,其COD常高达8xIO4mg/L以上,将会对水环境成极大的危害。现在虽然大部分酒精厂都采用了固液分离后技术,但COD仍在2x104mg/L以上,是我国水体最严重的污染源之一,不仅对环境造成了极大的破坏,而且限制了企业的生存和发展[2]。据统计，以玉米为原料每生产1t酒精要排放14～16tCOD浓度在55g/L左右的废水[2]。我国80%左右的酒精用淀粉质（玉米、小麦、高粱、甘薯、木薯等）原料生产，约有10%的酒精以糖蜜为原料。酒精发酵工业主要是利用粮食中的淀粉部分，使淀粉转化成酒精，其余部分（蛋白质、无机盐、粗脂肪等）未加以利用，如用薯干、玉米等发酵只利用了原料中的淀粉和可发酵性糖的85～93%，其他有机物包括工艺过程中的非挥发性产物都残留在酒精糟中[3]。生产过程中的废水主要来自蒸馏发酵成熟醪后排出的酒精糟，即蒸馏废水(酒精废水的主要成分)，以及设备的洗涤水、浸泡水、蒸煮废水、糖化废水、发酵废水、冲洗水、冷却水等。酒精废水作为我国一种严重的污染源，废水悬浮物含量高，平均悬浮物含量高达40000mg/L。废水温度高，平均水温达80℃，蒸馏釜底排出的废水温度高达100℃。废水浓度高，废水的COD高达3～6万mg/L，以废糖蜜为原料的酒精废液COD更高达11～13万mg/L，包括悬浮固体、溶解性COD和胶体，有机物93%～94%，无机物占6%～7%，有机物的成分是碳水化合物，其次是含氮化合物，生物菌和未分解出去的产品：如丁醇、乙醇等。由于废水含有约500mg/L左右的有机酸，废水呈酸性，运行初期可考虑加碱或污泥的回流以平衡废水的酸碱度，运行稳定后系统具备足够的缓冲能力，则不需要加碱或回流[4]。高浓度酒精废水若直接排放进入临近水体，会造成水体富营养化。水体富营养化使水域生物种群发生变化．藻类大量繁殖，使水体的透明度下降。许多藻类能够合成、分泌、释放有毒性物质，对在富营养化水域饮水的野生动物、牲畜造成毒害，甚至造成死亡，并可能对人类的健康造成潜在的不良影响。藻类及其他浮游生物死亡后的残体沉入水底，代代堆积，湖泊逐渐变浅，直至成为死湖或沼泽，加重水源耗竭的危机。国内外不同的研究者从不同角度出发，对酒精废水的综合处理及利用进行了各种探索，取得了许多成功的经验。现列举其中的部分代表性治理技术并逐个分析：一、浓缩燃烧法该方法非常简单,其核心技术就是需要利用到多效蒸发器与燃烧炉的作用,酒精废醪在多效蒸发器的作用下被蒸发成含水率大约为40%左右的泥饼,然后把泥饼投入到专用的燃烧炉中燃烧,在此过程将会产生热能,其中一部分热能用于生产中的酒精蒸馏工序,另一部分热能用于蒸发工序,从而使能源得到了充分的利用，从而实现废液零排放的目的。目前,利用浓缩燃烧法处理酒精废醒较为成功的要数荷兰HCG公司与瑞典Alfa-Laval公司[5]。图1浓缩燃烧法工艺流程二、酒精糟生产蛋白饲料(DDGS)工艺玉米酒精废水中含有大量的悬浮物和溶解物,如加适当的以处理利用,都可转化为营养价值很高的饲料,即蛋白饲料,又称DDGS。在消除酒精废液污染的同时又产生了新的经济效益,因此该技术已越来越受到人们的关注。该技术的工艺流程如图2所示:先将酒精糟液通过压滤机等设备进行固液分离,其中的悬浮物被分出,滤出液则被送往蒸发站蒸发浓缩,取得浓缩物,然后将浓缩物和固液分离产生的固体物质一起进入干燥设备中干燥,最后将酒精废醪多效蒸发器泥饼燃烧炉干燥后的物质挤压成粉状饲料,即DDGS。目前,开始采用此工艺处理玉米酒精糟的主要分布在一些经济发达的国家,如美国、西欧等[5]。图2酒精糟生产蛋白饲料(DDGS)工艺流程图三、生物法工程实际中还采用厌氧+好氧的组合工艺，处理酒精废水。酒精废水属于含固量较高的高浓度有机废水，可生化性好，是一种丰富的能源，经过厌氧处理后的废水仍然具有一定浓度的COD物质，并且厌氧过程本身没有特别明显的氨氮、总磷去除能力，故在厌氧处理之后需要进一步的采用后续的好氧处理。目前用于处理玉米酒精废水的厌氧技术主要有上流式厌氧污泥床(UASB)、升流式厌氧生物滤床(UAF)、厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)、内循环厌氧反应器（IC）等，稳定运行后COD去除率均在80%以上。目前常用的好氧处理法有接触氧化法、间歇式活性污泥法(SBR)和循环式活性污泥法(CASS)，稳定运行后，接触氧化法COD去除率达70%以上，SBR与CASS对COD去除率达80%以上。图3生物法处理基本工艺流程酒精废醪压滤机DDGS粉末干燥器浓缩物滤渣多效蒸发器滤液（一）UASB+生物接触氧化孙根行等人采用UASB+生物接触氧化-过滤工艺处理酒精废水，废水来源于一家以玉米为原料生产酒精的企业,年产酒精5万ｔ,同时,每日产生酒精废水2000多ｔ。原水水质为:ｐＨ3.5～5.5;ＣＯＤ≤40000ｍｇ/Ｌ,ＢＯＤ5≤28000ｍｇ/Ｌ,ＮＨ3-Ｎ≤300ｍｇ/Ｌ,ＳＳ≤40000ｍｇ/Ｌ。采用ＵＡＳＢ-生物接触氧化工艺处理酒精废水,无需药剂,处理效果稳定,系统ＣＯＤ100ｍｇ/Ｌ,色度50倍,ＳＳ70ｍｇ/Ｌ,ＮＨ3-Ｎ15ｍｇ/Ｌ,ＴＰ0.5ｍｇ/Ｌ,均达到综合废水排放标准(ＧＢ8978-1996)一级标准[6]。在处理废水的同时，产生的沼气得以回收利用，产生了可观的经济价值。其工艺流程如下图4：图4UASB-两级生物接触氧化工艺流程图（二）二级IC+卡罗塞尔吴建华等人采用两级厌氧一级好氧技术处理废水，设计厌氧采用先进的IC反应器，好氧则采用卡罗塞尔3000型。该废水水质为COD浓度：41131.91mg/l，NH3-N浓度250.53mg/l，SS浓度1500mg/L左右。经处理后出水COD浓度100mg/L-150mg/L左右,NH3-N浓度25mg/L[5]。厌氧采用中温发酵技术，一级厌氧进水温度在39℃左右，二级厌氧进水温度在37℃左右。原水储罐用于贮存多余、暂时不能完全处理的废水，运行出现问题的特殊情况时用做事故池。用冷却水泵将废水提升进入换热器内进行冷却。调节塔调节进入厌氧反应池浓度。从一级厌氧出水后，在脱气调节塔中进行一级提升进入二级厌氧池，并将没有分离的CO2等气体分离，防止二级厌氧泵的气蚀现象，并为二级厌氧泵提供缓冲体积。为保证二级厌氧处理的营养均衡，有机物满足要求，将原水贮罐和调节塔中的一部分水进入脱气调节塔，以保证脱气调节塔中的水温在37℃、有机物充足。图5两级IC厌氧+氧化沟工艺流程图（三）IC+活性污泥法河南省淇县动力源粮油贸易有限公司新建一座酒精生产厂,以玉米为原料生产酒精,然后以玉米酒精糟生产DDG,酒精生产规模为2万t/a。酒精废水1000t/d,水质如下表所示，进水COD浓度为30000mg/L。针对该酒精废水，苏涛等人运用IC+传统活性污泥工艺对污水处理过程中的反应机理、运行规律、影响因素进行了分析，系统稳定运行后，,厌氧反应后出水COD浓度为2000mg/L，最终出水COD稳定在200mg/L左右,COD去除率大于90%,处理后出水水质达到国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)，其工艺流程为图6所示[2]。图6IC+好养活性污泥法工艺流程图脱气调节塔二级厌氧罐氧化沟出水一级厌氧罐原水储罐沼气酒精废水换热器调节塔沼气（四）二级UASB+生物活性污泥法刘华等人使用二级厌氧与好氧活性污泥法工艺处理废水，设计玉米酒精废水量为1500m3/d,设计出水水质执行《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中酒精行业二级标准。其水质情况与具体处理效果如下表1所示，工艺流程图如下图7。图7二级UASB+好氧活性污泥法工艺流程图酒精蒸馏后的糟液经管道进入糟液沉淀罐进行沉淀、降温，采用二级UASB厌氧处理与好氧活性污泥法处理废水。其中第一级高温厌氧，第二级中温厌氧。本工艺一级高温厌氧54～56℃，二级中温厌氧30～35℃,好氧活性污泥法，水温在15~25℃[7]。表1（五）二级UASB+CASS孙青斌等人采用二级UASB厌氧与CASS好氧工艺处理玉米酒精废水，废水处理水量2500m3/d，处理工艺流程及效果如下图8与表2[8]：图8二级UASB+CASS工艺流程图检测水样COD（mg/L）BOD(mg/L)SS(mg/L)PH进水221001030027603-8出水4525367.1表2结论与展望燃烧法如果运行得当，燃烧投入的费用与产生的热能价值能够互相弥补，但是一般不能富余热量[9]。但是目前该技术也存在了诸多难点，如炉膛的结焦问题，对流换热面堵灰问题，影响了锅炉的运行，废液与煤粉的比例只能在1/10左右[10]，处理量远远低于产生的废液量，很难处理完，所以该技术在国内一直未能推广。蛋白饲料法技术有重要的缺陷，如废水的滤渣需要干燥后才能作为饲料，在过滤和干燥的过程中需要耗费大量的能源，甚至投入超过了产出的价值。并且饲料的营养成分往往不全或不足[11]，需要额外添加一定量的辅助物质，且饲料粘度大，无机物混杂在饲料中不能分离，降低了饲料的品质，且整个工艺投资巨大，能耗高，不是一种绿色环保的废水处理方法。燃烧法和蛋白饲料法采用多效蒸发技术降低了处理负荷，出水水质较好，但由于能耗大难以推广;生物法具有能耗低、投资少等特点，但是传统厌氧工艺需要严格的管理工艺，存在着高浓度的SS物质容易造成布水系统的堵塞和反应器酸化问题[12]。目前高浓度有机废水的相对经济有效的处理方法是“厌氧+好氧”为主体的生化法。而厌氧、好氧反应器的选择是方案设计的重中之重。参考文献[1]沈连峰,田立江,陈荣平,等.酒精废水的处理和综合利用技术[J].水处理技术，2007,33(8):68-70.[2]苏涛，买宁文.玉米酒精废水处理工艺及启动研究[D].郑州：郑州大学，2010.[3]马赞华.酒精高效清洁生产新工艺[M].北京:化学工业出版社，2003.[4]于宏仪，季民，张泽生.高浓度酒精废水处理的工程实践研究[D].天津：天津大学，2012.[5]吴建华，李勇.20万吨燃料酒精废水处理工程设计及运行分析[D].苏州：苏州科技学院环境科学与工程学院，2013.[6]孙根行，闫东峰，李连清.UASB-生物接触氧化处理酒精废水工程设计[J].环境工程学报，2010，4（11）：2542-2546.[7]刘华，孙丽娜，陈锡剑,等.酒精废水处理及资源利用[J].环境科学与技术,2011,34(4):180-183.[8]孙青斌，范毓萍.酒精废水处理工程实例[J].河南机电高等专科学校学报,2012,20(5)：26-28.[9]于鲁冀,王惠英,陈涛,等.改良UASB处理玉米酒精废水的启动研究[J.]中国给水排水，2013,29(1):26-29.[10]刘辉,卢清峰,李丽珍,等.关于玉米发酵酒精废水处理技术综述[J].环境与可持续发展，2015,1:189-190.[11]严凯,姜涛,宋雅建,等.UASB-SBR组合工艺处理小麦酒精废水[J].工业水处理，2014,34(9):57-60.[12]王五洲,田晋平,别晓群.玉米酒精生产废水处理工艺设计实例[J].中国给水排水，2013,29(4):68-70.