第一章-发酵工业废518

第一章发酵工业废水处理发酵工业的定义•酿造工业：食品工业中从事啤酒、白酒、黄酒、葡萄酒、酒精等酒类和醋、酱、酱油等调味品制造的工业废水•发酵工业：经过纯种培养、提炼精制获得的柠檬酸、抗生素、谷氨酸、酶制剂、单细胞蛋白等的生产1.1发酵工业废水的来源及水量•淀粉、制糖、乳制品的加工工艺：原料处理加工产品原料处理淀粉糖化发酵分离与提取产品•发酵产品生产工艺：各类酿造废水的污染负荷生产饲料、饲料酵母的理想原料：食品与发酵工业废渣水含有丰富的蛋白质、氨基酸、维生素、糖类及多种微量元素原料及废渣水合理利用①玉米原料预先分离（综合利用率98%）：分离出胚芽、蛋白粉、纤维等产品，获得的淀粉乳或精淀粉发酵生产酒精、味精、淀粉、淀粉糖、柠檬酸等产品。②食品发酵行业联产饲料产业：将生产过程中的废渣水生产饲料、蛋白饲料、饲料酵母，降低废水污染负荷食品与发酵工业的废水治理1玉米酒精糟固液分离滤渣滤液蛋白饲料浓缩干燥生产蛋白饲料厌氧好氧处理味精发酵废母液固液分离滤渣滤液菌体蛋白浓缩等电点提取谷氨酸好氧处理食品与发酵工业的废水治理2啤酒废渣水固液分离滤渣滤液饲料酵母两级好氧处理1.2发酵工业废水的水质特征•食品与发酵工业重要的操作单元：固液分离•常用的操作方式：沉降、离心、过滤、蒸发浓缩和干燥等发酵废渣水的固液分离技术发酵废渣水的蒸发浓缩技术•玉米和糖蜜酒精糟生产蛋白饲料：玉米酒精糟滤液（2%~3%)蒸浓到40%，糖蜜酒精糟从含固形物12%浓缩至75%发酵废渣的干燥技术1.2.1酒精工业废水•大型企业：年产3万吨以上，采用玉米、薯干、木薯为原料，•中型企业：年产1~3万吨•小型企业：年产酒精1万吨以下•原料：（1）淀粉质原料（粮食原料）包括谷物原料、小麦、高粱、大米、玉米等）和薯类原料（甘薯、木薯、马铃薯等）（2）糖质原料:废糖密（3）纤维质原料：森林工业下脚料、木材工业下脚料、农作物秸秆、城市废纤维垃圾、甘蔗渣等(4)其他原料：亚硫酸盐纸浆废液、各种野生植物、乳清等。酒精工业与环保有关的产业政策①企业规模，酒精生产和综合利用的最小经济规模为3万t/a②酒精生产原料结构由以木薯类为主逐步调整为玉米为主，实现有经济效益的综合利用和废水达标排放③提倡糖蜜酒精集中加工处理和综合利用④严格控制扩大酒精生产能力的基建、技改项目宜推广应用的综合利用、治理污染技术①以玉米为原料的酒精糟生产优质蛋白饲料DDGS②薯类酒精糟厌氧发酵制沼气，消化液再经好氧处理③糖蜜酒精糟采用大罐通风发酵生产单细胞蛋白饲料资源综合利用技术的政策•发酵工业应采用淀粉质原料，特别是采用玉米为原料，首先经前分离副产品后再产生淀粉和淀粉糖•酒精行业应采用高温、浓廖酒精发酵工艺•糖蜜酒精生产颗粒有机肥或复合肥，生产甘油、蔗渣与糖蜜原料生产纤维性饲料酒精生产工艺与主要废渣水来源淀粉原料发酵法生产酒精的工业流程糖蜜原料发酵法生产酒精的工艺•原料：森林工业下脚料、木材工业下脚料、农作物秸秆、城市废纤维垃圾、甘蔗渣等为原料纤维质原料酒精生产工艺发酵酒精生产污染物来源与排放酒精工业清洁生产•清洁生产标准：依据生命周期分析原理、从生产工艺与装备、资源能源利用、产品、污染物产生、废物回收利用和环境管理6方面，对行业的清洁生产水平给出阶段性的指标要求，指导企业清洁生产和污染的全过程控制•酒精制造企业生产过程清洁水平：一级：国际清洁生产先进水平二级：国内清洁生产先进水平三级：国内清洁生产基本水平玉米原料酒精清洁生产工艺•生产1t酒精的总能耗从700~1000kg标煤下降到600~700kg标煤酒精废糟液常用处理技术和设备•以薯干为原料的酒精糟液沉降性能差•简单沉淀：SS去除率90%;30%COD机械分离方法和设备几种离心机的比较①立式离心机投资最小，耗电最低，COD去除率低，SS截留差，滤饼含水率高，生产能力小②卧式螺旋离心机COD、SS去除率较高，滤渣含水率小，但投资、电耗较大，对于进料的泥沙含量比较敏感③板框压滤机技术指标好，但占地大，操作不连续④带式压滤机的COD、BOD去除率及SS较高，但对药剂和操作水平要求较高，运转费用高⑤真空回转过滤机操作稳定，不受酒精沙石影响，但仅对玉米酒糟分离效果好，逐渐淘汰薯干酒糟厌氧接触处理发酵玉米酒糟DDGS薯干酒糟UASB处理酒精糟废液生物处理工艺1.推流式发酵池：滞留期10~15d，COD3kg/(m3.d),BOD去除率80%，产气率2m3/(m3.d),工艺简单、操作方便，建设较容易，但占地面积大，工艺落后，发酵效果差2.厌氧接触工艺：COD负荷4~5kgCOD/(m3.d)，去除率75%~80%；BOD去除率85%~90%，产气率5m3/(m3.d)优点：进水悬浮物浓度无要求，操作简单方便，启动容易，适用范围广缺点：COD负荷5kg/COD/(m3.d)易产生酸化现象3.上流式厌氧污泥床反应器（UASB）：COD去除率85%~98%，产气率10m3/(m3.d)，停留时间2~5d，SS5000mg/L4.两相或两级厌氧发酵反应器：厌氧滤池，适于处理悬浮物（尤其为含纤维物质）含量较高的酒精废液；第一段厌氧放应主要去除悬浮物，主要作用是固体分离酒精废液标准玉米酒精糟液处理技术一、固液分离-厌氧处理工艺•简单固液分离（滤渣含水量85%）直接作饲料销售•分离后的废液作厌氧或好氧处理二、DDG+厌氧处理工艺：分离（滤渣含水量70%）、干燥、销售、滤液厌氧处理三、DDGS工艺：蒸发、滤渣与滤液浓缩液干燥、加工成饲料干燥以玉米为原料生产酒精的糟液特性Q=500m3/d①采用锥蓝式离心机3台和离心机2台固液分离。滤渣50m3/d，含水率82%，100元/t②滤液450m3/d进贮料池，高温发酵55℃，COD负荷5kg/(m3/d)③沼气9500m3/d饲料工程40万元厌氧消化272万元总投资312万元土建62万元设备215万元其他35万元工程总投资年总成本项目能耗（电）人工设备折旧维修费企管费总计饲料工程3.64.8410123.4沼气工程1.96.317.55232.7表4-1固液分离-厌氧处理工艺费用构成分析单位：万元饲料工程150万元厌氧消化88.92万元销售总收入238.92万元年总利润182.82万元年总成本56.1万元-=饲料工程126.6万元厌氧消化56.22万元饲料工程0.3年厌氧消化4.8年静态投资回收期1.7年饲料工程利润率316.5%厌氧消化投资利润率20.7%DDG+厌氧消化饲料工程200万元厌氧消化170万元总投资370万元酒精糟液沉淀池上清液烘干沼气气柜锅炉燃烧厌氧消化消化液综合利用或排放浓糟液压滤机滤液滤饼高蛋白饲料图4-12DDG+厌氧消化工艺流程图运行参数•饲料分离干燥两17t/d，含水量13%，蛋白含量28%，干饲料5000t/a，1100元/t•厌氧消化工艺COD去除率93%，年产沼气量141万m3/a项目能耗（电）包装费人工设备折旧维修费企管费总计饲料工程91.520422065224.5沼气工程1.4-4.89.53.5226.2表4-12DDG+厌氧消化工艺费用构成分析单位：万元饲料工程550万元厌氧消化44万元总收入594万元年总利润343.3万元年总成本250.7万元-=饲料工程325.5万元厌氧消化17.8万元饲料工程0.6年厌氧消化9.6年静态投资回收期1.1年饲料工程利润率162.8%厌氧消化投资利润率10.5%玉米酒精生产全糟蛋白饲料DDGS工艺•DDGS：生产高价酒糟(Distiller’sDriedGrainswithSolubles），商品蛋白饲料•工艺流程：固液分离、滤液浓缩、干燥等工序•每生产1t酒精联产0.8~0.9tDDGSDDGS组分含量和能耗项目数据项目数据蛋白质29%蒸汽单耗/t.t-13粗脂肪7~10%电耗/kW.h.t-1200水≤10%水耗/t.t-110灰分4.5~7%-4.8蛋白饲料投资分析•生产1万t酒精联产8000tDDGS，1300元/t，全年收入940万元•支出部分（281万）•包括：①设备、土建折旧（20a计），24万元/a②能耗122万元，其中每吨产品耗电200度(0.3元/t)，耗气3t(60元/t)，耗水10t(0.3元/t)③工人，管理人员50人，35万元④维修费50万⑤不可预见费50万DDG和DDGS实际应用薯干酒精糟液废水处理薯干酒精糟液废水处理回用生产100万元厌氧好氧300万元总投资400万元回用生产20万元饲料50万元沼气30万元经济效益100万元指标名称技术数据项目数据酒精糟/t.t-1饲料6.5COD去除率96%酒精糟液/t.t-1沼气12BOD去除率98%电耗/kW.h.t-1饲料10~12SS去除率97%表4-18固液分离-滤液部分回用生产工艺的主要技术指标厌氧-好氧接触工艺处理酒糟废液厌氧好氧处理酒糟工艺固液分离（立式离心机）卧式离心机（仅玉米糟）冷却塔厌氧消化池板框机脱水冲灰沉淀池鱼塘出水排放河流COD100mg/LDDG饲料脱硫沼气柜沼气出售过滤滤饼作农肥混凝剂厌氧消化工艺厌氧消化处理工艺•经济效益：年产沼气1200多m3,年增收600多万元•社会效益：1.解决南阳市区2万多户燃气问题，年节约标准煤20000t；2.销售沼气做工业原料，年增收2400万元；3.消化液做有机肥料，节约化肥6000t，节水80t•环保效益：年处理废液80多万t，减少SO2500t，废渣10000t传统UASB处理酒糟废液•酒精年产4.5万t，125t/d，酒精用水量12~15m3/d，酒精糟废液1500~1875m3/d，设计水量Q=2400m3/d•进出水水质指标如下表：单位：mg/L，pH除外指标名称进水出水指标名称进水出水COD30000~50000300SS30000~40000150BOD515000~30000100pH3~56~9传统UASB处理酒糟废液立时离心机酒精糟液格栅初沉池调节池、冷却集水池固液分离池UASB曝气池中间池絮凝剂沉淀池生物过滤池污泥中间池污泥浓缩池污泥脱水机外运饲料气水分离沼气贮柜6000m3排放UASB设计•设计参数的选择宜设置两个系列，最大单体体积应小于2000m3有效水深应在4m～8m之间。废水的上升流速宜小于0.5m/h。可采用圆形或矩形，圆形反应器的高径比1～3之间，矩形反应器的长宽比宜小于4。1.有效容积，容积负荷为10kgCOD/m3.d30200024480010vQSVmN314800120044VVm2112002006VAmH2.单个有效容积，设置4个池子3.表面积：设有效水深为6m（4~8m）设为矩形，长宽比4，比值为2比较经济2010LBmmUASB反应器有效容积设计6.水力停留时间5.总容积：反应器装液量为80%（70~90%），H=7.5m，其中超高为0.5m312010(7.50.5)1400VLBHmmmm总4.池子总高：48002.42000VtdQ322000240.104/(.)44200QqmmhA7.水力负荷符合要求0.1~0.9m3/(m2.h）120085.7%1400VV总体积有效系数：UASB进水系统设计要求①布水系统宜采用一管多孔式布水，一管一孔式布水或枝状布水。②进水点距反应器池底宜保持150mm～250mm的距离。③一管多孔式布水孔口流速应2m/s，穿孔管直径应大于100mm。④一管一孔式布水宜用布水器布水；从布水器到布水口应尽可能采用直管；管道垂直段(或顶部)流速应小于0.2m/s～0.3m/s；管道垂直段应使上部管径大于下部管径。⑤枝状布水支管出水口向下距池底宜为200mm；出水管孔应在15mm～25mm之间；出水孔处宜设45°斜向下布导流板，出水孔应正对池底。UASB进水系统设计442000240.015415.436003600503.142.5Qdmmmnu1.布水点的设置：容积负荷为10kgCOD/(m3.d)，取布水负荷面积为4m2（每个点的