一种基于废水综合利用的酒精生产方法技术

本发明专利技术公开了一种基于废水综合利用的酒精生产方法，属废水处理及酒精发酵工业技术领域。本发明专利技术将厌氧消化液进行一步脱氨处理，脱氨后再经固液分离获得厌氧清液；厌氧清液和酒糟清液混合作为拌料用水，其中厌氧清液占拌料用水的比例为，60‑99％；其中，一步脱氨处理，是指在设有多层塔板或装有填料的蒸馏塔内，用水蒸汽蒸馏厌氧消化液，依靠水蒸汽的热力作用脱除厌氧消化液中的部分氨氮和碱度。本发明专利技术将厌氧消化液经过一步脱氨处理后，消除了厌氧消化液回用时中氨氮累积的问题。本发明专利技术方法能耗低、投资少、操作简单，非常适合工业应用。

Alcohol production method based on comprehensive utilization of waste water

The invention discloses a method for producing alcohol based on comprehensive utilization of waste water, which belongs to the technical field of waste water treatment and alcohol fermentation industry. The anaerobic digestion liquid ammonia treatment step, ammonia removal after solid-liquid separation to obtain anaerobic supernatant; anaerobic supernatant and clear liquid mixture as mixing water, mixing water in anaerobic supernatant accounted for the proportion of 60, 99%; among them, a step of ammonia treatment, refers to a distillation column multilayer tray or a filler, water vapor distillation anaerobic digestion liquid, on the part of the ammonia and alkalinity heat removal anaerobic digestion liquid water in the steam. The invention solves the problem of the accumulation of ammonia and nitrogen in the reuse of the anaerobic digestion liquid after the anaerobic digestion process is removed by one step. The method has the advantages of low energy consumption, less investment and simple operation, and is suitable for industrial application.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于废水综合利用的酒精生产方法，属废水处理及酒精发酵工业

技术介绍
在传统的液态发酵生产酒精的工艺中，淀粉质原料经粉碎、加水拌料、液化和糖化，然后接种酵母菌发酵、蒸馏获得酒精。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液。据统计，每生产1吨酒精会产生10-20吨蒸馏废液，其COD浓度高达40000-50000mg/L。如将这些废水直接排放会造成严重的环境污染，而要处理到达标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-深度处理-达标排放”的工艺过程处理蒸馏废液。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，且可以回收沼气作为燃料回收能量。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，其COD约2000mg/L左右，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。但好氧消化工艺容积负荷低、COD降解速度慢，因此好氧消化具有投资大、占地面积大、运行能耗高、产生大量剩余污泥需要处理等缺点。对于以玉米和小麦为原料的酒精发酵工艺，有的酒精厂将蒸馏废液分离获得清液和湿酒糟渣，清液进行蒸发浓缩处理，将蒸发得到的冷凝水回用做酒精发酵的拌料水，得到的浓缩液则和湿酒糟渣一起干燥，制成动物蛋白饲料(DDGS)，该工艺可实现废水的零排放。但是该工艺仅适合玉米和小麦原料，且酒糟清液的蒸发和浓缩液的干燥需要消耗大量能量，运行成本非常高。此外，也有采用将蒸馏废液直接回用于发酵拌料过程的工艺。但是，由于蒸馏废液中乳酸等酵母抑制物质的存在，酒糟回用比例不能超过30％，否则会对酒精发酵产生负面影响。综上所述，以上方案并不能彻底解决酒精生产过程耗水量大、废水处理成本高的难题。中国专利申请号200610097623.0公开了专利技术名称为“以薯类为主原料的酒精环形生产工艺”，提出将厌氧消化液经固液分离后全部回用作为工艺拌料用水。但实践表明该工艺存在以下几个问题：(1)该工艺连续循环过程中，厌氧消化液中的氨氮会累积到较高的浓度，当厌氧消化液中氨氮浓度超过600mg/L时，厌氧消化液100％回用会降低淀粉转化率。(2)厌氧消化液的pH为8.0左右，且因含有大量碳酸氢根离子而具有较强的缓冲能力。当其回用配料时粉浆的pH值大于7.0，就需要添加硫酸以调节粉浆的pH在5.0-6.0之间，以满足液化酶对pH的要求，在糖化工段还需要进一步添加硫酸调节糖化醪的pH在4.2-4.6之间，以满足糖化酶的要求，这就向酒精发酵培养基及后续的蒸馏废液中引入了大量硫酸根离子。当厌氧消化反应器进水中的硫酸盐浓度超过一定浓度时，硫酸盐还原菌就会对产甲烷菌产生底物竞争性抑制作用，而硫酸盐还原产生的硫化氢也会腐蚀反应器、引起恶臭及毒害产甲烷菌，脱除沼气中的硫化氢又会增加脱硫工程投资和沼气纯化的成本。专利申请号为200710131856.2的中国专利公开了专利技术名称为“以薯类为主原料的酒精双环形生产工艺”，提出将部分蒸馏废液回用至糖化工段，利用蒸馏废液中的有机酸替代硫酸。但是该工艺仅仅能一定程度降低糖化工段的硫酸消耗，仍然没有彻底解决专利200610097623.0存在的问题，随着厌氧消化液回用循环批次的增加，氨氮仍然会累积。同时拌料液化工段还需要添加硫酸调节粉浆的pH值。申请号为201010576411.7的中国专利公开了“一种以厌氧出水为配料水的酒精生产方法”，该方法在蒸馏废液中添加钙盐沉淀蒸馏废液中的硫酸根离子，以便消除沼气中的硫化氢气体含量；其次，该方法在厌氧消化出水中添加碱调节pH至8.5-10.5，然后进行脱氨。该方法有效控制了沼气中硫化氢的含量，同时能够控制拌料水中的氨氮在合理的浓度，但由于脱氨前需要加入大量的碱(约10kg/吨水)调节pH值，引入了大量无机离子。当添加氢氧化钙和氧化钙时，拌料水硬度太高，导致管道及生产设备(尤其是换热器)结垢严重，当添加氢氧化钠时，钠离子随着厌氧消化出水的不断循环而累积，导致拌料水因电导率太高，渗透压太大从而抑制酒精酵母的发酵。
技术实现思路
申请人在研究中发现，厌氧消化液中含有3000-5000mgCaCO3/L的碱度，主要是碳酸氢根离子，在受热状态下，碳酸氢根离子能分解放出二氧化碳，使厌氧消化液pH上升，进而使得NH4+转变为NH3并从厌氧消化液中逸出；因此，当采用蒸汽蒸馏方式对厌氧消化液进行脱氨处理时，并不需要添加氢氧化钠、氢氧化钙等碱性化学物质调节厌氧消化液的pH值，并且，在设有多层塔板或装有填料的蒸馏塔内，碳酸氢根离子的分解和NH3的逸出是可以同步进行的，即通过一步脱氨即可达到脱除二氧化碳、脱除氨、降低碱度的目的；而且，逸出的氨气和二氧化碳可用低温水吸收并获得碳酸氢铵。鉴于适量氨氮是酿酒酵母的营养，厌氧消化液的脱氨不同于传统的废水脱氨处理，并不需要完全脱除消化液中的氨氮，同时也不允许为了脱氨而引入无机离子等外源添加的化学物质，并且要兼顾脱氨的低能源消耗。为此，本专利技术提供了一种低温一步脱氨的方法。申请人在研究中还发现，厌氧消化液中夹带大量细菌，即通常所说的活性污泥，而酒糟清液中含有大量化学需氧物质(COD)；当厌氧消化液和酒糟清液混合时，酒糟清液中的COD成为消化液中细菌的营养物质，细菌快速、大量繁殖，导致酒精发酵因杂菌污染难以顺利进行；研究发现，采用截留分子量20-50万的管式超滤膜对厌氧消化液进行固液分离，可有效去除厌氧消化液中的细菌，消除细菌污染，过滤平均通量可达到80L/m2·h以上。基于上述内容，本专利技术提供了一种能够实现酒精废水综合利用的酒精生产方法，包括以下步骤：(1)厌氧清液和酒糟清液混合作为拌料用水，其中厌氧清液占混合水的比例为，60-99％(v/v)，剩余为酒糟清液；当厌氧清液和酒糟清液不足拌料需求时可以补充新鲜水；(2)拌料后加入液化酶加热液化，液化结束后降温并加入糖化酶糖化，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)部分蒸馏废液经过固液分离获得酒糟清液并回到步骤(1)，剩余蒸馏废液及固液分离得到的酒糟渣全部进入厌氧消化处理，获得厌氧消化液；(4)厌氧消化液进入一步脱氨处理，控制脱氨处理后厌氧消化液的氨氮浓度在100-400mg/L，脱氨后再经截留分子量20-50万的管式超滤膜过滤获得厌氧清液；厌氧清液循环回到步骤(1)，依此不断循环；所述的厌氧消化液的一步脱氨处理，是指在设有多层塔板或装有填料的蒸馏塔内，用蒸汽蒸馏厌氧消化液，即厌氧消化液从塔顶加入，蒸汽从塔底加入，汽、液逆流接触，依靠蒸汽的热力作用脱除厌氧消化液中的部分氨氮；一步脱氨操作时的塔底温度60-70℃，塔顶50-60℃，脱氨时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于废水综合利用的酒精生产方法，其特征在于，将厌氧消化液进行一步脱氨处理，脱氨后再经固液分离获得厌氧清液；厌氧清液和酒糟清液混合作为拌料用水，其中厌氧清液占拌料用水的比例为60‑99％；所述的一步脱氨处理，是指在设有多层塔板或装有填料的蒸馏塔内，用蒸汽蒸馏厌氧消化液，依靠蒸汽的热力作用脱除厌氧消化液中的部分氨氮和碱度；一步脱氨操作时的塔底温度60‑70℃，塔顶50‑60℃，吨厌氧消化液消耗蒸汽35‑40kg。

【技术特征摘要】
1.一种基于废水综合利用的酒精生产方法，其特征在于，将厌氧消化液进行一步脱氨处理，脱氨后再经固液分离获得厌氧清液；厌氧清液和酒糟清液混合作为拌料用水，其中厌氧清液占拌料用水的比例为60-99％；所述的一步脱氨处理，是指在设有多层塔板或装有填料的蒸馏塔内，用蒸汽蒸馏厌氧消化液，依靠蒸汽的热力作用脱除厌氧消化液中的部分氨氮和碱度；一步脱氨操作时的塔底温度60-70℃，塔顶50-60℃，吨厌氧消化液消耗蒸汽35-40kg。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)厌氧清液和酒糟清液混合作为拌料用水，其中厌氧清液占混合水的比例为，60-99％，剩余为酒糟清液；当厌氧清液和酒糟清液不足拌料需求时可以补充新鲜水；(2)拌料后加入液化酶加热液化，液化结束后降温并加入糖化酶糖化，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)部分蒸馏废液经过固液分离获得酒糟清液并回到步骤(1)，剩余蒸馏废液及固液分离得到的酒糟渣全部进入厌氧消化处理，获得厌氧消化液；(4)将厌氧消化液进行一步脱氨处理，控制脱氨处理后厌氧消化液的氨氮浓度在100-400mg/L，脱氨后再经固液分离获得厌氧清液；厌氧清液和酒糟清液混合作为拌料用水，其中厌氧清液占混合水的比例为，60-99％。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：酒精生产采用淀粉质原料，所述的淀粉质原料为木薯、玉米、小麦等...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建华，王柯，张宏建，陈旭升，毛忠贵，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32