一种沼液、酒糟清液资源化处理并回用生产乙醇的方法技术

本发明专利技术公开了一种沼液、酒糟清液资源化处理并回用生产乙醇的方法，属于废水处理及乙醇发酵工业技术领域。本发明专利技术在厌氧消化得到的沼液中添加氧化钙使沼液软化，软化后沼液再脱氨，并和酒糟清液混合进行膜分离，滤液回到粉碎拌料工段作为拌料水。沼液软化后钙离子浓度降到20mg/L以下，解决了后续脱氨及膜分离操作中碳酸钙的结垢难题，降低了膜分离的设备投资和运行费用；采用单级或多级高真空负压脱氨，无大气二次污染的风险，也大幅度降低了脱氨运行成本；将沼液和酒糟清液混合进行膜过滤，消除了沼液及酒糟清液中的细菌，保证乙醇发酵顺利进行，且运行压力低于管式超滤膜，运行费用低。

A method of recycling biogas liquid and distiller's grains clear liquid to produce ethanol

【技术实现步骤摘要】
一种沼液、酒糟清液资源化处理并回用生产乙醇的方法
本专利技术涉及一种沼液、酒糟清液资源化处理并回用生产乙醇的方法，属于废水处理及乙醇发酵工业

技术介绍
乙醇是一种重要的工业原料，广泛应用于食品、医药、化工及可再生能源等领域。目前，全球80％以上的乙醇主要采用发酵法生产获得。在传统的液态发酵生产乙醇的工艺中，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、蒸馏获得乙醇。目前，乙醇生产主要以淀粉质作物如木薯、玉米、小麦等作为原料，乙醇发酵水平一般为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吨乙醇会产生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乙醇行业可持续发展的共性难题。目前，乙醇生产行业主要采用“厌氧消化-好氧消化-深度处理-达标排放”的方法处理蒸馏废液。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乙醇生产中使用。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氨氮等污染物，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。为了减少乃至消除蒸馏废液的污染问题，有研究采用蒸馏废液直接回用于发酵拌料过程的工艺。但是，由于蒸馏废液中存在乙酸、丙酸、乳酸等酵母抑制物质，酒糟回用比例不能超过30％，否则会对乙醇发酵产生负面影响；其次，由于蒸馏废液在存储、输送过程中不可避免地被环境中各种微生物(杂菌)污染，因此，即使酒糟回用比例低于30％，乙醇发酵过程中很容易因杂菌繁殖消耗可发酵性糖，导致发酵醪生酸幅度过大、原料利用率降低。中国专利申请号200610097623.0公开了专利技术名称为“以薯类为主原料的乙醇环形生产工艺”，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。但实践表明该工艺在连续循环过程中，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1000mg/L时，厌氧消化液100％回用会降低淀粉转化率。专利申请号为200710131856.2的中国专利公开了专利技术名称为“以薯类为主原料的乙醇双环形生产工艺”，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存在的氨氮累积问题。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乙醇生产方法”，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乙醇酵母的发酵。关于含氨废水的脱氨技术，目前主要有空气吹脱和蒸汽汽提脱氨两种方法。空气吹脱是在含氨废水中加碱调pH为10.5以上，然后用废水体积1000倍以上的空气吹脱。空气吹脱不仅脱氨效率低，且存在大气污染的风险。汽提脱氨是在含氨废水中加碱调pH10.5以上，然后用蒸汽将废水中的氨气蒸馏脱除。汽提脱氨每吨废水通常需要消耗100-150kg的蒸汽，能耗高，成本高。其次，无论是空气吹脱，还是蒸汽汽提，废水脱氨前需要加烧碱或石灰将废水pH提高到10.5以上，加烧碱的缺点是成本高，且废水中钠离子浓度增加，加石灰虽然成本低，但脱氨设备容易结垢，需要不定期用稀酸清洗除垢，造成二次污染。综上所述，在已公开的涉及酒糟清液、沼液(也称厌氧消化液)回用的技术方案中，还存在脱氨成本高、脱氨设备易结垢等问题；其次，沼液硬度高，钙离子浓度400-600mg/L，碱度高达4000-7000mg/L，膜分离过程中碳酸钙在膜表面析出结垢，导致膜过滤通量小，需要增加投资扩大膜设备过滤面积，增加膜分离运行成本；部分酒糟清液回用虽然可以降低乙醇生产过程中的硫酸消耗，同时提高原料利用率，但由于酒糟清液含有对乙醇发酵有害的微生物(杂菌)，部分酒糟清液回用后增加了乙醇发酵染菌的风险，一旦染菌将导致发酵醪液酸度增加，原料利用率降低。
技术实现思路
为了解决上述至少一个问题，本专利技术提供了一种沼液、酒糟清液资源化处理并回用生产乙醇的方法。本专利技术的方法解决了后续脱氨及膜分离操作中碳酸钙的结垢难题，膜过滤通量可长时间维持在60L/m2·h以上，降低了膜分离的设备投资和运行费用，同时可以大幅度的降低脱氨运行成本。此外，采用孔径为0.25～0.45μm的微滤膜过滤，过滤压力0.1-0.3Mpa，可有效去除厌氧沼液及酒糟清液中的杂菌，消除细菌污染，保证乙醇发酵顺利进行，和管式超滤膜比较，微滤膜过滤的设备投资小，运行费用低。本专利技术的第一个目的是提供一种沼液、酒糟清液资源化处理并回用生产乙醇的方法，包括以下步骤：(1)厌氧消化得到的沼液进行软化处理；(2)将软化处理之后的沼液经固液分离后得到清液，之后清液再进行脱氨操作；(3)将脱氨后的沼液，与酒糟清液混合进行膜分离；(4)膜分离之后的滤液回用于乙醇的生产过程，产生新的沼液，再重复步骤(1)-(4)。在一种实施方式中，步骤(1)所述的沼液软化处理具体步骤为：在乙醇蒸馏废液经厌氧消化得到的沼液中添加氧化钙，控制氧化钙添加量使得沼液的pH值在10.6-12之间，沼液中钙离子形成碳酸钙沉淀，软化处理后沼液中钙硬度降低至20mg/L以下。在一种实施方式中，步骤(2)所述的脱氨具体步骤为：将沼液以细小液滴状态喷入真空度-0.08～-0.095Mpa的负压脱气机中，溶解于沼液中的氨气因氨分压降低而从沼液中逸出，脱氨操作的沼液温度35-45℃。在一种实施方式中，步骤(2)所述的脱氨处理可采用单级负压脱氨或多级负压脱氨。在一种实施方式中，步骤(3)所述的在脱氨后沼液，与酒糟清液混合进行膜分离，膜分离具体步骤为：采用孔径为0.25～0.45μm的微滤膜过滤，过滤压力0.1-0.3Mpa；在一种实施方式中，所述的步骤(4)具体为：膜分离滤液回到粉碎拌料工段拌料、再经液化、糖化、发酵、蒸馏等操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沼液、酒糟清液资源化处理并回用生产乙醇的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)厌氧消化得到的沼液进行软化处理；(2)将软化处理之后的沼液经固液分离后得到清液，之后清液再进行脱氨操作；(3)将脱氨后的沼液，与酒糟清液混合进行膜分离；(4)膜分离之后的滤液回用于乙醇的生产过程，产生新的沼液，再重复步骤(1)-(4)。/n

【技术特征摘要】
1.一种沼液、酒糟清液资源化处理并回用生产乙醇的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)厌氧消化得到的沼液进行软化处理；(2)将软化处理之后的沼液经固液分离后得到清液，之后清液再进行脱氨操作；(3)将脱氨后的沼液，与酒糟清液混合进行膜分离；(4)膜分离之后的滤液回用于乙醇的生产过程，产生新的沼液，再重复步骤(1)-(4)。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的沼液软化处理具体步骤为：在乙醇蒸馏废液经厌氧消化得到的沼液中添加氧化钙，控制氧化钙添加量使得沼液的pH值在10.6-12之间，沼液中钙离子形成碳酸钙沉淀，软化处理后沼液中钙硬度降低至20mg/L以下。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的脱氨具体步骤为：将沼液以细小液滴状态喷入真空度-0.08～-0.095Mpa的负压脱气机中，溶解于沼液中的氨气因氨分压降低而从沼液中逸出，脱氨操作的沼液温度35-45℃。


4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的脱氨处理可采用单级负压脱氨或多级负压脱氨。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述的在脱氨后沼液和酒糟清液混合进行膜分离，膜分离具体步骤为：采用孔径为0.25～0.45μm的微滤膜过滤，过...

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