一种纤维乙醇废水的处理方法技术

本发明专利技术涉及一种纤维乙醇废水的处理方法，用于以玉米秸秆等植物纤维为原料生产乙醇的废水、特别是含盐有机废水的处理和回用。对纤维乙醇废水采用压滤-多效蒸发-冷却-厌氧发酵-好氧生化-过滤组合流程，处理后出水可直接回用作纤维乙醇生产的酸液配制、水解及发酵等过程用水，达到纤维乙醇生产的节水和污水零排放的目的。本发明专利技术提出的方法具有高浓度含盐污水可实现全部回用、废水中的废物料得到了有效回收和综合利用、高浓度有机污染物被转化成甲烷等得到资源利用，符合循环经济和清洁生产等的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，用于以玉米秸杆等植物纤维为原料生产乙醇的废水、特别是含盐有机废水的处理和回用。
技术介绍
随着全球化石能源的日益短缺、环境污染的加剧、循环经济和减少碳排放的总体要求，可再生能源的开发已成为这个时代的主题，而以玉米秸杆、高粱秸杆等植物纤维为原料生产纤维乙醇是可再生能源开发的重要途径之一。 纤维乙醇通常是以玉米秸杆、高粱秸杆等植物纤维为原料，通过蒸爆预处理、纤维酶水解、糖化酶发酵、乙醇精馏和脱水等工艺获取高纯度乙醇，并掺入汽油组分中生产燃料乙醇产品，作为车用清洁燃料。在此生产过程中，由于蒸爆预处理对原料中的纤维素组分的结构组织破坏起着至关重要的作用，对后续水解酶的水解效率、发酵醪液的乙醇浓度、乙醇产品的收率以及整个生产过程的能耗都将产生巨大的影响。因此，在具体纤维乙醇生产工艺优化中，蒸爆预处理条件往往得到格外重视，酸性蒸爆路线是其中之一，即预先用1%以上的硫酸对纤维原料进行浸溃处理，再送入蒸爆机蒸爆预处理。采用该路线后，借助酸性条件较好地破坏了原料中的纤维素组织结构，大大提高了纤维素的水解效率、乙醇产率，并降低了能耗和酶制剂的用量。然而在获得以上效果的同时，随着酸的加入，水解、发酵过程要不断地用碱来进行PH调节，致使最终排水中含有大量的硫酸盐和其它无机盐，如硫酸根可以达到I万mg/L左右、无机盐含量可以达到4%以上，对原本就已很难处理的高浓度有机废水造成更大的困难。由于纤维乙醇生产过程较为复杂，生产用水和排水量都相当高，根据目前的工艺水平分析，生产一吨乙醇产品新鲜水消耗量约为25 30吨，同时将排出近25吨的高浓度污水，这不仅会显著增加纤维乙醇的生产成本，而且将带来大量的高浓度污水处理问题。基于此，纤维乙醇废水的处理和回用已成为纤维乙醇大规模生产的一个关键性制约因素。为解决纤维乙醇生产过程产生的高浓度污水问题，目前主要采用的处理方法是对高浓度污水进行厌氧处理，去除污水中的某些对纤维素或半纤维素水解和糖液发酵酶具有严重抑制性的物质，如羧酸、糠醛、呋喃、酚等，使处理后出水尽可能地回用。如CNO1808115. O和US6555350均提出采用上流式厌氧污泥床(UASB)工艺处理污水，使污水中的抑制性物质羧酸、糠醛、呋喃、酚等去除80%以上，处理后至少5%以上的污水得到循环使用，同时通过厌氧发酵产生甲烷，甲烷回收提高能量的利用率。然而，该专利技术方法只适用于处理中性(不加酸碱)蒸爆预处理生产工艺产生的废水，对酸性蒸爆预处理路线下的生产废水因以下三个原因使之不适合采用。首先，采用酸性蒸爆后的废水中含有高浓度的全盐量，如硫酸钠、乙酸钠、乳酸钠等，其中无机盐含量高达4%以上，已大大超出厌氧发酵处理工艺2%以下的适用范围，在此状况下，厌氧发酵微生物菌的生长和活性得到严重抑制，甚至导致厌氧处理过程的失败；其次，废水中的硫酸根含量高达I万mg/L以上，已大大超出厌氧发酵处理工艺5000mg/L以下的要求值，在此状况下，废水中的硫酸根将被厌氧菌还原为高浓度的硫化氢，从而严重抑制高浓度有机物的甲烷化发酵过程，导致沼气产生率急速下降、甚至根本不能产生沼气；废水中盐含量高，处理后的出水无法回用，致使纤维乙醇生产过程的高水耗、高排放的问题不能得到改变。综合以上分析，采用酸性蒸爆预处理路线的纤维乙醇生产工艺在技术、经济上具有较大的优势，但也相应带来了较大的废水处理问题。由于目前尚没有适合的相关废水处理技术，对酸性蒸爆预处理路线的纤维乙醇生产工艺的广泛应用无疑将造成巨大的环保制约。
技术实现思路
本专利技术针对酸性蒸爆预处理路线的纤维乙醇生产废水的水质特点，提出，主要采用压滤、多效蒸发、冷却、厌氧发酵、好氧生化、过滤等组合 处理工艺，经上述过程处理的出水全部作纤维乙醇生产用水循环使用，从而实现纤维乙醇生产的节水减排目的。本专利技术主要分为六个处理单元 (I)压滤，压滤后废水进行多效蒸发处理，压滤进料为纤维乙醇废水与多效蒸发后浓缩液的混合物料。具体过程为纤维乙醇废水与多效蒸发后的冷却浓缩液混合送至压滤机进行压滤处理，压滤机出水经换热后送入多效蒸发器蒸发；压滤机滤渣作为一般固体废物进行综合利用处置。压滤机可采用常规的板框式压滤机、真空带式压滤机、转鼓压滤机等。纤维乙醇废水为酸性蒸爆预处理方法的纤维乙醇生产废水。(2)多效蒸发处理，压滤后废水经换热后进入多效蒸发器，多效蒸发得到的气态物料冷凝为液相，多效蒸发后的浓缩液循环进行压滤。多效蒸发将废水及其中的可挥发性有机物如乙醇、乙醛、乙酸、乳酸、糠醛、多环芳烃等由液态转变成气态，并经过与原料换热后重新转化成液态，送入冷却系统处理；蒸发浓缩液，即含有各种无机盐、有机盐、木糖、木质素等的浓缩废水经换热降温后送回压滤机与纤维乙醇废水混合处理。多效蒸发器可以选择二 六效，但综合考虑到节能和装置投资，最好选择五效；蒸发器可以选用膜式蒸发、滴流式蒸发或其它各种常规蒸发型式，但基于腐蚀因素考虑，最好选择降膜式；多效蒸发器的一效采用外供蒸汽作热源，二效以后依次采用前一效生成的二次蒸汽作热源，各效蒸发产生的二次蒸汽经与原料换热后得到冷凝冷却。(3)冷却处理，多效蒸发得到的气态物料的冷凝液相冷却到40°C以下，冷却后出水进入厌氧发酵处理。冷却塔采用常规自然通风式风冷塔。(4)厌氧发酵处理，步骤(3)得到的冷却后的物料由上流式厌氧污泥床反应器的下部进入反应器，在厌氧污泥床上的厌氧发酵菌作用下发生甲烷化反应，甲烷气体由反应器顶部的气体出口排出装置外予以回收利用；处理出水则由反应器顶部出液口排入好氧生化处理单元进行后续处理。该单元所获取甲烷气体的体积浓度为40% 60% ;废水在厌氧反应器内的停留时间为20 50h ;进水容积负荷为5 10kgC0D/m3. d ;反应器内废水的操作温度为30 40°C。(5)好氧生物处理，将厌氧发酵处理后的出水进行好氧生化处理，好氧生化处理采用常规活性污泥法或膜法等好氧处理工艺进行处理。(6)过滤处理，过滤出水用于纤维乙醇生产过程。过滤处理采用传统砂滤器、多介质过滤器、纤维束或纤维球过滤器，也可以采用流动床形式的流砂过滤器等对好氧生物单元出水进行处理，处理后出水部分或全部回用做纤维乙醇生产工艺用水，如配酸用水、水解和发酵工序用水等。本专利技术方法对纤维乙醇废水分别采用压滤、多效蒸发、冷却、厌氧发酵制取甲烷、好氧生物、过滤组合处理流程，处理后出水可直接回用作纤维乙醇生产的配酸、水解及发酵等过程用水，由于回用水基本不含无机盐，长期循环使用不会造成盐的积累影响，达到纤维乙醇生产的节水和减少污水排放的目的。本专利技术提出的方法具有高浓度含盐污水可实现全部回用、废水中的废物料得到了有效回收和综合利用、高浓度有机污染物被转化成甲烷等得到资源利用，符合循环经济和清洁生产等的要求。附图说明图I是本专利技术一种具体纤维乙醇废水处理工艺流程示意图。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术方法的具体工艺过程进行说明。纤维乙醇废水被连续排入压滤机I中，废水中的固体废物，如木质素、发酵残渣等被截留在压滤机的滤布上，随后从滤布上脱离进行回收后综合利用；压滤机I的压滤液通过换热器与来自多效蒸发器2的末效蒸汽换热后进入多效蒸发器2中进行连续蒸发处理。在多效蒸发器2中，预热后压滤液首先进入一效蒸发单元，以一次蒸汽(外供蒸汽)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维乙醇废水的处理方法，其特征在于包括如下过程：（1）压滤，压滤后废水进行多效蒸发处理，压滤进料为纤维乙醇废水与多效蒸发后浓缩液的混合物料；（2）多效蒸发处理，压滤后的废水压滤液经换热后进入多效蒸发器，多效蒸发得到的气态物料冷凝为液相，多效蒸发后的浓缩液循环进行压滤；（3）冷却处理，多效蒸发得到的气态物料的冷凝液相冷却到40℃以下；（4）厌氧发酵处理，步骤（3）得到的冷却后的物料由上流式厌氧污泥床反应器的下部进入反应器，在厌氧污泥床上的厌氧发酵菌作用下发生甲烷化反应，甲烷气体由反应器顶部的气体出口排出装置外予以回收利用；（5）好氧生物处理，将厌氧发酵处理后的出水进行好氧生化处理；（6）过滤处理，过滤出水部分或全部用于纤维乙醇生产过程。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宏山，刘淑鹤，朱卫，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：