[發(fā)明專利]一種纖維乙醇生產(chǎn)廢水的處理方法

有效

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• 申請日: 2011-11-10
• 公開（公告）號(hào): CN103102036A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭宏山;陳中濤;張蕾;朱衛(wèi)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院
• 主分類號(hào): C02F9/14
• 分類號(hào): C02F9/14;C02F103/36
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種纖維乙醇生產(chǎn)廢水的處理方法，用于以玉米秸稈等植物纖維為原料生產(chǎn)乙醇過程中的高濃度含鹽有機(jī)廢水的處理。

背景技術(shù)

隨著全球化石能源的日益短缺、環(huán)境污染的加劇、循環(huán)經(jīng)濟(jì)和減少碳排放的總體要求，可再生能源的開發(fā)已成為這個(gè)時(shí)代的主題，而以玉米秸稈、高粱秸桿等植物纖維為原料生產(chǎn)纖維乙醇是可再生能源開發(fā)的重要途徑之一。

纖維乙醇是以玉米秸稈、高粱秸桿等植物纖維為原料，通過蒸爆預(yù)處理、纖維酶水解、糖化酶發(fā)酵、乙醇精餾和脫水等工藝獲取高純度乙醇，再摻入汽油組分中生產(chǎn)燃料乙醇產(chǎn)品，作為車用清潔燃料。在其生產(chǎn)過程中，由于原料中大部分的半纖維素（C5糖）、木質(zhì)素不能得到利用，再加上過程中伴生的乙酸、甘油、乳酸、糠醛等副產(chǎn)物，使得最終由乙醇蒸餾塔底排放的醪液中含有極高濃度的懸浮物和溶解性有機(jī)物。同時(shí)，為提高秸稈中纖維素的水解效率、發(fā)酵液中的乙醇濃度、乙醇產(chǎn)品收率以及降低過程能耗、酶制劑用量的考慮，蒸爆預(yù)處理往往是在酸性條件下進(jìn)行，即預(yù)先用1%以上的硫酸對纖維原料進(jìn)行浸漬后進(jìn)行蒸爆預(yù)處理，以達(dá)到有效破壞秸稈中纖維素組織結(jié)構(gòu)的目的，而該過程所投加的硫酸以及用于后續(xù)水解、發(fā)酵過程中和調(diào)節(jié)所投加的氫氧化鈉最終將以無機(jī)鹽的形式存在于乙醇蒸餾塔發(fā)酵醪液中，致使纖維乙醇廢水在含有高濃度有機(jī)物的基礎(chǔ)上，又具有含鹽的性質(zhì)。經(jīng)全面地檢測和剖析，纖維乙醇生產(chǎn)廢水主要來源于乙醇蒸餾塔發(fā)酵醪液，其主要特征為：不溶性固體物高，約為5%，主要為粒徑微細(xì)的木質(zhì)素，固液不易分離；溫度高，約為95℃；色度大，呈酸性，pH值為5左右；COD約13萬mg/L，主要為溶解性木糖、甘油、乙酸、揮發(fā)酚、乳酸、木質(zhì)素（多環(huán)芳香化合物）、糠醛以及各種發(fā)酵中間產(chǎn)物；BOD₅/COD=0.5～0.55，其中難生化降解性物主要為芳香族化合物；無機(jī)鹽含量較高，約為2%～4%（以硫酸鹽為主），硫酸根約1%，同時(shí)含有一定量的K、Mg、Ca、Fe離子；廢水中的無機(jī)鹽、硫酸根、乙酸、糠醛、SS及木質(zhì)素等對常規(guī)生物法處理具有嚴(yán)重的抑制作用。

由于纖維乙醇生產(chǎn)過程較為復(fù)雜，生產(chǎn)用水和排水量都相當(dāng)高，根據(jù)目前的工藝水平分析，生產(chǎn)一噸乙醇產(chǎn)品新鮮水消耗量約為25～30噸，同時(shí)將排出約25噸的生產(chǎn)廢水。由于該類廢水所具有的高濃度、高含鹽、難生化、高溫、高SS且不易分離等特性，使得廢水處理問題成為纖維乙醇大規(guī)模生產(chǎn)的關(guān)鍵性制約因素。為解決纖維乙醇生產(chǎn)過程產(chǎn)生的高濃度污水問題，目前主要采用的處理方法是對高濃度污水進(jìn)行厭氧處理，去除污水中的某些對纖維素或半纖維素水解和糖液發(fā)酵酶具有嚴(yán)重抑制性的物質(zhì)，如羧酸、糠醛、呋喃、酚等，使處理后出水盡可能地回用。如CN01808115.0和US6555350均提出采用上流式厭氧污泥床（UASB）工藝處理污水，使污水中的抑制性物質(zhì)羧酸、糠醛、呋喃、酚等去除80%以上，處理后至少5%以上的污水得到循環(huán)使用，同時(shí)通過厭氧發(fā)酵產(chǎn)生甲烷，甲烷回收提高能量的利用率。然而，該方法僅適用于處理中性（不加酸）蒸爆預(yù)處理生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的廢水，且處理后的出水COD仍高達(dá)4000mg/L以上，除極少部分回用外未有后續(xù)達(dá)標(biāo)處理措施。CN200810011463.2提出一種纖維乙醇生產(chǎn)廢水的處理方法，對纖維乙醇廢水采用絮凝沉降-酸析處理-電解催化氧化-厭氧發(fā)酵組合處理流程，處理后出水回用作纖維乙醇生產(chǎn)的水洗、酸洗、發(fā)酵等過程用水；在非正常工況和污水不能實(shí)施回用的情況下，處理后出水再進(jìn)行好氧生化和過濾處理，使出水滿足達(dá)標(biāo)排放要求（COD≤100mg/L）。但該方法也主要適用于中性或低酸性蒸爆預(yù)處理工藝的高濃度低含鹽有機(jī)廢水的處理，更為重要地的是所采用的處理工藝存在能耗和運(yùn)行費(fèi)用高。并且，絮凝-酸析過程要向廢水中投加絮凝劑和酸，不僅會(huì)增加廢水的無機(jī)鹽濃度，且由于廢水中的木質(zhì)素粒徑微細(xì)，絮凝效果不好。

基于以上分析，采用酸性蒸爆預(yù)處理生產(chǎn)工藝的纖維乙醇生產(chǎn)盡管在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上具有較大的優(yōu)勢，但也相應(yīng)帶來了較大的廢水處理問題，目前還沒有工藝可靠、經(jīng)濟(jì)可行的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)處理技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對酸性蒸爆預(yù)處理路線的纖維乙醇蒸餾塔底醪液的水質(zhì)特點(diǎn)，提出一種纖維乙醇生產(chǎn)廢水的處理方法，對纖維乙醇生產(chǎn)廢水采用壓濾-冷卻-厭氧消化-上流式厭氧污泥床發(fā)酵-一級(jí)好氧生化-電解催化氧化-二級(jí)好氧生化-過濾組合工藝，經(jīng)上述過程處理的出水達(dá)標(biāo)排放。同時(shí)本發(fā)明方法具有運(yùn)行成本低，廢水中有機(jī)組分利用率高等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明纖維乙醇生產(chǎn)廢水的處理方法包括以下八個(gè)處理單元：