專利名稱：薯類乙醇廢水高效處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薯類乙醇廢水高效處理方法，該方法采用兩級高溫厭氧、活性污 泥循環(huán)利用、好氧污泥回用及低能階熱量利用等技術(shù)，強化了厭氧操作，提高了沼氣收率， 實現(xiàn)了好氧污泥零排放及厭氧渣泥的減量排放，解決了目前薯類乙醇廢水處理厭氧渣泥量 大，好氧污泥含水量高，處理困難，廢水不能達標排放，處理費用高等問題，解決了制約薯類 乙醇生產(chǎn)實現(xiàn)低碳清潔生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸。
背景技術(shù)：
以生物質(zhì)為原料生產(chǎn)的生物乙醇是一種可再生的重要基礎(chǔ)原料及產(chǎn)品。近年來， 隨著新型替代能源燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，單純以玉米等農(nóng)作物為原料生產(chǎn)生物乙醇產(chǎn)品， 會產(chǎn)生與人爭糧的新問題。因此，近年來，以“非糧為主”發(fā)展生物乙醇成為世界范圍內(nèi)生 物乙醇技術(shù)發(fā)展趨勢，以及我國能源政策和資金扶持的重點。薯類乙醇原料主要包括木薯和紅薯等根生的淀粉質(zhì)原料，由于它有加工性能良 好，以及不與糧爭地的優(yōu)點，已被人們公認為是一種有很大發(fā)展?jié)摿Φ囊掖挤羌Z生產(chǎn)原料。 根據(jù)國家燃料乙醇發(fā)展規(guī)劃，我國廣西、云南和江西等南方地區(qū)將以木薯原料為主生產(chǎn)燃 料乙醇；山東、江蘇和河北等北方地區(qū)將以紅薯原料為主生產(chǎn)燃料乙醇，因此，開發(fā)薯類乙 醇清潔低碳生產(chǎn)技術(shù)具有重要的意義，而薯類乙醇廢水處理技術(shù)作為薯類乙醇生產(chǎn)實現(xiàn)低 碳清潔生產(chǎn)的技術(shù)關(guān)鍵，制約著薯類乙醇產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，越來越受到業(yè)界的關(guān)注。薯類乙醇生產(chǎn)過程中排放的乙醇廢水(也稱酒精廢醪液)，是一種高濃度、高溫 度、高懸浮物、粘度大、呈酸性的有機廢水，廢水中主要含有殘余淀粉、糖、粗蛋白、纖維素、 各種無機鹽及菌蛋白等物質(zhì)，約占懸浮固體含量的60 80%。新鮮生物乙醇廢水的排放溫 度為70 100°C，pH值為3 5，COD濃度為30000 80000mg/L，可生化性較強，具有潛在 的資源可利用特性。傳統(tǒng)的薯類乙醇廢水通常采用簡單的“厭氧+好氧”工藝處理。其工藝過程為來 自薯類乙醇生產(chǎn)過程的廢水，首先送入一級厭氧罐進行厭氧處理，一級厭氧罐的厭氧溫度 通過進料量的多少進行控制，當外界溫度變化較大時，厭氧操作溫度控制困難，變化較大， 一級厭氧操作不穩(wěn)定，厭氧后的廢水COD含量不穩(wěn)定，經(jīng)常發(fā)生異常發(fā)酵等情況。一級厭氧 后的廢水送入液固分離裝置，固相產(chǎn)物薯類渣泥(也叫厭氧污泥)發(fā)酵后作為肥料使用，一 級厭氧清液通過二級厭氧繼續(xù)消化處理，廢水經(jīng)過一級厭氧、液固分離等操作后，廢水的溫 度降低，二級厭氧不能繼續(xù)采用高溫厭氧操作，不得不將廢水清液進一步降溫到38°C以下， 進行中溫厭氧操作，大大降低了二級厭氧消化的效率，同時消耗大量的低溫冷卻水，生產(chǎn)成 本較高。廢水厭氧操作的平均容積負荷通常2. 5kgC0D/m3 d左右，污水排放很難達標，薯 類乙醇廢水的低成本清潔處理問題，一直困擾著薯類乙醇生產(chǎn)企業(yè)。鑒于傳統(tǒng)的薯類乙醇廢水工藝存在的問題，本發(fā)明采用兩級高溫厭氧、活性污泥 循環(huán)利用、低能階熱量利用及工藝廢水回用等技術(shù)，強化了厭氧操作，提高了沼氣收率，降 低了能耗，廢水厭氧操作的容積負荷提高到7. OkgCOD/m3 d以上，生產(chǎn)噸乙醇產(chǎn)品沼氣收率提高10%以上，好氧污泥實現(xiàn)零排放，厭氧渣泥的減量30 70%，廢水排放量減少40 90%，且達標排放，經(jīng)濟效益明顯，解決了制約薯類乙醇生產(chǎn)實現(xiàn)低碳清潔生產(chǎn)的技術(shù)瓶 頸。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決傳統(tǒng)酒精廢水全糟厭氧消化處理工藝存在的問題，本發(fā)明提出了一種薯 類乙醇廢水高效處理新方法，其技術(shù)方案及特征如下來自薯類乙醇生產(chǎn)過程的廢水，通過一級厭氧進水降溫、一級高溫厭氧、活性厭氧 污泥分離、液固分離、渣泥干燥、污泥沉淀濃縮回用、二級厭氧進水升溫、二級高溫厭氧、好 氧及深度氧化處理等過程處理后，排放廢水的COD濃度小于100mg/L。來自薯類乙醇生產(chǎn)過程的廢水，首先通過二級厭氧調(diào)節(jié)罐加熱器12降溫后送至 一級厭氧調(diào)節(jié)罐1，一級厭氧調(diào)節(jié)罐的出水溫度通過廢水冷卻器2進行控制，實現(xiàn)對一級厭 氧罐3的厭氧操作溫度的控制，一級厭氧罐3的厭氧操作溫度為55 65°C。來自薯類乙醇生產(chǎn)過程的高溫廢水降溫操作，二級厭氧調(diào)節(jié)罐加熱器12的加熱 介質(zhì)為來自薯類乙醇生產(chǎn)過程中的高溫廢水，冷卻介質(zhì)為二級厭氧調(diào)節(jié)罐8中的廢水，控 制二級厭氧調(diào)節(jié)罐8中的廢水溫度升至55 65°C，實現(xiàn)二級厭氧罐9高溫厭氧操作，二級 厭氧調(diào)節(jié)罐8中的廢水升溫熱量來自薯類乙醇生產(chǎn)過程的高溫廢水降溫過程放出的部分 熱量，實現(xiàn)工藝廢水低能階熱量的利用。薯類乙醇廢水高效處理新方法生產(chǎn)流程圖詳見附圖所示的薯類乙醇廢水高效處 理新方法流程圖，薯類乙醇廢水高效處理新方法的具體說明如下來自薯類乙醇生產(chǎn)過程的COD濃度為30000 80000mg/L及溫度為70 100°C 的廢水，首先通過二級厭氧調(diào)節(jié)罐加熱器12換熱降溫后送至一級厭氧調(diào)節(jié)罐1，節(jié)省了冷 卻水的用量，同時，來自好氧罐10的好氧污泥及污泥沉淀濃縮裝置7的活性污泥也送至一 級厭氧調(diào)節(jié)罐1，進行預(yù)熱馴化，一級厭氧調(diào)節(jié)罐1排出的廢水通過泵送至一級厭氧罐3，一 級厭氧調(diào)節(jié)罐通過廢水冷卻器2進行溫度控制，并通過控制一級厭氧調(diào)節(jié)罐1出水的溫度， 實現(xiàn)對一級厭氧罐3的厭氧操作溫度的精確控制，一級厭氧罐3的厭氧操作溫度為55 65°C，一級厭氧操作24小時溫度變化小于0. 3°C，使回用活性污泥保持較高的活性，廢水冷 卻器的冷卻介質(zhì)為常溫下的循環(huán)冷卻水。一級厭氧罐3為全混合式高溫厭氧反應(yīng)器，一級厭氧罐3厭氧操作的容積負荷大 于7. OkgCOD/m3 (!，廢水經(jīng)一次厭氧處理后，得到C0D小于8000mg/L的一次厭氧水出水，一 級高溫厭氧操作產(chǎn)生的沼氣送至沼氣儲罐，沼氣中甲烷純度為50 65%，一次厭氧罐3連 續(xù)或間歇排放的含有未消化的薯類渣及活性污泥的一次厭氧出水送至活性污泥分離裝置 4。在活性污泥分離裝置4中，來自一次厭氧罐3的一次厭氧水出水通過篩分裝置得 到富集活性污泥的一次厭氧水的篩下物及富含薯類渣泥的篩上物，篩分裝置的篩孔直徑 為0. 05 1毫米。富集活性污泥的一次厭氧水送至污泥濃縮裝置7，活性污泥的回收率為 20 95%，在富集活性污泥的一次厭氧水中，由于同時也含有可以進一步消化降解的富含 有機物的固體小顆粒，通過返回一級厭氧罐3重新進行消化處理可增加沼氣產(chǎn)量；篩上物 薯類渣泥送至液固分離機5，將薯類渣泥進一步脫水濃縮，分離出的液相也送至污泥沉淀濃縮裝置7，脫水濃縮后的渣泥固相含水量為60-75%。脫水濃縮后的薯類渣泥繼續(xù)送至渣泥 干燥裝置6干燥，烘干后得到的干糟可作為燃料或肥料使用，渣泥干燥裝置6采用沼氣或干 渣泥作為干燥機加熱燃料，沼氣來源為厭氧罐厭氧操作產(chǎn)生的沼氣，干渣泥來源為渣泥干 燥裝置6烘干后得到的干渣泥。富集活性污泥的一次厭氧水在污泥沉淀濃縮裝置7中沉淀澄清，沉淀出的活性污 泥及可進一步消化降解的富含有機物的固體小顆粒一并返回一級厭氧調(diào)節(jié)罐1循環(huán)利用， 提高一級厭氧操作的容積負荷及沼氣的收率，減少厭氧渣泥的排放量；污泥沉淀濃縮裝置 7排出的清液送至二級厭氧調(diào)節(jié)罐8，二級厭氧調(diào)節(jié)罐8的進水由于操作過程熱量的損失， 物料溫度降低較大，二級厭氧罐9的正常操作溫度通常為高溫厭氧55 65°C或中溫厭氧 33 38°C，為保證二級厭氧罐9的正常操作需要對進水升溫或降溫，另外，高溫厭氧效率 高，厭氧消化程度深。本發(fā)明的二級厭氧調(diào)節(jié)罐加熱器12的加熱介質(zhì)為來自薯類乙醇生產(chǎn) 過程中排出的高溫廢水冷卻過程放出的熱量，實現(xiàn)低能階熱量的循環(huán)利用，不需外加熱量， 解決了傳統(tǒng)二級厭氧工藝若維持55 65°C高溫厭氧操作需要外加熱量，或若維持30 38°C低溫厭氧操作需要外加冷量的問題，同時也實現(xiàn)了二級厭氧高溫操作的高效率，降低 了操作費用。二級厭氧調(diào)節(jié)罐8利用二級厭氧調(diào)節(jié)罐加熱器12控制二級厭氧調(diào)節(jié)罐8的 出水溫度，最終控制二級厭氧罐9的操作溫度，二級厭氧罐9的操作溫度為55 65°C，維持 二級厭氧罐9高溫厭氧操作。二級厭氧罐9為內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器。來自二級厭氧調(diào)節(jié)罐8的一次厭氧水送至二級厭氧罐9進行高溫二級厭氧處理， 二級厭氧罐9裝有高效顆粒厭氧污泥，定期排放的顆粒厭氧污泥也返回一級厭氧調(diào)節(jié)罐1 循環(huán)利用，二級厭氧罐出水的COD濃度為2000mg/L以下，送至好氧罐10進行通入空氣的好 氧處理。二級厭氧水通過在好氧罐10中的好氧操作，好氧出水的COD濃度達到300mg/L 以下，好氧出水部分送入廢水深度處理裝置11繼續(xù)處理，部分可返回生產(chǎn)裝置進行拌料使 用，回用率可達到50-90%，好氧罐10排出的好氧污泥也全部返回一級厭氧調(diào)節(jié)罐1回收， 通過厭氧操作將其中的有機物繼續(xù)厭氧消化，不能降解的固相物通過厭氧改性后隨厭氧污 泥排放，實現(xiàn)好氧污泥零排放。好氧罐出水送至廢水深度氧化處理裝置11，通過投加臭氧等氧化劑對好氧水進行 進一步深度氧化處理，深度氧化處理后的污水COD濃度可小于100mg/L，實現(xiàn)污水達標排 放。


附圖為類乙醇廢水高效處理新方法流程圖。其中1為一級厭氧調(diào)節(jié)罐，2為廢水冷卻器，3為一級厭氧罐，4活性污泥分離裝置， 5為液固分離機，6為渣泥干燥裝置，7為污泥沉淀濃縮裝置，8為二級厭氧調(diào)節(jié)罐，9為二級 厭氧罐，10為好氧罐，11為深度氧化處理裝置，12為二級厭氧調(diào)節(jié)罐加熱器
具體實施例方式實施例一種薯類乙醇廢水高效處理方法，來自薯類乙醇生產(chǎn)過程的廢水，通過一級厭氧進水降溫、一級高溫厭氧、活性厭氧污泥分離、液固分離、渣泥干燥、污泥沉淀濃縮回用、二 級厭氧進水升溫、二級高溫厭氧、好氧及深度處理的過程；來自薯類乙醇生產(chǎn)過程的廢水， 首先通過二級厭氧調(diào)節(jié)罐加熱器12降溫后送至一級厭氧調(diào)節(jié)罐1，一級厭氧調(diào)節(jié)罐的出水 溫度通過廢水冷卻器2進行控制，實現(xiàn)對一級厭氧罐3的厭氧操作溫度的控制，一級厭氧罐 3的厭氧操作溫度為55 65°C。二級厭氧調(diào)節(jié)罐加熱器12的加熱介質(zhì)為來自薯類乙醇生 產(chǎn)過程中的高溫廢水，冷卻介質(zhì)為二級厭氧調(diào)節(jié)罐8中的廢水，控制二級厭氧調(diào)節(jié)罐8中的 廢水溫度升至55 65°C，實現(xiàn)二級厭氧罐9高溫厭氧操作，二級厭氧調(diào)節(jié)罐8中的廢水升 溫熱量來自薯類乙醇生產(chǎn)過程的高溫廢水降溫過程放出的部分熱量，實現(xiàn)工藝廢水低能階 熱量的利用。以木薯為原料生產(chǎn)乙醇過程中排放的乙醇廢水，采用附圖-薯類乙醇廢水高效處 理新方法流程圖進行處理操作，具體實施過程如下來自木薯乙醇生產(chǎn)過程的COD濃度為68000mg/L、溫度為80°C、流量為100噸/小 時的廢水，首先通過二級厭氧調(diào)節(jié)罐加熱器12換熱降溫至72°C，送至一級厭氧調(diào)節(jié)罐1，同 時，來自好氧罐10的好氧污泥及污泥沉淀濃縮裝置7的活性污泥也送至一級厭氧調(diào)節(jié)罐1， 一級厭氧調(diào)節(jié)罐1排出的廢水通過泵送至一級厭氧罐3，一級厭氧調(diào)節(jié)罐通過廢水冷卻器2 進行溫度控制，并通過控制一級厭氧調(diào)節(jié)罐1出水的溫度，實現(xiàn)對一級厭氧罐3的高溫厭氧 操作溫度的控制，一級厭氧罐3的厭氧操作溫度為60°C，同時也使回用活性污泥保持較高 的活性，廢水冷卻器的冷卻介質(zhì)為循環(huán)冷卻水。一級厭氧罐3為全混合式高溫厭氧反應(yīng)器，厭氧操作溫度通過調(diào)節(jié)進料溫度控制 為60°C，一級厭氧罐3厭氧操作的容積負荷大于7. lkgCOD/m3 d，廢水經(jīng)一次厭氧處理后， 得到COD為5000mg/L的一次高溫厭氧水出水，一級厭氧操作產(chǎn)生的沼氣送至沼氣儲罐，沼 氣中甲烷純度為56%，一次厭氧罐3連續(xù)排放的含有未消化的木薯渣及活性污泥的一次厭 氧出水送至活性污泥分離裝置4。在活性污泥分離裝置4中，來自一次厭氧罐3的一次厭氧水出水通過篩分裝置得 到富集活性污泥的一次厭氧水的篩下物及富含木薯渣泥的篩上物，篩分裝置的篩孔直徑為 0. 5毫米。富集活性污泥的一次厭氧水送至污泥濃縮裝置7，活性污泥的回收率為90%，在 富集活性污泥的一次厭氧水中，由于同時也含有可以進一步消化降解的富含有機物的固體 小顆粒，通過返回一級厭氧罐3重新進行消化處理可增加沼氣產(chǎn)量；篩上物木薯渣泥送至 液固分離機5，將木薯渣泥進一步脫水濃縮，分離出的液相也送至污泥沉淀濃縮裝置7，脫 水濃縮后的渣泥固相含水量為65%。脫水濃縮后的木薯渣泥繼續(xù)送至渣泥干燥裝置6干 燥，烘干后得到的干渣泥可作為燃料或肥料使用，渣泥干燥裝置6采用沼氣作為干燥機加 熱燃料，沼氣來源為厭氧罐厭氧操作產(chǎn)生的沼氣。富集活性污泥的一次厭氧水在污泥沉淀濃縮裝置7中沉淀澄清，沉淀出的活性污 泥及可進一步消化降解的富含有機物的固體小顆粒一并返回一級厭氧調(diào)節(jié)罐1循環(huán)利用， 提高一級厭氧操作的容積負荷及沼氣的收率，減少厭氧渣泥的排放量；污泥沉淀濃縮裝置 7排出的清液送至二級厭氧調(diào)節(jié)罐8，二級厭氧調(diào)節(jié)罐加熱器12的加熱介質(zhì)為來自薯類乙 醇生產(chǎn)過程中排出的高溫廢水冷卻過程放出的熱量，不需外加熱量，二級厭氧調(diào)節(jié)罐8利 用二級厭氧調(diào)節(jié)罐加熱器12控制二級厭氧調(diào)節(jié)罐8的出水溫度，最終控制二級厭氧 9的 操作溫度，二級厭氧罐9的操作溫度為58°C。二級厭氧罐9為內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器。
來自二級厭氧調(diào)節(jié)罐8的一次厭氧水送至二級厭氧罐9進行高溫二級厭氧處理， 二級厭氧罐9裝有高效顆粒厭氧污泥，定期排放的顆粒厭氧污泥也返回一級厭氧調(diào)節(jié)罐1 循環(huán)利用，二級厭氧罐出水的COD濃度為950mg/L，送至好氧罐10進行通入空氣的好氧處理。二級厭氧水通過在好氧罐10中的好氧操作，好氧出水的COD濃度達到150mg/L，好 氧出水部分送入廢水深度處理裝置11繼續(xù)處理，部分返回生產(chǎn)裝置進行拌料使用，回用率 達到72%，好氧罐10排出的好氧污泥也全部返回一級厭氧調(diào)節(jié)罐1回收，實現(xiàn)好氧污泥零 排放。好氧罐出水送至廢水深度氧化處理裝置11，通過投加臭氧對好氧水進行進一步深 度處理，深度處理后的污水COD濃度為58mg/L，實現(xiàn)污水達標排放。
權(quán)利要求
一種薯類乙醇廢水高效處理方法，來自薯類乙醇生產(chǎn)過程的廢水，通過一級厭氧進水降溫、一級高溫厭氧、活性厭氧污泥分離、液固分離、渣泥干燥、污泥沉淀濃縮回用、二級厭氧進水升溫、二級高溫厭氧、好氧及深度氧化處理的過程；其特征是來自薯類乙醇生產(chǎn)過程的廢水，首先通過二級厭氧調(diào)節(jié)罐加熱器12降溫后送至一級厭氧調(diào)節(jié)罐1，一級厭氧調(diào)節(jié)罐的出水溫度通過廢水冷卻器2進行控制，實現(xiàn)對一級厭氧罐3的厭氧操作溫度的控制，一級厭氧罐3的厭氧操作溫度為55～65℃。
2.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征是二級厭氧調(diào)節(jié)罐加熱器12的加熱介質(zhì)為來 自薯類乙醇生產(chǎn)過程中的高溫廢水，冷卻介質(zhì)為二級厭氧調(diào)節(jié)罐8中的廢水，控制二級厭 氧調(diào)節(jié)罐8中的廢水溫度升至55 65°C，實現(xiàn)二級厭氧罐9高溫厭氧操作，二級厭氧調(diào)節(jié) 罐8中的廢水升溫熱量來自薯類乙醇生產(chǎn)過程的高溫廢水降溫過程放出的部分熱量，實現(xiàn) 工藝廢水低能階熱量的利用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種薯類乙醇廢水高效處理方法，來自薯類乙醇生產(chǎn)過程的廢水，通過一級厭氧進水降溫、一級高溫厭氧、活性厭氧污泥分離、液固分離、渣泥干燥、污泥沉淀濃縮回用、二級厭氧進水升溫、二級高溫厭氧、好氧及深度處理等過程。首先通過二級厭氧調(diào)節(jié)罐加熱器12降溫后送至一級厭氧調(diào)節(jié)罐1，一級厭氧調(diào)節(jié)罐的出水溫度通過廢水冷卻器2進行控制，實現(xiàn)對一級厭氧罐3的厭氧操作溫度的控制，一級厭氧罐3的厭氧操作溫度為55～65℃。通過投加臭氧等氧化劑對好氧水進行進一步深度處理，深度處理后的污水COD濃度可小于100mg/L，實現(xiàn)污水達標排放。
文檔編號C02F3/30GK101875527SQ201010229088
公開日2010年11月3日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者呂惠生, 張敏華, 李永輝, 歐陽勝利, 董秀芹, 錢勝華, 陶敏莉 申請人:天津大學(xué)