纖維素乙醇發(fā)酵廢液的固液分離方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種纖維素乙醇發(fā)酵廢液的固液分離方法，包括：（1）過濾分離，采用過濾分離發(fā)酵廢液中的大部分懸浮物；（2）堿析處理，向步驟（1）過濾后的廢液中投加鈣堿調(diào)節(jié)pH值為6.5～8.5；（3）強(qiáng)化絮凝，向步驟（2）處理后的廢水中依次投加混凝劑、絮凝劑和助沉劑，使堿析析出的細(xì)小顆粒物形成粗大密實(shí)的絮體，提高絮凝效率并減少沉降時(shí)間。本發(fā)明方法固液分離徹底，效率高、耗時(shí)短，可以連續(xù)運(yùn)行，易滿足實(shí)際工藝的要求，此外，處理后的出水滿足后續(xù)生化處理的要求。
【專利說明】纖維素乙醇發(fā)酵廢液的固液分離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及纖維素乙醇發(fā)酵廢液的預(yù)處理方法，具體涉及一種纖維素乙醇發(fā)酵廢液的固液分離方法，適用于以各種來源的纖維素為原料發(fā)酵制備乙醇產(chǎn)生的發(fā)酵廢液的預(yù)處理。
【背景技術(shù)】
[0002]在多種可再生能源中，生物質(zhì)能是未來能源領(lǐng)域中一種重要的可再生能源。纖維素是地球上資源量最豐富的生物質(zhì)能，因此，利用纖維素發(fā)酵制備乙醇具有很大的發(fā)展?jié)摿褪袌?chǎng)空間。目前，以纖維素為原料發(fā)酵制取燃料乙醇技術(shù)已基本成熟，其原理是將秸桿等植物纖維素通過水解得到還原性單糖，如木糖、葡萄糖等，再將還原性單糖經(jīng)過發(fā)酵、精餾后可得到燃料乙醇，所產(chǎn)生的醪液即為纖維素乙醇發(fā)酵廢液。
[0003]植物中的化學(xué)組成主要是木質(zhì)素、纖維素和半纖維素，它們占植物干重的比例分別為15%~20%，45%和20%。纖維素乙醇在其生產(chǎn)過程中，主要利用植物秸桿中的纖維素和半纖維素，使其酶解生成葡萄糖和木糖，然后經(jīng)微生物發(fā)酵、提純后制成纖維素乙醇。由于原料中大部分木質(zhì)素不能得到利用，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(SS)和溶解性有機(jī)物。目前對(duì)纖維乙醇發(fā)酵液主要采用厭氧、好氧生化處理，但生化處理的對(duì)象主要是溶解性有機(jī)物，廢水中的懸浮物往往容易在反應(yīng)器內(nèi)部累積，造成有效容積下降，生化處理效率降低。
[0004]過濾是分離懸 浮液最常用和最有效的方法之一，可以有效去除廢水中大部分懸浮物，但經(jīng)過濾處理后，纖維乙醇廢液中仍然含有一部分細(xì)小的懸浮物，主要是發(fā)酵過程中無法利用的木質(zhì)素等高分子物質(zhì)，這類細(xì)小的懸浮物質(zhì)數(shù)量多，約占廢水COD的5%~20%，而且粘度大，粒徑小，很難自然澄清，使用單一的絮凝劑往往處理效果不佳。纖維素乙醇發(fā)酵廢液經(jīng)過濾后，受布朗運(yùn)動(dòng)的影響，細(xì)小的顆粒在水中保持均勻分散狀態(tài)，形成了一個(gè)穩(wěn)定的體系，即使靜置幾天也不會(huì)自然沉降。
[0005]CN200810011463.2公開了一種纖維乙醇生產(chǎn)廢水的處理方法，該方法采用絮凝沉降-酸析木質(zhì)素的方法進(jìn)行預(yù)處理，然后進(jìn)行電解催化氧化，處理后的廢水進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵。該方法首先進(jìn)行絮凝沉降，絮凝劑的消耗量大，殘留的絮體細(xì)小，不易沉降；酸析木質(zhì)素需要向廢水中投加大量的無機(jī)酸，雖然可以析出大部分木質(zhì)素，但增加了廢水的鹽含量；另外，酸性環(huán)境對(duì)容器和管道易于腐蝕，酸析后廢水的pH為3.(Te.0，不利于后續(xù)進(jìn)行生化處理。此外，該方法耗時(shí)長(zhǎng)，絮凝沉降-酸析木質(zhì)素組合工藝所需的時(shí)間約為25、0 min。
[0006]CN201010159161.7公開了一種青霉素發(fā)酵廢水的絮凝預(yù)處理方法，該法首先用反離子助劑Ca (OH) 2或CaO將廢水pH調(diào)節(jié)至擴(kuò)12，然后投加高分子有機(jī)絮凝劑聚丙烯酰胺進(jìn)行絮凝反應(yīng)，之后進(jìn)行固液分離，對(duì)上清液進(jìn)行生化處理。該法COD、SS的去除率分別達(dá)到50~60%、95%以上，但是為了保證SO/—的去除率達(dá)到30%~40%，需大量投加反離子助劑，致使處理出水的pH高于9，不利于后續(xù)的絮凝反應(yīng)和生化處理。
[0007]CN201010583693.3公開了一種檸檬酸發(fā)酵液過濾澄清的方法，通過添加不同種類的絮凝劑和助濾劑，然后進(jìn)行兩級(jí)壓濾，可獲得濁度小于5的澄清發(fā)酵液。該方法處理流程長(zhǎng)，處理效率低，不適用于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種纖維素乙醇發(fā)酵廢液的固液分離方法。該方法固液分離徹底，效率高、耗時(shí)短，可以連續(xù)運(yùn)行，易滿足實(shí)際工藝的要求，此外，處理后的出水滿足后續(xù)生化處理的要求。
[0009]本發(fā)明纖維素乙醇發(fā)酵廢液的固液分離方法，包括以下內(nèi)容:
(1)過濾分離，采用過濾分離發(fā)酵廢液中的大部分懸浮物；
(2)堿析處理，向步驟(1)過濾后的廢液中投加鈣堿調(diào)節(jié)pH值為6.5^8.5 ；
(3)強(qiáng)化絮凝，向步驟(2)處理后的廢水中依次投加混凝劑、絮凝劑和助沉劑，使堿析析出的細(xì)小顆粒物形成粗大密實(shí)的絮體，提高絮凝效率并減少沉降時(shí)間。
[0010]本發(fā)明中，纖維素乙醇發(fā)酵廢液是以各種來源的纖維素為原料發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇過程產(chǎn)生的發(fā)酵廢液。
[0011]本發(fā)明中，步驟(1)的過濾分離可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的各種過濾設(shè)備。離心機(jī)是利用離心力，分離液體與固體顆?；蛞后w與液體的混合物中各組分的機(jī)械。離心機(jī)按作用原理分為離心過濾和離心沉降兩種；按操作方式可分為間歇式離心機(jī)和連續(xù)式離心機(jī)?？梢圆捎瞄g歇式離心機(jī)進(jìn)行過濾分離，轉(zhuǎn)速控制在100(T5000rpm，離心時(shí)間為5~10min。通過離心分離，可以去除纖維素乙醇發(fā)酵廢液中大部分懸浮物，上清液主要是殘余的細(xì)小懸浮物和溶解性木質(zhì)素鹽以及高濃度溶解性有機(jī)物。
[0012]本發(fā)明中，步驟(2)所述的鈣堿為Ca(OH)2 *CaO，控制混合時(shí)間為llmin，混合轉(zhuǎn)速為15(T300rpm。鈣堿在堿析處理中具有多重作用:首先，溶解在發(fā)酵廢液中的Ca2+可以與木質(zhì)素鹽等高分子化合物中的易螯合基團(tuán)相結(jié)合生成木質(zhì)素螯合物等多種不溶于水的螯合物，形成細(xì)小的顆粒析出；其次，Ca2+還可以與發(fā)酵廢液中的硫酸根離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硫酸鈣沉淀，除去發(fā)酵廢液中部分鹽類；另外，鈣堿還可以調(diào)節(jié)廢水的PH，使發(fā)酵廢液呈弱堿性，這是絮凝沉降處理和后續(xù)生化反應(yīng)處理的最佳PH范圍，后續(xù)的反應(yīng)過程無需再調(diào)節(jié)pH。此外，Ca2+可以形成絮凝的核心，pH升高也可以使廢液中的重金屬離子形成沉淀，從而加速絮體的形成。上述產(chǎn)生的顆粒物和沉淀在隨后的強(qiáng)化絮凝處理過程中得以去除。
[0013]本發(fā)明中，步驟(3)所述的混凝劑為聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鋁(PAS)、聚合硫酸鐵(PFS)或聚氯化鋁鐵(PAFC)等中的一種或幾種，投加量為5(T200mg/L，控制混和的轉(zhuǎn)速為15(T300rpm，混和時(shí)間為f2min。所述的絮凝劑為高分子絮凝劑，優(yōu)選為非離子型聚丙烯酰胺，投加量為0.5~5mg/L，控制絮凝的轉(zhuǎn)速為2(T50rpm，絮凝時(shí)間為5~lOmin。所述的助沉劑為粉煤灰、硅藻土、石英砂、膨潤(rùn)土、高嶺土等中的一種或幾種，在加入高分子絮凝劑后3(Tl20s內(nèi)投加助沉劑，投加量為0.l~10g/L，粒徑為80~200目。發(fā)酵廢液加入混凝劑后快速進(jìn)行混合，然后投加高分子絮凝劑進(jìn)入絮凝階段，絮凝階段進(jìn)行慢速攪拌以防生成的絮體發(fā)生破碎；在絮凝劑投加后3(Tl20s內(nèi)投加助沉劑，助沉劑可以降低靜電斥力并吸附周圍的微細(xì)粒子，使絮體的平均粒度增加，從而加速絮體沉降，強(qiáng)化固液分離的效果并縮短絮凝沉降的時(shí)間。
[0014]采用本發(fā)明的過濾分離-堿析處理-強(qiáng)化絮凝組合的固液分離方法，可以減少固體物質(zhì)在后續(xù)生化處理裝置中的累積，對(duì)提高生化處理的容積負(fù)荷和處理效果，減少構(gòu)筑物體積，節(jié)省投資和運(yùn)行費(fèi)用等均有積極的作用。另外，本發(fā)明方法中的堿析處理既可以析出部分溶解態(tài)的木質(zhì)素，又可以調(diào)節(jié)發(fā)酵廢液的PH值，使后續(xù)的強(qiáng)化絮凝和生化處理可以同時(shí)達(dá)到較好的運(yùn)行效果，并且投加的鈣堿還可以與發(fā)酵廢液中的硫酸根離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硫酸鈣沉淀，從而減小硫酸鹽對(duì)厭氧生化過程的不利影響。本發(fā)明可以分離出發(fā)酵廢液中的絕大部分固體物質(zhì)，使其進(jìn)一步資源化得到綜合利用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明纖維素乙醇發(fā)酵廢液固液分離方法的的具體工藝流程圖。
[0016]其中:1、過濾分離，2、堿析處理，3、強(qiáng)化絮凝，4、鈣堿，5、混凝劑，6、絮凝劑，7、助沉劑。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的工藝過程做詳細(xì)說明。
[0018]纖維素乙醇發(fā)酵廢液首先進(jìn)行初步的過濾分離1，除去大部分懸浮物，濾渣可進(jìn)一步綜合利用。經(jīng)過濾分離后的濾液中仍含有相當(dāng)數(shù)量的細(xì)小懸浮物和膠體物質(zhì)，投加Ca (OH) 2或CaO等鈣堿4使廢水的pH達(dá)到6.5^8.5，進(jìn)行堿析處理2，析出硫酸鈣、木質(zhì)素螯合物等沉淀。然后投加混凝劑5進(jìn)行快速攪拌，待混合充分后投加絮凝劑6進(jìn)行慢速攪拌，使形成的絮體逐漸變大，最后在加入高分子絮凝劑后3(Tl20s內(nèi)投加助沉劑7加速絮體的沉降，強(qiáng)化固液分離效果并縮短固液分離時(shí)間。
[0019]下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明方法和效果，其中wt%為質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
[0020]實(shí)施例1
采用本發(fā)明附圖1的處理方法對(duì)國內(nèi)某中型試驗(yàn)規(guī)模的纖維素乙醇生產(chǎn)裝置產(chǎn)生的發(fā)酵廢液進(jìn)行處理。該裝置以玉米秸桿為原料，主要采用水蒸汽酸爆預(yù)處理、酶法水解、糖液發(fā)酵、乙醇提濃和精餾提純等工藝生產(chǎn)纖維乙醇，發(fā)酵廢液中的主要污染物COD129050mg/L,懸浮物 SS 108000mg/L,木質(zhì)素 81000mg/L，硫酸根 9290mg/L，廢水的 pH 為4.01 (以下實(shí)施例纖維素乙醇發(fā)酵廢液各指標(biāo)同上)。
[0021]采用本發(fā)明的過濾分離-堿析處理-強(qiáng)化絮凝組合工藝對(duì)上述廢水進(jìn)行固液分離，各處理單元的主要實(shí)驗(yàn)裝置構(gòu)成、運(yùn)行條件及處理效果見表1。
[0022]表1實(shí)施例1的主要處理單元構(gòu)成及處理效果
【權(quán)利要求】
1.一種纖維素乙醇發(fā)酵廢液的固液分離方法，包括以下內(nèi)容: (O過濾分離，采用過濾分離發(fā)酵廢液中的大部分懸浮物； (2)堿析處理，向步驟(1)過濾后的廢液中投加鈣堿調(diào)節(jié)pH值為6.5^8.5 ； (3)強(qiáng)化絮凝，向步驟(2)處理后的廢水中依次投加混凝劑、絮凝劑和助沉劑，使堿析析出的細(xì)小顆粒物形成粗大密實(shí)的絮體，提高絮凝效率并減少沉降時(shí)間。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:纖維素乙醇發(fā)酵廢液是以各種來源的纖維素為原料發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇過程產(chǎn)生的發(fā)酵廢液。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(1)的過濾分離采用間歇式離心機(jī)，轉(zhuǎn)速控制在1000~5000rpm,離心時(shí)間為5~lOmin。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(2)所述的鈣堿為Ca(OH)2或CaO，控制混合時(shí)間為l~2min,混合轉(zhuǎn)速為150~300rpm。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(3)所述的混凝劑為聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鋁(PAS)、聚合硫酸鐵(PFS)或聚氯化鋁鐵(PAFC)等中的一種或幾種，投加量為5(T200mg/L，控制混和的轉(zhuǎn)速為15(T300rpm，混和時(shí)間為I~2min。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(3)所述的絮凝劑為高分子絮凝劑，投加量為0.5~5mg/L，控制絮凝的轉(zhuǎn)速為2(T50rpm，絮凝時(shí)間為5~lOmin。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于:所述的高分子絮凝劑為非離子型聚丙烯酰胺。
8.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(3)所述的助沉劑為粉煤灰、硅藻土、石英砂、膨潤(rùn)土、高嶺土 等中的一種或幾種，在加入高分子絮凝劑后3(Tl20s內(nèi)投加助沉劑，投加量為0.1~10g/L，粒徑為80~200目。
【文檔編號(hào)】C02F9/04GK103771611SQ201210404189
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月23日
【發(fā)明者】張蕾, 李寶忠, 郭宏山, 許瑩, 朱衛(wèi) 申請(qǐng)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