一種纖維素乙醇發(fā)酵廢液的預處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種纖維素乙醇發(fā)酵廢液的預處理方法。該方法包括絮凝、過濾和電絮凝，首先在調(diào)節(jié)池中加入0.2～10mg/L的陽離子有機絮凝劑，然后進行過濾，濾液進入電絮凝裝置處理。該方法藥劑投加量小，去除污染物范圍廣，能耗低，既減少固體物質在后續(xù)厭氧反應器中的累積，充分利用反應器的容積，又有效降低厭氧處理的有機負荷，并且殘存的絮凝劑對厭氧污泥的顆?；哂忻黠@促進作用。
【專利說明】一種纖維素乙醇發(fā)酵廢液的預處理方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種纖維素乙醇發(fā)酵廢液的預處理方法，具體涉及一種纖維素乙醇發(fā)酵廢液的固液分離預處理方法。該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)酵廢液的預處理。
【背景技術】
[0002]在多種可再生能源中，生物質能是未來能源領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褪袌隹臻g。目前，以纖維素為原料發(fā)酵制取燃料乙醇技術已基本成熟，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]纖維素乙醇在其生產(chǎn)過程中，由于原料中大部分半纖維素(C5糖)、木質素不能得到利用，再加上生產(chǎn)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(SS)和溶解性有機物。纖維素乙醇生產(chǎn)廢液具有高濃度、高含鹽、難生化、高溫、高SS且不易分離等特性，具體表現(xiàn)為:①不溶性固體物高，約為5wt%~ 10wt%，主要為粒徑微細的木質素，固液不易分離溫度高，約為80°C~950C ;③色度大，呈酸性，pH為4~5左右；@ COD約為130000~200000mg/L，主要為溶解性木糖、甘油、乙酸、揮發(fā)酚、乳酸、木質素(多環(huán)芳香化合物)、糠醛以及各種發(fā)酵中間產(chǎn)物；⑤B0D5/C0D=0.45~0.55，其中難生化降解性物主要為芳香族化合物；⑥無機鹽含量較高，約為2wt%~4wt% (以硫酸鹽為主)，硫酸根約1.0wt%,同時含有一定量的Na、K、Mg、Ca、Fe等離子。廢液中高濃度無機鹽、硫酸根、糠醛、SS及木質素等對常規(guī)生物法處理具有嚴重的抑制作用。
[0004]由于纖維素乙醇生產(chǎn)過程較為復雜，生產(chǎn)用水和排水量都相當高，使得廢液處理問題成為纖維素乙醇大規(guī)模生產(chǎn)的關鍵性制約因素。目前主要采用的處理方法是對高濃度污水進行厭氧處理，去除污水中的某些對纖維素或半纖維素水解和糖液發(fā)酵酶具有嚴重抑制性的物質，如羧酸、糠醛、呋喃、酚等，使處理后出水盡可能地回用。但是，生化處理的對象主要是溶解性有機物，廢水中的懸浮物往往容易在反應器內(nèi)部累積，造成有效容積下降，生化處理效率降低。一些常規(guī)的厭氧工藝如IC內(nèi)循環(huán)厭氧反應器和上流式厭氧污泥床反應器(UASB)等對進水懸浮物的含量有嚴格的限制要求，高效UASB處理系統(tǒng)必須滿足的條件之一是能夠保持大量的活性厭氧污泥，而高懸浮物的存在使得活性污泥的濃度較低，從而限制了厭氧反應器的效率的發(fā)揮。因此，對纖維素乙醇發(fā)酵廢液進行預處理，降低水中的SS及部分C0D，實現(xiàn)有效的固液分離，既可以減少固體物質中的無機組分在反應器中的累積，充分利用反應器的容積，又能夠降低后續(xù)厭氧生物處理的有機負荷，提高可生化性，是后續(xù)厭氧處理工藝運行良好的關鍵。 [0005]CN200810011463.2提供了一種纖維素乙醇生產(chǎn)廢水的處理方法，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，首先采用添加絮凝劑的方式去除廢水中的懸浮物，投加20~80mg/L常規(guī)的聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁或聚鐵等無機絮凝劑；或投加5~30mg/L的聚丙烯酰胺等有機絮凝劑。纖維素乙醇發(fā)酵廢液中固含量高達10wt%左右，而絮凝主要是去除水中的懸浮固體和一些膠體物質，處理固含量較高的廢水需提高絮凝劑投加量，且由于廢水中的木質素粒徑微細，絮凝效果不佳，懸浮物去除不徹底。另外，廢水本身呈酸性PH在4左右，含鹽量約為2wt%，酸析過程加入稀硫酸會使廢水的pH進一步降低，調(diào)節(jié)PH后廢水的鹽含量進一步增高，不利于后續(xù)厭氧生物處理。
[0006]CN200710119417.X提供了一種以糧食、非糧作物及木質素類物質為原料的乙醇生產(chǎn)廢水處理及循環(huán)利用技術，該法采用電催化技術和生物絮凝技術，乙醇廢水先經(jīng)過壓濾處理，濾液再經(jīng)電催化處理，然后添加生物絮凝劑，絮凝、固液分離后出水全部循環(huán)利用于乙醇生產(chǎn)過程。該法直接進行壓濾處理，過濾時間較長，并且后續(xù)絮凝劑的加入量為0.01~0.lg/100mL，藥劑投加量較大。
[0007]CN201010159161.7提供了一種青霉素發(fā)酵廢水的絮凝預處理方法，該法首先用反離子助劑對廢水水質進行調(diào)節(jié)，然后用高分子有機絮凝劑聚丙烯酰胺進行絮凝反應，之后進行固液分離。該法COD、SS去除率分別達50wt%~60wt%、95wt%以上，但是進水的COD和SS的濃度分別為10萬mg/L和5萬mg/L，遠低于纖維素乙醇生產(chǎn)廢水的進水濃度，并且絮凝劑的投加量為100~1500mg/L，藥劑投加量較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種纖維素乙醇發(fā)酵廢液的預處理方法，該方法藥劑投加量小，去除污染物范圍廣，能耗低，既減少固體物質在后續(xù)厭氧反應器中的累積，充分利用反應器的容積，又有效降低厭氧處理的有機負荷，并且殘存的絮凝劑對厭氧污泥的顆?；哂忻黠@促進作用。
[0009]本發(fā)明的纖維素乙醇發(fā)酵廢液的預處理方法，包括絮凝、過濾和電絮凝，首先在調(diào)節(jié)池中加入0.2~10mg/L的陽`離子有機絮凝劑，然后進行過濾，濾液進入電絮凝裝置處理。
[0010]本發(fā)明方法中，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)明方法中，陽離子有機絮凝劑優(yōu)選采用陽離子聚丙烯酰胺、陽離子淀粉、聚季銨鹽類陽離子表面活性劑等中的一種或幾種，投加量優(yōu)選為0.5~5.0mg/L。
[0012]陽離子有機絮凝劑是一類高分子聚合物，可提高發(fā)酵廢液粘度，使發(fā)酵廢液中的小分子顆粒聚集，增大濾餅的空隙率，從而降低過濾阻力，顯著縮短過濾周期，提高處理能力，改善處理效果。由于后續(xù)采用電絮凝作進一步處理，因此不需要添加大量的絮凝劑，減少了藥劑的投加量。
[0013]本發(fā)明方法中，可以使用各種設備對所述廢液進行過濾，優(yōu)選采用板框壓濾機進行過濾。過濾的壓力與過濾時間根據(jù)實際設備進行調(diào)節(jié)，優(yōu)選過濾條件為過濾壓力0.2~
0.8MPa，過濾時間20~180min。本發(fā)明中，在壓濾前加入有機絮凝劑不但可以有效去除廢液中的懸浮物和C0D，并且可以改善廢液的粘度，減小壓濾時的阻力，提高壓濾的效率，有效縮短壓濾時間。
[0014]本發(fā)明方法中，電絮凝裝置采用直流穩(wěn)壓電源，極板為多級式或組合式，其中陰極板采用不銹鋼或石墨等惰性材料，陽極板采用鑄鐵或鐵、鋁混合材料。本發(fā)明中，電絮凝的具體參數(shù)由本領域技術人員根據(jù)實際需要確定。
[0015]電絮凝具有去除污染物范圍廣、去除效率高、不需添加化學藥劑、無二次污染、工藝和設備簡單、可操控性好等諸多優(yōu)點，但是運行能耗較高。本發(fā)明方法中，事先采用有機絮凝劑對纖維素乙醇發(fā)酵廢液進行處理，過濾后再進入電絮凝裝置，使得后續(xù)的電絮凝處理的COD和SS有效降低，縮短了電絮凝的運行時間和能耗。此外，由于電絮凝裝置利用陽極溶蝕只能產(chǎn)生Fe2+、Fe3+、Al3+等無機絮凝劑，形成的絮體較小且不易沉降，壓濾前在發(fā)酵廢液中投加的有機絮凝劑，可促進電絮凝產(chǎn)生的無機絮凝劑快速聚集沉降，縮短廢水停留時間，從而提高處理能力。
[0016]電絮凝處理后已滿足厭氧生物處理單元如IC反應器或UASB反應器等對進水懸浮物的含量的要求，可直接進入?yún)捬跎锾幚韱卧M一步處理。
[0017]采用本發(fā)明的絮凝-過濾-電絮凝的預處理方法，可以有效去除SS和部分C0D，既減少固體物質在后續(xù)厭氧反應器中的累積，充分利用反應器的容積，又有效降低厭氧處理的有機負荷，同時金屬離子、色度等也得到一定的去除，滿足厭氧生物處理進水的要求，保證后續(xù)厭氧工藝高效穩(wěn)定運行。并且，采用本發(fā)明方法，不僅減少了絮凝劑的投加量，而且有效降低電絮凝的能耗，縮短了運行周期。同時，殘留的部分Fe3+、Al3+以及絮凝劑還可以促進厭氧顆粒污泥的形成。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明纖維素乙醇發(fā)酵廢液預處理工藝流程圖。
[0019]圖2是本發(fā)明電絮凝裝置結構示意圖。
[0020]圖中標記為:1、進水口，2、出水口，3、排污口，4、電極板，5、直流穩(wěn)壓電源，6、刮渣
機；a、絮凝區(qū)，b、沉 淀區(qū)。
【具體實施方式】
[0021]以下對本發(fā)明方法的具體工藝過程進行說明。本發(fā)明中wt%為質量分數(shù)。
[0022]纖維素乙醇發(fā)酵廢液進入調(diào)節(jié)池后，投加0.2~10mg/L的陽離子絮凝劑改善廢液的粘度，促進固體顆粒的聚集，去除懸浮顆粒物，減少過濾時的阻力；然后進行過濾，去除大部分固體物質，過濾采用小型不銹鋼板框壓濾機，適用于過濾各種PH值的酸堿溶液。
[0023]壓濾后的濾液進入電絮凝裝置，陽極極板不斷生成Fe2+、Fe3+或Al3+等陽離子，與水中0H_離子結合生成Fe (OH) 2、Fe (OH) 3或Al (OH) 3等無機絮凝劑，絮凝水中細小的的懸浮顆粒物和膠體等物質。由于形成的絮體較小且不易沉降，壓濾前在發(fā)酵廢液中投加的有機絮凝劑，可促進電絮凝產(chǎn)生的無機絮凝劑快速聚集沉降。陰極極板發(fā)生還原反應，水中重金屬離子得到電子還原為低價陽離子或金屬沉淀，可減小重金屬離子對后續(xù)厭氧微生物的抑制作用。在電流的作用下，陽極產(chǎn)生O2微氣泡，陰極產(chǎn)生H2微氣泡，所生成的微小氣泡遠小于加壓氣浮產(chǎn)生的氣泡，因而其氣浮能力更強，對污染物的去處效果也更好。由于事先進行了絮凝處理，使得后續(xù)的電絮凝處理的SS和COD有效降低，縮短了電絮凝的時間和能耗，出水SS含量小于100mg/L。并且，殘留的部分Fe3+、Al3+和高分子陽離子絮凝劑，可促進后續(xù)厭氧處理中顆粒污泥的形成。
[0024]下面結合附圖對本發(fā)明電絮凝的工藝過程做詳細說明。[0025]纖維素乙醇發(fā)酵廢液在調(diào)節(jié)池內(nèi)投加絮凝劑后進行壓濾，壓濾出水由進水口 I進入電絮凝裝置，通入直流穩(wěn)壓電源5，在絮凝區(qū)a內(nèi)部由電極板4的作用下發(fā)生電絮凝反應，大塊的絮體沉積在沉淀區(qū)b內(nèi)，由底部的排污口 3排出，而一部分比重較小的絮體由4和O2微氣泡一同上浮，由刮洛機6排除。
[0026]電絮凝裝置的陰極板采用不銹鋼材料，陽極板采用鑄鐵材料，上部為矩形反應區(qū)，下部為錐形沉淀區(qū)。電絮凝反應區(qū)內(nèi)分布4~6個極板，極板間距為40~65mm，浸液面積為80~165cm2，電極電壓為10~50V，電流為3~20A，廢水停留時間為20~40min。
[0027]實施例1
在調(diào)節(jié)池中加入陽離子聚丙烯酰胺(PAM)后進行板框壓濾，壓濾后的出水進入電絮凝裝置處理。電絮凝的反應區(qū)內(nèi)分布6個極板,極板間距為40mm,浸液面積為165cm2。操作條件及處理結果如表1所示。
[0028]表1各處理單元的操作條件及處理結果
【權利要求】
1.一種纖維素乙醇發(fā)酵廢液的預處理方法，包括絮凝、過濾和電絮凝，首先在調(diào)節(jié)池中加入0.2~10 mg/L的陽離子有機絮凝劑，然后進行過濾，濾液進入電絮凝裝置處理。
2.按照權利要求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.按照權利要求1所述的方法，其特征在于:陽離子有機絮凝劑采用陽離子聚丙烯酰胺、陽離子淀粉、聚季銨鹽類陽離子表面活性劑等中的一種或幾種。
4.按照權利要求1所述的方法，其特征在于:陽離子有機絮凝劑的投加量為0.5~5.0mg/Lo
5.按照權利要求1所述的方法，其特征在于:過濾采用板框壓濾機，過濾條件為過濾壓力0.2~0.8MPa,過濾時間20~180min。
6.按照權利要求1所述的方法，其特征在于:電絮凝裝置采用直流穩(wěn)壓電源，極板為多級式或組合式，其中陰極板采用不銹鋼或石墨，陽極板采用鑄鐵或鐵、鋁混合材料。
7.按照權利要求1或6所述的方法，其特征在于:電絮凝反應區(qū)內(nèi)分布4~6個極板，極板間距為40~65mm,浸液面積為80~165cm2,電極電壓為10~50V,電流為3~20A,廢水停留時間為20~40min`。
【文檔編號】C02F9/06GK103771632SQ201210405603
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月23日 優(yōu)先權日:2012年10月23日
【發(fā)明者】張蕾, 郭宏山, 陳中濤, 朱衛(wèi), 其他發(fā)明人請求不公開姓名 申請人: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