一種纖維素乙醇發酵廢液的預處理方法
2023-12-04 16:38:56 3
一種纖維素乙醇發酵廢液的預處理方法
【專利摘要】本發明公開了一種纖維素乙醇發酵廢液的預處理方法。該方法包括絮凝、過濾和電絮凝，首先在調節池中加入0.2～10mg/L的陽離子有機絮凝劑，然後進行過濾，濾液進入電絮凝裝置處理。該方法藥劑投加量小，去除汙染物範圍廣，能耗低，既減少固體物質在後續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，並且殘存的絮凝劑對厭氧汙泥的顆粒化具有明顯促進作用。
【專利說明】一種纖維素乙醇發酵廢液的預處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種纖維素乙醇發酵廢液的預處理方法，具體涉及一種纖維素乙醇發酵廢液的固液分離預處理方法。該法適用於以各種來源的纖維素為原料發酵製備乙醇產生的發酵廢液的預處理。
【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，利用纖維素髮酵製備乙醇具有很大的發展潛力和市場空間。目前，以纖維素為原料發酵製取燃料乙醇技術已基本成熟，其原理是將秸杆等植物纖維素通過水解得到還原性單糖，如木糖、葡萄糖等，再將還原性單糖經過發酵、精餾後可得到燃料乙醇，所產生的醪液即為纖維素乙醇發酵廢液。
[0003]纖維素乙醇在其生產過程中，由於原料中大部分半纖維素(C5糖)、木質素不能得到利用，再加上生產過程中伴生的乙酸、甘油、乳酸、糠醛等副產物，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、揮發酚、乳酸、木質素(多環芳香化合物)、糠醛以及各種發酵中間產物；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及木質素等對常規生物法處理具有嚴重的抑制作用。
[0004]由於纖維素乙醇生產過程較為複雜，生產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模生產的關鍵性制約因素。目前主要採用的處理方法是對高濃度汙水進行厭氧處理，去除汙水中的某些對纖維素或半纖維素水解和糖液發酵酶具有嚴重抑制性的物質，如羧酸、糠醛、呋喃、酚等，使處理後出水儘可能地回用。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部累積，造成有效容積下降，生化處理效率降低。一些常規的厭氧工藝如IC內循環厭氧反應器和上流式厭氧汙泥床反應器(UASB)等對進水懸浮物的含量有嚴格的限制要求，高效UASB處理系統必須滿足的條件之一是能夠保持大量的活性厭氧汙泥，而高懸浮物的存在使得活性汙泥的濃度較低，從而限制了厭氧反應器的效率的發揮。因此，對纖維素乙醇發酵廢液進行預處理，降低水中的SS及部分C0D，實現有效的固液分離，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，又能夠降低後續厭氧生物處理的有機負荷，提高可生化性，是後續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廢水的處理方法，採用絮凝沉降-酸析處理-電解催化氧化-厭氧發酵組合處理流程，首先採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的聚丙烯醯胺等有機絮凝劑。纖維素乙醇發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，且由於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，調節PH後廢水的鹽含量進一步增高，不利於後續厭氧生物處理。
[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廢水處理及循環利用技術，該法採用電催化技術和生物絮凝技術，乙醇廢水先經過壓濾處理，濾液再經電催化處理，然後添加生物絮凝劑，絮凝、固液分離後出水全部循環利用於乙醇生產過程。該法直接進行壓濾處理，過濾時間較長，並且後續絮凝劑的加入量為0.01~0.lg/100mL，藥劑投加量較大。
[0007]CN201010159161.7提供了一種青黴素髮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節，然後用高分子有機絮凝劑聚丙烯醯胺進行絮凝反應，之後進行固液分離。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，遠低於纖維素乙醇生產廢水的進水濃度，並且絮凝劑的投加量為100~1500mg/L，藥劑投加量較大。
【發明內容】
[0008]針對現有技術的不足，本發明提供一種纖維素乙醇發酵廢液的預處理方法，該方法藥劑投加量小，去除汙染物範圍廣，能耗低，既減少固體物質在後續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，並且殘存的絮凝劑對厭氧汙泥的顆粒化具有明顯促進作用。
[0009]本發明的纖維素乙醇發酵廢液的預處理方法，包括絮凝、過濾和電絮凝，首先在調節池中加入0.2~10mg/L的陽`離子有機絮凝劑，然後進行過濾，濾液進入電絮凝裝置處理。
[0010]本發明方法中，纖維素乙醇發酵廢液是以各種來源的纖維素為原料發酵生產燃料乙醇過程產生的發酵廢液。
[0011]本發明方法中，陽離子有機絮凝劑優選採用陽離子聚丙烯醯胺、陽離子澱粉、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，可提高發酵廢液粘度，使發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。由於後續採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]本發明方法中，可以使用各種設備對所述廢液進行過濾，優選採用板框壓濾機進行過濾。過濾的壓力與過濾時間根據實際設備進行調節，優選過濾條件為過濾壓力0.2~
0.8MPa，過濾時間20~180min。本發明中，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，並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]本發明方法中，電絮凝裝置採用直流穩壓電源，極板為多級式或組合式，其中陰極板採用不鏽鋼或石墨等惰性材料，陽極板採用鑄鐵或鐵、鋁混合材料。本發明中，電絮凝的具體參數由本領域技術人員根據實際需要確定。
[0015]電絮凝具有去除汙染物範圍廣、去除效率高、不需添加化學藥劑、無二次汙染、工藝和設備簡單、可操控性好等諸多優點，但是運行能耗較高。本發明方法中，事先採用有機絮凝劑對纖維素乙醇發酵廢液進行處理，過濾後再進入電絮凝裝置，使得後續的電絮凝處理的COD和SS有效降低，縮短了電絮凝的運行時間和能耗。此外，由於電絮凝裝置利用陽極溶蝕只能產生Fe2+、Fe3+、Al3+等無機絮凝劑，形成的絮體較小且不易沉降，壓濾前在發酵廢液中投加的有機絮凝劑，可促進電絮凝產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]電絮凝處理後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，可直接進入厭氧生物處理單元進一步處理。
[0017]採用本發明的絮凝-過濾-電絮凝的預處理方法，可以有效去除SS和部分C0D，既減少固體物質在後續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，保證後續厭氧工藝高效穩定運行。並且，採用本發明方法，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汙泥的形成。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明纖維素乙醇發酵廢液預處理工藝流程圖。
[0019]圖2是本發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、排汙口，4、電極板，5、直流穩壓電源，6、刮渣
機；a、絮凝區，b、沉 澱區。
【具體實施方式】
[0021]以下對本發明方法的具體工藝過程進行說明。本發明中wt%為質量分數。
[0022]纖維素乙醇發酵廢液進入調節池後，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；然後進行過濾，去除大部分固體物質，過濾採用小型不鏽鋼板框壓濾機，適用於過濾各種PH值的酸鹼溶液。
[0023]壓濾後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。由於形成的絮體較小且不易沉降，壓濾前在發酵廢液中投加的有機絮凝劑，可促進電絮凝產生的無機絮凝劑快速聚集沉降。陰極極板發生還原反應，水中重金屬離子得到電子還原為低價陽離子或金屬沉澱，可減小重金屬離子對後續厭氧微生物的抑制作用。在電流的作用下，陽極產生O2微氣泡，陰極產生H2微氣泡，所生成的微小氣泡遠小於加壓氣浮產生的氣泡，因而其氣浮能力更強，對汙染物的去處效果也更好。由於事先進行了絮凝處理，使得後續的電絮凝處理的SS和COD有效降低，縮短了電絮凝的時間和能耗，出水SS含量小於100mg/L。並且，殘留的部分Fe3+、Al3+和高分子陽離子絮凝劑，可促進後續厭氧處理中顆粒汙泥的形成。
[0024]下面結合附圖對本發明電絮凝的工藝過程做詳細說明。[0025]纖維素乙醇發酵廢液在調節池內投加絮凝劑後進行壓濾，壓濾出水由進水口 I進入電絮凝裝置，通入直流穩壓電源5，在絮凝區a內部由電極板4的作用下發生電絮凝反應，大塊的絮體沉積在沉澱區b內，由底部的排汙口 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採用不鏽鋼材料，陽極板採用鑄鐵材料，上部為矩形反應區，下部為錐形沉澱區。電絮凝反應區內分布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
在調節池中加入陽離子聚丙烯醯胺(PAM)後進行板框壓濾，壓濾後的出水進入電絮凝裝置處理。電絮凝的反應區內分布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酵廢液的預處理方法，包括絮凝、過濾和電絮凝，首先在調節池中加入0.2~10 mg/L的陽離子有機絮凝劑，然後進行過濾，濾液進入電絮凝裝置處理。
2.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於:纖維素乙醇發酵廢液是以各種來源的纖維素為原料發酵生產燃料乙醇過程產生的發酵廢液。
3.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於:陽離子有機絮凝劑採用陽離子聚丙烯醯胺、陽離子澱粉、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，其特徵在於: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，其特徵在於:過濾採用板框壓濾機，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，其特徵在於:電絮凝裝置採用直流穩壓電源，極板為多級式或組合式，其中陰極板採用不鏽鋼或石墨，陽極板採用鑄鐵或鐵、鋁混合材料。
7.按照權利要求1或6所述的方法，其特徵在於:電絮凝反應區內分布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 優先權日:2012年10月23日
【發明者】張蕾, 郭宏山, 陳中濤, 朱衛, 其他發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