盧 穎

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱 150080)

推廣應(yīng)用

淺談酒精廢水綜合治理及利用方法

盧 穎

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱 150080)

酒精廢水是一種高濃度的有機廢水，常規(guī)的末端治理處理工藝存在著投資高、占地面積大等問題，如能夠做到邊處理邊回收，做到廢水的資源化，將具有廣闊的前景。通過對幾種酒精廢水綜合治理及利用方法的介紹，說明各個方法的優(yōu)缺點，并介紹了每種方法的應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上，進而提出酒精廢水綜合利用的優(yōu)選技術(shù)。

酒精廢水；治理方法；綜合利用；清潔生產(chǎn)

酒精作為基礎(chǔ)的化工原料和清潔的二次能源都相當重要，在我國，酒廠幾乎遍布各個縣、市，生產(chǎn)發(fā)酵酒精每年高達260萬t以上[1]。

在我國工業(yè)行業(yè)中，有機廢水的排放量在酒精行業(yè)中集中度非常高，該行業(yè)也是引起嚴重水環(huán)境污染的第二大輕工業(yè)[2]。酒精生產(chǎn)廢水是一種富含糖類、蛋白質(zhì)、有機酸等物質(zhì)的有機物濃度非常高的廢水，它的性質(zhì)偏酸性，如果不做任何處理就直接排放，不僅會引起嚴重的環(huán)境污染，而且還會使很多有用物質(zhì)白白流失。目前，國內(nèi)有關(guān)此類廢水的研究大多集中在末端治理上，通常是采用一些常規(guī)的處理手段，而這些常規(guī)的末端治理手段存在著一系列的問題，比如占地面積大、投資費用高以及操作和管理困難等。清潔生產(chǎn)的酒精廢水綜合利用技術(shù)，在酒精廢水處理的過程中，回收有用物質(zhì)，做到廢水的資源化利用，相比之下有較大的技術(shù)優(yōu)勢、資源優(yōu)勢和經(jīng)濟優(yōu)勢。

1 濃縮燃燒法

1.1 濃縮燃燒法的技術(shù)原理

將酒精廢水放入多效蒸發(fā)器中進行蒸發(fā)濃縮，濃縮成含水量比例為40%的泥餅，然后將泥餅投放到專用的燃燒器中進行燃燒，燃燒產(chǎn)生的能量一部分用于再蒸發(fā)時的能量消耗，另一部分用于生產(chǎn)過程中的酒精蒸餾。濃縮燃燒的這種生物處理方法將能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，熱能被用來濃縮廢醪液，而濃縮廢醪液產(chǎn)生的能量又用來燃燒，這樣就形成了一種良性循環(huán)，處理酒精廢液也達到了零排放的目的。

1.2 濃縮燃燒法在各國的應(yīng)用

目前，濃縮燃燒法已經(jīng)在多國的酒精廠得到應(yīng)用，如波蘭、印度、巴西、日本、泰國等國家，技術(shù)較成熟的是瑞典和荷蘭的兩家公司聯(lián)合研制出來的商業(yè)酒精廢液燃燒器，其技術(shù)原理是使用一種特殊的燃燒爐，混合燃燒煤粉和液體廢物，國內(nèi)20世紀60年代以來所做的研究試驗已經(jīng)表明，該技術(shù)是可行的[3]。

最近，我國有關(guān)濃縮燃燒法的研究也取得了重大突破，廣西綠洲熱能設(shè)備公司研制的酒精廢液濃縮燃燒處理系統(tǒng)技術(shù)，將濃縮和燃燒集中起來，單純的濃縮酒精廢醪液并燃燒。在云南省新平云新糖業(yè)有限責任公司和南寧糖業(yè)股份有限公司都對該技術(shù)方法得以應(yīng)用。其工藝流程如圖1所示。

圖1 酒精廢醪液濃縮燃燒工藝流程簡圖

1.3 濃縮燃燒法的特點

濃縮燃燒法雖然達到了清潔生產(chǎn)的目的，解決了廢水排放的達標問題，但其應(yīng)用具有較大的限制問題，即投資成本高，導致許多企業(yè)無法承擔。另外，在酒精廢液中有高濃度的鈣和鎂的廢物等離子體，焚燒過程中會發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，進而容易產(chǎn)生鍋爐爐膛焦炭，對流受熱表面很快會產(chǎn)灰結(jié)垢，影響鍋爐的運行，還會影響鍋爐的壽命[4]。所以，該種方法仍然沒有被推廣。

2 酒精糟生產(chǎn)蛋白飼料法(DDGS)

以玉米等為原料生產(chǎn)的酒精廢水是一種非常好的飼料成分，廢液中無論是溶解物還是懸浮物，在處理后都可以用作飼料，即可以被用作生產(chǎn)干糟高蛋白飼料(DDGS，全稱為DistillersDriedGrainswithSolubles)，這種飼料是一種非常受歡迎的濃縮飼料[5]。

2.1 DDGS法的制作原理

先進行固-液分離處理酒精糟液，濾液一部分用于浸泡和發(fā)酵原料，另一部分通過蒸發(fā)濃縮得到濃縮物，將此部分濃縮物與固液分離時得到的固體產(chǎn)物一起放入到干糟器中，經(jīng)過干燥擠壓，得到粉狀飼料。

2.2 DDGS法在國內(nèi)外的應(yīng)用

DDGS含有較高的蛋白質(zhì)成分，其蛋白質(zhì)含量可高達27%至30%，營養(yǎng)價值與大豆相當。以玉米為原料生產(chǎn)酒精的生產(chǎn)廢水多采用此工藝。國際上，許多發(fā)達國家如美國、西歐等，在處理玉米酒精廢水時采用DDGS處理方法。我國的東部和北部地區(qū)的一些大型乙醇廠也先后從國外進行了DDGS生產(chǎn)設(shè)備的引進。實踐經(jīng)驗已經(jīng)被證明，用玉米作為酒精生產(chǎn)的原材料產(chǎn)生的廢水，被作為生產(chǎn)DDGS的原料，經(jīng)濟效益可觀。DDGS在國際飼料市場上很受青睞，其價格也要比普通的玉米飼料高。通過該方法，以玉米為原料的酒精加工廠產(chǎn)生的玉米酒精廢水，多于85%的有用物質(zhì)都轉(zhuǎn)化為飼料，進而在極大的提高物質(zhì)利用率的同時，還能夠降低污染。干糟高蛋白飼料的生產(chǎn)過程見圖2。

圖2 DDGS生產(chǎn)工藝圖

2.3 DDGS法的特點

干糟高蛋白飼料(DDGS)生產(chǎn)技術(shù)將產(chǎn)生的糟液全部蒸干，達到零排放，治理污染徹底；既使得部分酒精廢水分離液再利用，節(jié)約補充水，減少廢物的排放量，而且又實現(xiàn)了廢物利用，制造高質(zhì)量的產(chǎn)品。特別重要的是該工藝較徹底的解決的了酒精糟的嚴重污染問題。

該工藝的缺點是在蒸發(fā)烘干廢液的過程中需要消耗交大的能量。而我國有工業(yè)基礎(chǔ)薄弱的問題，并且能源價格比較昂貴，使用玉米酒糟生產(chǎn)DDGS，還需要不斷引進生產(chǎn)線，并且進行消化吸收。

3 培養(yǎng)飼料酵母法

3.1 培養(yǎng)飼料酵母法原理

灑精廢液中含有許多營養(yǎng)物質(zhì)是微生物所需要的，這些物質(zhì)排放后通常是廢水污染物，通過微生物利用，可降低廢水中的污染物，另一方面還可以得到如酵母或其他真菌菌體等有用的產(chǎn)品，培養(yǎng)飼料酵母法就是利用微生物治理酒精廢水的處理方法之一[6]。

在酒精廢液中，培養(yǎng)飼料酵母的營養(yǎng)成分不全，在培養(yǎng)過程中還需要添加一定的物質(zhì)，并且培養(yǎng)酵母時固體懸浮物的的濃度要適宜，不能太高，因此需要對廢液進行固液分離。所以，通過酒精廢液培養(yǎng)飼料酵母法，通常要先通過粗過濾器，使大的懸浮物從水中分離，然后通過干燥直接產(chǎn)生飼料。濾液用作培養(yǎng)飼料酵母，在其中要補充一定的營養(yǎng)成分(如碳源等)，并且要控制溫度、ph以及通風條件等。具體處理過程如圖3所示。

圖3培養(yǎng)飼料酵母工藝流程

3.2 培養(yǎng)飼料酵母法的應(yīng)用

酵母飼料在國內(nèi)外的市場需求都很大，因為其營養(yǎng)豐富、易吸收，且粗蛋白含量可高達43%-45%。使用該種方法處理的酒精廢水多是以糖蜜、薯干等為原料的酒精廢水。在我國，應(yīng)用此法比較成功的有浙江糧油科研所、安徽阜陽酒精廠、廣東平砂糖廠等，這些企業(yè)大多為南方的酒精生產(chǎn)企業(yè)。國際上采用該種方法的則多為前蘇聯(lián)及東歐的一些國家。

3.3 培養(yǎng)飼料酵母法的特點

該法存在的問題主要有：酒精廢水的營養(yǎng)成分不足，在培養(yǎng)馴化時還需要補充其他營養(yǎng)素，如硫胺素、磷酸等，這個過程使成本大大增加；酒精廢水具有懸浮物含量高、黏度大等特點，不符合生產(chǎn)飼料酵母的條件，需要將懸浮物過濾去除，增加培養(yǎng)難度，消耗較大動能；干燥分離成熟的酵母體有難度；雖然飼料酵母培養(yǎng)物有一定的經(jīng)濟效益，但此過程會產(chǎn)生二次廢水，且不能夠達標排放，還需要進一步處理；培養(yǎng)飼料酵母法投資較大，并需要有一定的規(guī)模，這就限制的很多生產(chǎn)廠家的應(yīng)用，許多中、小廠實現(xiàn)應(yīng)用變的比較困難。

然而，這種方法應(yīng)該受到關(guān)注，因為它能夠節(jié)省或者部分取代糧食飼料，從而節(jié)約資源。所以今后要對該法進行進一步的研究，并主要集中在簡化工藝及設(shè)備、提高營養(yǎng)成分的轉(zhuǎn)化率和降低能耗等方面。

4 發(fā)酵單細胞蛋白質(zhì)-厭氧-好氧法

單細胞蛋白的發(fā)酵可以以糖蜜酒精廢水作為介質(zhì)，要先去除灰質(zhì)等固體物質(zhì)，將清液接入母液進行發(fā)酵，成熟以后要進行菌體分離，然后干燥，進而獲得菌體蛋白飼料。吳松平報道，前蘇聯(lián)的85%的酒精廢液被用于生產(chǎn)酒精飼料酵母。Sho jao sadati報道了在連續(xù)培養(yǎng)基中培養(yǎng)單細胞SCP的生產(chǎn)工藝。埃及的報道稱，生產(chǎn)微生物蛋白飼料時采用兩步好氧間歇工藝處理合成糖蜜酒精廢液。還有報道介紹了將酒精廢液放入發(fā)酵罐，接種熱帶微絲酵母，經(jīng)過培養(yǎng)-干燥-粉碎等一系列工藝獲得飼料酵母粉，此過程后排放的廢液仍為高濃度廢液，還需要進一步采取厭氧-好氧法處理。目前，最廣泛的糖蜜酒精處理方法是生化法是，進一步研究的關(guān)鍵是如何開發(fā)高性能的生化反應(yīng)器[7]。

5 結(jié) 論

對于發(fā)酵酒精工藝生產(chǎn)廢水的清潔生產(chǎn)及綜合治理技術(shù)和應(yīng)用還不是很多，最普遍的是酒精糟生產(chǎn)蛋白飼料法(DDGS)。研究結(jié)果表明，DDGS法將廢水得到充分處理，實現(xiàn)零排放，且在處理過程中還實現(xiàn)了廢水的循環(huán)利用；另外，固體物質(zhì)可以加工成營養(yǎng)成分全面的飼料，飼料經(jīng)過擠壓成顆粒狀，便于貯存和運輸。DDGS飼料在蛋白質(zhì)含量方面較玉米高很多，國際飼料市場上對于DDGS的需求量很大，而且其價格也超過玉米飼料。因此，DDGS法充分迎合了清潔生產(chǎn)上減少廢物排放、加強廢物利用、實現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)的原則。

[1]賈曉鳳,應(yīng)一梅.酒精廢水處理工藝淺談[J].河南科技學院學報：自然科學版,2005(03)：67-68.

[2]應(yīng)一梅.內(nèi)循環(huán)厭氧生物反應(yīng)器處理酒精工業(yè)廢水的生產(chǎn)性啟動研究[D].鄭州：鄭州大學,2004：1.

[3]王勇.利用濃縮燃燒法處理高濃度有機廢水技術(shù)的新進展[J].廣西輕工業(yè),2002,3(03):20-25.

[4]劉娟.酒精廢水不同厭氧消化處理工藝的研究[D].咸陽：西北農(nóng)林科技大學,2007.

[5]耿士鎖,袁嗣兵.高濃度酒糟廢水的綜合利用[J].江蘇環(huán)境科技,1997,(02):29-31.

[6]管運濤,蔣展鵬,祝萬鵬，等.釀酒工業(yè)廢水治理技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].工業(yè)水處理,1997,17(03):6-8.

[7]樊浩云.利用光和細菌處理糖蜜酒精廢水的中試研究[J].中國環(huán)境科學,1998,18(02):173-175.

1007-7596(2017)08-0147-03

2017-07-20

盧穎(1988-)，女，黑龍江哈爾濱人，工程師，研究方向為環(huán)境污染治理與防治。

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