一种纤维乙醇废水的厌氧生物强化处理方法技术

本发明专利技术涉及一种纤维乙醇废水的厌氧生物强化处理方法，用于以玉米秸秆等植物纤维为原料生产乙醇过程中高浓度含盐有机废水的处理。对纤维乙醇废水采用两段厌氧处理工艺，向第一段厌氧池中定期投加抗盐优势菌种进行生物强化，将废水中的硫酸盐还原化成硫化氢气体，并通过污泥回流的方式调整进水的无机盐及污染物浓度，以满足厌氧生物处理工艺的要求，使废水中的高浓度有机物转化成沼气，以达到降低废水中的无机盐含量和有助于后续生化处理的目的，并具有投资小、运行费用低的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，用于以玉米秸杆等植物纤维为原料生产乙醇过程中高浓度含盐有机废水的处理。
技术介绍
随着全球化石能源的日益短缺、环境污染的加剧、循环经济和减少碳排放的总体要求，可再生能源的开发已成为这个时代的主题，而以玉米秸杆、高粱秸杆等植物纤维为原料生产纤维乙醇是可再生能源开发的重要途径之一。纤维乙醇通常是以玉米秸杆、高粱秸杆等植物纤维为原料，通过蒸爆预处理、纤维酶水解、糖化酶发酵、乙醇精馏和脱水等工艺获取高纯度乙醇，并掺入汽油组分中生产燃料乙醇产品，作为车用清洁燃料。在其生产过程中，由于原料中大部分的半纤维素(C5糖)、木质素不能得到利用，再加上过程中伴生的乙酸、甘油、乳酸、糠醛等副产物，使得最终由乙醇蒸馏塔底排放的醪液中含有极高浓度的悬浮物和溶解性有机物。同时，为提高秸杆中纤维素的水解效率、发酵液中的乙醇浓度、乙醇产品收率以及降低过程能耗、酶制剂用量的考虑，蒸爆预处理往往是在酸性条件下进行，即预先用1%以上的硫酸对纤维原料进行浸溃后进行蒸爆预处理，以达到有效破坏秸杆中纤维素组织结构的目的，而该过程所投加的硫酸以及用于后续水解、发酵过程中和调节所投加的氢氧化钠(片碱)最终将以无机盐的形式存在于乙醇蒸馏塔发酵醪液中，致使纤维乙醇废水在含有高浓度有机物的基础上，又具有高含盐的性质。经全面地检测和剖析，纤维乙醇废水主要来源于乙醇蒸馏塔发酵醪液，其主要特征为:不溶性固体 物高，约为5%，主要为粒径微细的木质素，固液不易分离；温度高，约为950C ;色度大，呈酸性，pH值为5左右；C0D约13万mg/L，主要为溶解性木糖、甘油、乙酸、挥发酚、乳酸、木质素(多环芳香化合物)、糠醛以及各种发酵中间产物；B0D5/C0D=0.5 0.55，其中难生化降解性物主要为芳香族化合物；无机盐含量约为2%以上，以硫酸钠为主，硫酸根约1%。废水中的无机盐、硫酸根、乙酸、糠醛、SS及木质素等对常规生物法处理具有严重的抑制作用。对于纤维乙醇生产过程产生的高浓度污水，目前主要采用的处理方法是对高浓度污水进行厌氧处理，在厌氧条件下，将废水中的高浓度有机物转化成沼气(甲烷、二氧化碳混合气)进行综合利用。如CN01808115.0和US6555350均提出采用上流式厌氧污泥床(UASB)工艺处理污水，使污水中的抑制性物质羧酸、糠醛、呋喃、酚等去除80%以上，处理后至少5%以上的污水得到循环使用，同时通过厌氧发酵产生沼气利用。然而，该专利技术方法仅适用于处理中性(不加酸)蒸爆预处理生产工艺下的纤维乙醇废水，即无机盐含量较低的废水，对酸性蒸爆预处理生产工艺下的高浓度含盐有机废水的处理因以下两个主要原因使之不适合采用。首先，采用酸性蒸爆后的乙醇蒸馏塔底发酵醪液中含有2%以上的无机盐，已大大超出常规厌氧发酵处理工艺要求(无机盐控制在1%以下)，在此状况下，厌氧发酵微生物菌的生长和活性得到严重抑制，甚至导致厌氧处理过程的失败；其次，废水中的硫酸根含量约为I万mg/L，已大大超出厌氧发酵处理工艺的要求值(硫酸根控制在5000mg/L以下)，在此状况下，废水中的硫酸根将被厌氧菌还原为高浓度的硫化氢，从而严重抑制高浓度有机物的甲烷化发酵过程，导致沼气产生率急速下降、甚至根本不能产生沼气。对于这类高浓度含盐有机废水的处理目前可参考的方法有两种，其一是稀释处理，即用低含盐废水对其稀释，使污染物浓度满足生物法工艺要求后进行处理。由于纤维乙醇生产的特点(秸杆用量大、输送半径小、农村或郊区建厂)决定其周围一般无可选择性的稀释水，因此稀释处理方法难以适用。其二是多效蒸发除盐，即先对废水进行多效蒸发处理，处理后的凝结水再进行厌氧-好氧处理。这种方法目前多用于玉米发酵生产燃料酒精(或食用酒精)领域，尽管能耗较高，但可以通过回收具有较高价值的优质饲料(DDGS)加以补偿。而纤维乙醇废水中的主要组分是木质素和各种有机、无机盐类，蛋白等含量达不到DDGS产品指标要求，难于达到高价回收(仅能当一般燃料利用)，采用该处理工艺将显著增加纤维乙醇的生产成本。基于以上分析，采用酸性蒸爆预处理生产工艺的纤维乙醇生产尽管在技术、经济上具有较大的优势，但也相应带来了较大的高浓度含盐有机废水处理问题，目前尚没有经济可行的处理方法。
技术实现思路
本专利技术针对酸性蒸爆预处理路线的纤维乙醇废水的水质特点，提出，对废水采用两段厌氧处理工艺，向第一段厌氧池中定期投加抗盐优势菌种进行生物强化，将废水中的硫酸盐还原化成硫化氢气体，并通过第二段厌氧工艺的污泥回流的方式调整进水的无机盐及污染物浓度，以满足厌氧生物处理工艺的要求，使废水中的高浓度有机物转化成沼气，以达到降低废水中的无机盐含量和有助于后续生化处理的目的。本专利技术纤维乙醇废水的厌氧生物强化处理方法的具体过程是:来自纤维乙醇蒸馏塔的塔底醪液经固液分离和冷却降温后，与第二段厌氧池处理后的回流污泥液混合进入第一段厌氧池，同时向池内定期投加适量的抗盐厌氧菌种，使废水在第一段厌氧池自身生产的厌氧污泥、第二段厌氧池的回流污泥及投加的抗盐厌氧菌种共同作用下完成废水的初级厌氧消化反应，将部分有机物转化成沼气、部分硫酸根还原为硫化氢气体进入沼气中，第一段厌氧池出水进入第二段厌氧池处理；第二段厌氧池内的废水在自身生产的厌氧污泥作用下进一步发生厌氧消化反应，将大部分有机物转化成沼气，出水进入沉淀池处理；沉淀池的污泥液至少部分回流至第一段厌氧池。多余的污泥液可以回流至第二段厌氧池。本专利技术方法中，第一段厌氧池采用常规接触法厌氧反应池，以适应含高浓度悬浮物的处理；在厌氧池中定期投加抗盐厌氧优势菌种，使高浓度含盐废水在自身生产的厌氧污泥及所投加的抗盐优势厌氧菌以及回收的活性污泥的共同作用下发生厌氧消化反应，将部分有机物和硫酸根分别转化成沼气和硫化氢气体，降低废水中的无机盐含量；厌氧池进水为纤维乙醇原水与第二段厌氧池处理后的污泥液的混合物，通过调节污泥液控制进水COD ≤ 40000mg/L、无机盐≤1.5% (质量分数)。本专利技术方法中， 第二段厌氧池采用上流式厌氧污泥床反应池，以适应废水(低浓度悬浮物)的高负荷厌氧处理；在反应池中的废水在自身生产的厌氧污泥作用下发生二次厌氧消化反应，将大部分有机物和剩余的硫酸根分别转化成沼气和硫化氢气体，废水中的无机盐含量得以进一步降低；厌氧池进水通过沉淀池沉淀后，出水可以进行后续处理，污泥液可以回流至第一段厌氧池。本专利技术第一段厌氧池主要由集气罩、池盖、池体、进料管、排料管、搅拌设备等组成。进料废水由纤维乙醇原水(固液分离及冷却后)与第二段厌氧池处理后的污泥液两部分构成，其控制体积比例为:纤维乙醇原水/污泥液=1:2 1:5，最好为1:3 1:4 ;进料废水由厌氧池下部进料管进入；所产生的沼气由厌氧池顶部的气体出口排出；处理后出水由厌氧池排料管排出。废水在厌氧池内的停留时间为3 10d，最好为5 8d ;厌氧池的进水容积负荷为4 8kgC0D/m3.d ;厌氧池内废水的操作温度为40 42°C。本专利技术第一段厌氧池内所投加的抗盐厌氧优势菌种为一种市售的生物产品，如牌号为syB101249购自大连生源水处理设备发展有限公司及功能类似市售商品，投加量为0.2 2g/m3废水/日，投加方式为每0.5 3日投加一次。该产品是一种由专门筛选和驯化的孢子与营本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维乙醇废水的厌氧生物强化处理方法，其特征在于包括如下过程：来自纤维乙醇蒸馏塔的塔底醪液经固液分离和冷却降温后，与第二段厌氧池处理后的回流污泥液混合进入第一段厌氧池，同时向第一段厌氧池内定期投加适量的抗盐厌氧菌种，使废水在第一段厌氧池自身生产的厌氧污泥、第二段厌氧池的回流污泥及投加的抗盐厌氧菌种共同作用下完成废水的初级厌氧消化反应，将部分有机物转化成沼气、部分硫酸根还原为硫化氢气体进入沼气中，第一段厌氧池出水进入第二段厌氧池处理；第二段厌氧池内的废水在自身生产的厌氧污泥作用下进一步发生厌氧消化反应，将大部分有机物转化成沼气，出水进入沉淀池处理；沉淀池的污泥液至少部分回流至第一段厌氧池。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宏山，陈中涛，张蕾，朱卫，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司， 中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11