节能减排作品.docx

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1、纤维乙醇废水处理新工艺探究1工程概述21世纪，随着经济的飞速进展，能源短缺成为人们面临的重要难题，燃料乙醇作为一种重要的工业原料和车用燃料被广泛的认为是最有盼望全部或局部替代石油的可再生能源。目 前世界燃料乙醇的需求快速增长，以秸秆、农作物壳皮茎秆、树枝、落叶、林业边脚余料和 城乡有机垃圾等纤维为原料经预处理、发酵生产的燃料乙醇的技术将渐渐走向工业化。与此 同时、其产生的高浓度有机废水的处理以及资源化问题亟待解决。本文以河南某集团废水为 争论对象，在进行水质分析的基础上，提出预处理（板框压滤）-厌氧处理-好氧处理-深度处 理的废水处理方案，设计了 UASB反响器作为厌氧反响器、MBR反响器作为

2、好氧工艺段的反 应器试验室废水处理工艺，而后研讨并争论了生物处理后的废水在纤维素乙醇生产工艺中的 回用途径以及效果，同时，本争论使纤维质原料生产乙醇过程中产生的废水在厌氧处理过程 中又可产生清洁燃料沼气，为自然 纤维质原料生物量获得全采用奠定基础。关键词：纤维乙醇废水预处理厌氧处理好氧处理深度处理争论现状目前，采用木质纤维素原料生产燃料乙醇的工艺路线已经打通，但是由于其处于刚刚起 步阶段，国内外对其废水处理的争论尚不透彻。朱振兴等采纳铁炭微电解-Fenton试剂对纤维乙醇废水进行了预处理争论，争论说明：此 方法对影响乙醇发酵的抑制剂、色度和COD有较好的去除效果，改善了后续生化处理条件， 提高

3、了废水的可生化性；但废水中抑制物并未完全去除，需经生物处理后方可进行回用。乔华军等采纳高负荷UASB工艺厌氧处理秸秆乙醇废水，试验觉察：在中温（372） 的环境下，厌氧菌具有很强的适应性和降解力量；在UASB有机负荷为8Kg/（m3. d）和HRT 为24h的条件下，COD去除率在80%以上，运行稳定。工程意义能源是经济、社会进展和提高人民生活水平的重要物质基础，能源问题是一个我国至 关重要的问题。据国际能源资料统计和专家预言，适合于经济开采的石油和自然 气资源只 能再开采30年，最多50年，煤炭储量也仅够开采300年。所以，查找新的可再生能源已迫 在眉睫。燃料乙醇是燃烧清洁的高辛烷值燃料，被

4、广泛的认为是最有盼望全部或局部替代石 油的可再生能源。目前，燃料乙醇的生产主要来自于糖类和淀粉的生物发酵，但面对世界人 口的急剧膨胀和粮食短缺问题，以粮食为原料生产燃料乙醇的进展受到了极大的限制。随着 世界燃料乙醇的需求快速增长，以秸秆等纤维素类物质为原料制备的纤维乙醇引起了高度的 重视。纤维乙醇作为燃料燃烧时排放的温室气体不仅比汽油削减90%,而且远低于粮食乙醇 燃料。而我们我国作为农业大国，每年可产生秸秆7亿多吨，相当于3.5亿吨标准煤，但目 前大量秸秆就地燃烧已成为我们我国一大社会公害，因此，在我们我国开发采用秸秆生产燃 料乙醇更具有现实意义。同时，随着纤维乙醇的生产渐渐走向工业化，其产

5、生废水的处理以 及资源化的问题也会越来越突出，研讨相宜的废水处理及资源化模式那么具有特别重要的意义, 也属于行业和企业进展的急需。厌氧发酵技术为生物质转化为低碳能源供应了牢靠的技术支 持。通过厌氧发酵产沼气技术的争论，不仅可使纤维乙醇生产废水产生清洁能源一沼气，而 且同时使大量有机物降解，使废水得到净化到达排放标准，实现有机废水“变废为宝。从而 实现经济与环境的“双赢二 2废水处理工艺鉴于相关文献与试验争论，通过对纤维乙醇废水的水质分析，该类废水具有浓度高，色 度高等特点，确定如下的处理工艺：预处理+厌氧生物处理+好氧生物处理+深度处理，试验室纤维乙醇废水处理工艺流程图如图1所示:图1工艺流程

6、图生产纤维乙醇所得废水先经由预处理池进行处理，去除其中的大颗粒废物，并对废水进 行稀释，便于后续的处理u经由预处理池处理后的废水通过UASB反响器进行厌氧处理，获 得沼气，降低废水的COD和BOD浓度。处理后的废水进入一体式膜生物反响器，进行好氧处 理，进一步降低废水的有害物质浓度，反响器流程图如图2所示。3风机预处理反响池 UASB反响器MBR好箪,反响池图2反响流程图3废水来源与水质分析本争论以河南某集团纤维乙醇生产过程产生的废水为对象，预处理采纳秸秆粉碎蒸汽爆 碎技术，废水来源如图3所示：酶或微生物酶母图3废水来源图废水的水质特性如表1:表1水质特性染源名称染源名称滤液冷凝水CODcr

7、(mg/L) 12000-18000 4000-6000水质BOD(mg/L) TS(mg/L)PH4000-600010000-500004-52000-3000/2-3色度1000-2000256-512水质分析：依据纤维乙醇废水厌氧发酵生产工艺特点、原材料特征以及后续废水处理所 需确定的水质指标，本争论采纳国标法对废水进行了系统的水质分析，水质分析结果如表2 所示。分析工程1 - IT检测值分析工程检测值色度/倍1000000全盐量/ (mg/L)43179悬浮物/(mg/L)123868钾 / (mg/L)399.2溶解性固体(/mg/L)43385钠 / (mg/L)1853.0总有

8、机碳(/mg/L)18360钙 / (mg/L)419.4CODCr (/mg/L)127657镁 / (mg/L)356.3可溶性 CODCr (/mg/L)57343铝 / (mg/L)23.5BOD5 (/mg/L)51067铁 / (mg/L)2252.5总氮 (/mg/L)789电导率 / ( u S/cm)4735氨氮(/mg/L)5.0总碱度 / (mg/L)27总磷(/mg/L)85.6pH 值3.7由表3分析可得：废水B/C比约为0.4,可以采用生物方法处理该废水；此外,废水色 度、含盐量、悬浮物质量浓度高，呈酸性，COD质量浓度与可溶性COD质量浓度值相差较大, 废水中的悬

9、浮物对总的COD浓度贡献率在66%以上，基于以上分析，对于此类高浓度有机 废水的处理与资源化，对废水进行固液分别。废水有机物的主要成分：在纤维乙醇的生产过程中，会产生大量的废水，该废水与淀粉 乙醇废水(以淀粉质原料生产燃料乙醇的废水)有很大的不同，其色度、COD、BOD、盐度 均较高并呈酸性，是一种较难处理的高浓度有机废水；废水中含有大量挥发性有机酸、吠喃 衍生物、酚类化合物、偶氮类化合物以及无机物，其中含有多种苯系、环系有毒有害物质， 增加了废水处理的难度。4预处理废水中存在对乙醇发酵微生物产生抑制作用的物质，假如直接循环使用会造成抑制剂的 积累，影响发酵效果。且采纳生化法处理所需时间较长，

10、将影响该工艺的经济效益。运用恰 当的方法对发酵废水进行预处理，去除废水中的抑制剂，使其能循环采用，是提高该技术 经济效益和环境效益的关键.废水预处理方法有许多其中包括化学方法和物理方法，化学方法 有微养处理和微电解方法，物理方法有微波处理、自然沉降法、离心分别、板框压滤。微氧处理时间段难以掌握，时间较长对产甲烷菌具有毒害作用，甲烷产量显著降低，时 间过短，促进效果不明显。微电解处理的反响条件是pH值为5, H2O2投力量4.5mL/L,反 应时间60min,但在此条件下废水COD总去除率接近40%,色度总去除率为81%。两种方 法废水COD总去除率都较低，因此，我们选择物理方法。微波处理、自然

11、沉降、离心分别、板框压滤处理方法的比拟微波处理：不仅COD的降解更低，而且费用昂贵。综合经济效益和COD去除率，我们 不选用该方法。自然沉降法、离心分别法、板框压滤法预处理效果计算方法(1) COD去除率()=(处理前水样COD 处理后水样COD ) /处理前水C0DX 100% ； (2)液体得率(附二处理后水样上清液的体积/处理前水样的总体积X 100% ； (3)处 理速率(h/L)=处理时间/样品体积；(4)能耗(kW - h) / L)=仪器功率X仪器使用时 间.三种预处理方法综合比拟预处理方法液体得率/%COD去除率/%处理速率/(h/L)能耗/(kw. h)/L)自然沉法15.

12、460. 872. 00. 00离心分法60. 065. 51. 00. 73板框压法66. 464. 80. 60. 22综合以上试验结果，最优固液分别预处理方法一一板框压滤法经过板框压滤法所得的颗粒污泥具有微生物浓度较高，提高了容积负荷，沉降性能良好, 颗粒污泥内部存在很大的基质浓度梯度的优势，给微生物供应了更多样的微环境，可以更好的发挥种群协同代谢作用。5厌氧处理预处理去除废水中的抑制剂，但COD含量很高，达不到排放标准，同时考察预处理后废 水的生化特性，适合对废水进行厌氧处理，而且厌氧处理过程中又可得到清洁能源甲烷，所 以我们对污水进行了厌氧处理。有机物的厌氧分解机理参加有机物厌氧分解

13、过程，主要是产酸和产甲烷两大类菌群，属于这两大类的细菌,就目前 常见的来说，不下于几十种。在厌氧条件下这些微生物对有机物的代谢水解、产酸和产甲烷三 阶段进行，如图4所示：有机物 固体可溶性 有机物小分子 有机物有机酸、酹及CO2等甲烷、82、NH2、L田H2S 等产J帙阶段图4有机物氧化分解过程图有机厌氧分解过程通常，对含大量固体有机物的污水，水解是很重要的，由于水解过程是整个厌氧降解速度的 打算因素，水解速度较酸化和甲烷化速度慢得多。产酸阶段,广泛存在于自然界中的腐化菌构成 了酸化菌的主体，它们繁殖力强淇世代周期有的竟短至12小时。它们相宜于生长在pH4.58.0 的介质中，酸化时间约为整个

14、厌氧降解历程的特别之一。在酸化后期，由于含氮有机物分解生成 氨及胺，常使介质pH有所上升。产甲烷阶段，由于甲烷菌的繁殖速度相当慢，就使得这一阶段需 要较长的时间。因而在一套废水厌氧处理装置中，培育出高度活性的厌氧污泥是装置启动和正 常运行的关键步骤。有机物厌氧分解与产气量经过长期实践，人们总结出了有机物厌氧分解的 一般规律,其中最突出的，就是巴斯韦尔标准式：CnHaOb+(n-4*a+b*2) H20)(n*2+a*8-b*4)CH4+(n*2-a*8+b*4)-CO2 工艺流程图在沼气的发酵工艺上，目前国内外大型沼气工程大都采纳的是单相完全混合式工艺厌氧 发酵技术。近年来，污水厌氧处理工艺得

15、到广泛认可，如图5所示：图5纤维乙醇废水厌氧发酵工艺流程工艺条件：厌氧，充分的养料，温度在35左右，pH在。厌氧处理的工艺创新点及其优点创新点：纤维乙醇废水(国内外对此类废水处理争论较少)，其中含有糠醛等抑制产甲烷 菌活性的物质，盼望通过争论得出访废水满意厌氧发酵的配方，去除抑制物的影响。通过厌 氧发酵和进一步处理，变废为宝，既得到清洁能源沼气，又使废水到达净化排放标准，实现 双赢，为自然 纤维质原料生物量获得全采用奠定基础。同时采纳气相色谱法对厌氧发酵气 组分优化条件进行争论，争论甲烷的动力学因素，采用在UASB反响器中，在不同影响因素（HRT、COD:N、添加微量元素等）的条件下测定制取沼

16、气过程中的COD去除率、产气率、 甲烷含量等参数，得出纤维乙醇废水制取沼气的最正确工艺，使沼气的产率最大化。优点：厌氧处理过程中所需养分素少；厌氧生物体休眠数月，一旦装置起动2 3天后 就可投入运行。因此对处理季节废水有利；通过新型厌氧发酵工艺的运行可使厌氧发酵装置 提高有机负荷，从而增加设施有效采用率，缩短了污泥处理周期；厌氧处理本钱低，耗能少, 而且随着厌氧技术不断改进和能源价值的不断增高，这种优势将更加明显；应用广泛，既适 用于低浓度有机废水处理，又适用于高浓度有机废水处理；有机负荷高，动力能耗低。某试 验争论单位所做的试验争论结果说明,处理甲醇废水，试验室规模到达了 36kgCOD/（

17、m3 d）;在 工业试验装置上其有机负荷到达了 23kgCOD/（m3 d）,且其COD去除率达95%以上（厌氧生 物处理法的最大优点），沉淀性能好，污泥产量少。结论：在优化条件下，当温度为35左右，HRT=48h时，厌氧进水的COD在6300 一 8500mg/L之间，厌氧出水COD在1680 2450mg/L之间，有机负荷到达8kgCOD/（m3 d）, 反响器中甲烷含量大约为76%,厌氧COD去除率最高，到达76%,由试验薮据可知，用瘤胃 生物和UASB反响器处理纤维乙醇废水工艺是可行的。厌氧反响器采纳UASB反响器处理纤维乙醇废水。由于在UASB反响器中能够培育得到一种具有良好 沉降性

18、能和高比产甲烷活性的污泥，因而相对于其他同类装置颗粒污泥，UASB反响器具有肯 定优势。UASB反响器解决了厌氧微生物生长缓慢（厌氧过程本身特点）和生物量易被液体带出 （传统消化池的特点）等不利于反响器高效运行的关键问题。其优点包括：（l）UASB反响器在 基建和运行上都更简洁，因而其费用较低。（2）处理过程能耗很低。（3）处理系统的规模宜大 宜小，因而使用面更广。（4）处理系统可以分散布置，从而更接近污染源，这样可以大大节约 费用。（5）处理过程所产生的剩余污泥量少，而且其浓度大、体积小。（6）厌氧污泥易于脱水, 稳定性好。水位检测模块比，皿g质K图6 UASB反响器装置介绍图装置（图6）介

19、绍：废水由装置下部进入，首先流经污泥床，与其中的厌氧微生物进行反 应。然后进入污泥悬浮层，此时处于三相混合状态，在沉淀区进行各相分别。污泥沉降至污 泥层，液体连续流入下一步处理工艺，气体进入气室，并储存于沼气柜，以供使用。通过水 位掌握模块自动调整废水流量的大小，使UASB反响器处于额定工作状态，通过温度掌握模块 调整UASB的运行，通过COD及BOD检测模块确定UASB反响器的工作状况。6好氧处理废水经过厌氧处理，其中仍有大量难降解有有机物，且废水COD含量较高，为此对废水进 行好氧处理，好氧处理的关键在于选用合适的微生物和工艺，使得所选菌种能够高效的分解 废水中一般活性污泥难以处理的木质素

20、、纤维素等，选用的工艺能够使得菌种在分解废水中 有害物质时到达最优。进行废水好氧处理的反响器有许多，如接触氧化法、氧化沟法、SBR、CASS、MBR,通过 比拟，同时考虑到由于纤维乙醇废水中含有生物难以降解物质，我们采纳一体式膜生物反响 器对厌氧出水进行好氧处理，其有工艺流程简洁、占地面积小、出水水质好、剩余污泥产量低可直接回用、维护管理便利等特点，反响流程图如图7。智能控制楔块筛R1筛R1木件构洌水波校测一块一乱址刊一水位检*/而肖化池膜生物反比器风机/图7膜反响器装置图鉴于相关文献与试验探究，白腐菌对废水有很好的处理效果，我们选用海藻酸钠包埋的 方法对白腐菌进行固定化预处理，通过试验探究出

21、最优的废水处理工艺条件，得出以下结论:结论：当HRT=24h时，COD的去除率到达90%以上，处理出水COD在200mg/L左右。COD 进水浓度在1895-2462mg/L之间波动时，固定化白腐菌投加量为0.lg/L, COD出水浓度335 一 551 g/L之间，COD去除率在85%左右。采纳膜生物反响器（MBR）工艺进行处理，在MBR反 应器内接种污泥，并投加固定化白腐真菌O.lg/L,经过培育驯化。保持停留时间24h,进水 COD浓度在1674-2442mg/L左右时，MBR出水COD浓度在201-254mg/L之间,去除率在90% 左右。7深度处理废水经预处理、厌氧处理、好氧处理后仍

22、达不到排放的标准，需与物化处理相结合，进 行深度处理，使其到达废水的排放标准，常用的处理工艺有絮凝沉淀、二氧化氯催化氧化、 臭氧催化氧化、Fenton催化氧化、Fenton催化氧化+接触氧化。通过试验我们可知：Fenton 试剂催化氧化+接触氧化处理工艺的处理效果最好，经处理后，出水COD在70-80nig/L,去除率到达82%左右，出水到达一级排放标准，可实现达标排放。 儿种废水处理工艺效果的比拟处理工艺进水COD出水COD除去率絮凝沉淀301-537mg/L224-364mg/L25%二氧化氯催化氧化310-500mg/L190-330mg/L31.4-36. 5%臭氧催化氧化300-52

23、0mg/L220-330mg/L35%Fenton催化氧化330-450mg/L160-230mg/L50%Fenton催化氧化+接触氧化320-450mg/L70-80mg/L82%8水回流秸秆纤维素燃料乙醇生产工艺耗水较多，生产1吨乙醇，全工艺耗水约为32-50吨， 其中约12吨为蒸汽用水（循环水），约18吨为水洗解毒用水（假如不用水洗解毒方法，此 局部用水即可省去），约18-24吨为发酵用水，蒸储用水约2吨（循环水），生产1吨乙醇 排放的废水在24-36吨左右，所以废水的产生量是特别大的。我们我国是一个水资源严峻短 缺的我国，无论从经济性还是从可持续进展的角度动身，如此大量的废水，都需要

24、合理的处 置与综合采用。废水资源化是污水减排和节能的最有效途径，而废水回用到生产工艺中，又是废水资源 化的最主要的形式。秸秆纤维素燃料乙醇生产工艺中水洗解毒用水和发酵用水对水质的要求 都不高，甚至处理后的废水中含有的氮、磷元素和金属离子等养分元素对发酵还有促进作用。 所以生物处理后的废水理论上可以在乙醇生产工艺上回用，这样不但省去了废水脱氮除磷工 艺，也具有肯定的环保效益和经济效益。为了实现废水的零排放，本文简要对废水的回流提 出了构想，对废水会流的进一步争论具有重要指导意义。水回流的主要形式如图8：9总结本文在对河南某集团秸秆纤维素燃料乙醇废水全面分析的基础上，对废水处理的最优工 艺进行探究

25、，提出了废水固液分别预处理、废水生物处理、废水的深度处理以及资源化的处 理工艺，使废水到达了我国排放标准，同时产生清洁能源甲烷，具有重要的争论意义，并能 够带来巨大的经济效益，同时也为秸秆纤维素燃料乙醇废水处理的放大试验争论供应依据。 参考文献1 British Petroleum. BP Statistical Review of World Energy! R|. London, United Kingdom, June 2022.2 R K Sukumaran,R R Singhania,G M Mathew,et al.Cellulase production using biomas

26、s feed stock and its application in lignocelluloses saccharification for bio-ethanol productionJ.Renewable Energy, 2022,34(2):421-424.3王凯军，秦人伟.发酵工业废水处理M .北京:化学工业出版社,2001.4刘广亮，买文宁,赵雅光.酒精废水处理工程实例J ,工业用水与废水,2007,38(1):86-88.5苏涛.玉米酒精废水处理工艺及启动争论D.郑州:郑州高校,2022.6 B D Solomon, J R Barnes, K E Halvorsen. Grain and cellulosic ethanol: Histoiy, economics, and energy policy J. Biomass and Bioenergy, 2007,31 (6) :416-425.7张超.厌氧好氧工艺设计处理酒精生产废水J.污染防治技术,2006,19(2):57-59.8朱振兴，颜涌捷，亓伟，等,铁炭微电解-Fenton试剂预处理纤维素发酵废水J.工业用水与废 水,2022,40(2):27-30.9乔华军，蒋文化，姜涛，等.UASB工艺处理秸秆乙醇废水的厌氧争论J.安徽化工,2022,36(6):61-63.