申请日2015.04.03
公开(公告)日2016.11.23
IPC分类号C02F9/14; C02F103/36
摘要
本发明涉及水处理领域，公开了一种纤维素乙醇废水的生化处理方法和该方法处理得到的废水及应用。本发明的纤维素乙醇废水的生化处理方法包括：将所述纤维素乙醇废水依次进行第一固液分离处理、调pH处理、稀释处理、缺氧处理、厌氧处理、脱硫处理、好氧处理和第二固液分离处理。利用本发明的方法处理纤维素乙醇废水时，能够大大降低纤维素乙醇废水的COD值、氨氮含量和硫酸根含量，并使得该方法处理后得到的废水能够应用于以木质纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺中。
摘要附图
权利要求书
1.一种纤维素乙醇废水的生化处理方法，其特征在于，所述方法包括：将所述纤维素乙醇废水依次进行第一固液分离处理、调pH处理、稀释处理、缺氧处理、厌氧处理、脱硫处理、好氧处理和第二固液分离处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一固液分离处理为板框压滤处理;优选地，所述板框压滤处理的条件包括：压滤压力为0.2-0.6Mpa，压滤温度为30-60℃，压滤时间为120-180min。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述调pH处理包括将第一固液分离处理得到的液相物料的pH值调节至6-7;优选地，所述调pH处理在中和沉降罐中进行。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述稀释处理包括将调pH处理得到的物料稀释5-8倍;优选地，所述稀释处理包括将第二固液分离处理得到的液相物料回流至调pH处理得到的物料中，且回流比为4-7:1;进一步优选地，所述稀释处理在缓冲罐中进行。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述缺氧处理的条件包括：菌包括反硝化细菌，温度为30-38℃，pH为6.5-7.5，水力停留时间为8-10h;优选地，所述缺氧处理在多功能生化反应器中进行。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述厌氧处理的条件包括：菌包括产酸细菌、产氢产乙酸菌和产甲烷菌，温度为30-38℃，pH为6.5-7.5，水力停留时间为8-30h;优选地，所述厌氧处理的次数为1-3次;进一步优选地，所述厌氧处理在多功能生化反应器中进行。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述脱硫处理的方式包括：将厌氧处理得到的物料流入内置废铁屑的过滤罐中进行处理，处理条件包括：压力为0.1-0.2Mpa，水力停留时间为2-4h，厌氧处理得到的物料流入过滤罐时的流量为180-280L/h;优选地，所述脱硫处理的次数为1-2次。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述好氧处理的条件包括：菌包括硝化细菌，温度为20-35℃，pH为7.0-8.2，DO值为2-4mg/L，水力停留时间为8-40h;优选地，所述好氧处理的次数为1-4次;进一步优选地，所述好氧处理在多功能生化反应器中进行。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二固液分离处理的条件包括：水力停留时间为20-24h;优选地，所述第二固液分离处理在二沉池中进行。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：在脱硫处理之后、好氧处理之前进行沉降处理，所述沉降处理优选为将经过脱硫处理得到的物料送至集水罐中沉降，得到出水和污泥物料，将所述出水进行好氧处理，将所述污泥物料回流至厌氧处理中进行回用;进一步优选地，回流的污泥体积比为0.3-0.6：1。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，将经过第二固液分离处理得到的污泥物料回流至好氧处理中进行回用;优选地，回流的污泥体积比为0.2-0.5：1。
12.根据权利要求1-11中任意一项所述的方法，其中，所述纤维素乙醇废水的COD值为70000-80000mg/L，BOD值为31000-35000mg/L，氨氮含量为2500-3500mg/L，硫酸根含量为4000-8000mg/L。
13.权利要求1-12中任意一项所述的方法处理得到的废水。
14.权利要求13所述的废水在以木质纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺中的应用。
15.根据权利要求14所述的应用，其中，将所述废水应用于所述工艺的木质纤维素预处理、酶解处理和发酵处理的一种或多种处理中。
说明书
一种纤维素乙醇废水的生化处理方法和该方法处理得到的废水及应用
技术领域
本发明涉及水处理领域，具体地，涉及一种纤维素乙醇废水的生化处理方法和该方法处理得到的废水及应用。
背景技术
近些年来，世界各国投入大量资金，对以木质纤维素为原料生产燃料乙醇的生化工艺进行了研究，且在各工艺环节中均取得了显著效果，极大的推进了纤维素乙醇商业化的进程。随着各项政策的逐步落实，我国以木质纤维素为原料生产燃料乙醇的装置的建设也在加速。在以往和正在进行的研究中，大量注意力都集中在降低纤维素酶成本和提高乙醇收率的菌种等物耗所导致的成本问题上，废水排放这类在大规模生产时才得以充分显现的工程问题则关注较少。在关键技术突破的同时，其产生的废水的处理以及资源化的问题也会越来越突出。为了保证纤维素乙醇商业化的顺利进行，必须解决好以木质纤维素为原料生产燃料乙醇过程产生的废水(以下均简称为纤维素乙醇废水)的处理问题。
然而，以木质纤维素为原料生产燃料乙醇的生化工艺属于新兴领域，该工艺(该工艺流程包括木质纤维素预处理、酶解处理、发酵处理和蒸馏处理)产生的废水(该废水主要为蒸馏处理产生的废水，即纤维素乙醇废水)的处理领域更是一个空白的领域，可借鉴的资料甚少。而且，在生产纤维素乙醇时采用的木质纤维素原料多种多样，且不同木质纤维素的预处理方法导致得到的纤维素乙醇废水的组成也颇为复杂。尤其是在木质纤维素预处理中破坏了木质纤维素的天然结构，不可避免的发生了许多的副反应，产生了一些诸如呋喃环类、糠醛、甲酸和乙酰丙酸等副反应产物。这些副反应产物除对纤维素酶及发酵微生物产生强烈的抑制作用，影响木质纤维素的转化和最终的乙醇得率外，这些副反应产物无一例外的进入到纤维素乙醇废水中，且这些副反应产物通常难以在短时间内完成生物降解，使得纤维素乙醇废水的可生化性降低，决定了采用生化处理所能达到的COD去除率将远低于以淀粉质为原料生产的乙醇废水所能达到的效果。而且纤维素乙醇废水的COD值、氨氮含量和硫酸根的含量很高：以稀酸蒸汽爆破处理为木质素预处理生产燃料乙醇得到的纤维素乙醇废水为例，10kt/a纤维素乙醇厂的COD排放总量约相当于40kt/a木薯乙醇厂或400kt/a玉米乙醇厂的排放量，COD处理负荷大，可生化性低;同时纤维素乙醇废水中硫酸根的浓度在4000mg/L以上，极大的增加了硫处理负荷，而硫酸根在厌氧条件下容易被还原成硫化氢，硫化氢对微生物有一定毒害，可以导致厌氧产甲烷菌直接中毒死亡，从而使厌氧处理的效率显著下降，增加了后续好氧处理和深度处理的负担。而且，以木质纤维素为原料生产燃料乙醇时，导致了比以淀粉质为原料高出100倍以上的氮排放负荷。同时，纤维素乙醇废水中含有部分纤维素、木质素、半纤维素等难生物降解物质、醪液中固形物含量极高，且不易分层，分离困难,总溶解性固体悬浮物(TSS)的含量达10000mg/L以上;而且无机盐的含量(30000-40000mg/L)也大大超过了常规生化处理的范围。由于以木质纤维素为原料生产燃料乙醇产生的纤维素乙醇废水具有前述特点，极大的加大了纤维素乙醇废水的处理难度。
因此，研发一种有较好处理效果的纤维素乙醇废水的处理方法，具有非常重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种纤维素乙醇废水的生化处理方法和该方法处理得到的废水及应用。
在中粮5万吨/年纤维素乙醇工业示范工程实施之前，处理纤维素乙醇废水这类问题时尚没有任何实用的技术方案，且很难获得实用的技术方案，甚至很难认识到纤维素乙醇废水处理过程中关键问题的所在。而经过本发明的发明人的多年研究，意外发现了一种纤维素乙醇废水的生化处理方法，利用该方法处理纤维素乙醇废水时，能够大大降低纤维素乙醇废水的COD值、氨氮含量和硫酸根含量，并使得该方法处理后得到的废水能够应用于以木质纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺中。
因此，为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种纤维素乙醇废水的生化处理方法，所述方法包括：将所述纤维素乙醇废水依次进行第一固液分离处理、调pH处理、稀释处理、缺氧处理、厌氧处理、脱硫处理、好氧处理和第二固液分离处理。
第二方面，本发明提供了一种上述方法处理得到的废水。
第三方面，本发明提供了一种上述方法处理得到的废水在以木质纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺中的应用。
本发明的纤维素乙醇废水的生化处理方法，首创性的应用于以木质纤维素为原料生产燃料乙醇过程产生的纤维素乙醇废水的生化处理中，并针对纤维素乙醇废水难降解的特点，有效降低了纤维素乙醇废水的COD值、氨氮含量、硫酸根含量等生化指标。
在本发明的一种优选实施方式中，本发明采用多功能生化反应器厌氧、好氧生化系统分别对纤维素乙醇废水进行生物脱碳、脱氮处理。其中，多功能生化反应器综合了固定膜式生化处理的优点，相比传统的反应器，它采用大比表面积的生物填料，保证了较高的传质速率，且多功能生化反应器自动将微生物分布在反应器整体空间，不需要三相分离器，生物与水相能够自然分离;多功能生化反应器固着生长的微生物生长稳定，不受生物种类和生物生长条件的影响，不会发生污泥解体和流失，且多功能生化反应器在厌氧处理工艺中能够实现常规厌氧生化过程所不能实现的目标。而且，本发明采用内置废铁屑的过滤罐对厌氧处理得到的S2-进行液相脱硫以降低废水中的硫酸根含量。采用本发明方法的整个废水生化处理系统运行成本低、设计巧妙、易于维护，且本发明的纤维素乙醇废水的生化处理方法能够大大降低纤维素乙醇废水的COD值、氨氮含量和硫酸根含量。同时使得纤维素乙醇废水中的呋喃环类、糠醛、甲酸和乙酰丙酸等副反应产物，纤维素、木质素、半纤维素等固形物以及无机盐的含量降低至不影响该废水生化处理系统的长期运行且顺利实施的程度，并使得该方法处理得到的废水能够应用于以木质纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺中。