申请日2014.06.04
公开(公告)日2014.08.20
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种纤维乙醇生产废水资源化系统，同时，提供一种利用该系统进行纤维乙醇废水资源化综合利用的工艺方法。沼气发酵采用高温沼气发酵与中温沼气发酵串联的发酵方式，使发酵效率更高，沼气产能高，CODCr去除率有效达到95-98%，发酵更加彻底，从而有效提高发酵出水的回用率，降低对淡水资源的消耗，减少后续废水处理量和处理成本，一级高温发酵采用快速、大量发酵生产沼气，从而有效地使废水中80-85%的有机物转化为沼气，高效、快速;二级发酵罐通过中温发酵更进一步发酵，充分将水中的有机物转换为沼气，以提高沼气发酵罐的出水水质，使出水中有机物含量降至2-5%以下，极大地提高了纤维乙醇生产废水的回用率。
摘要附图
权利要求书
1.一种纤维乙醇生产废水资源化系统，其特征在于：它依次包括废水收集调节模块、废水发酵模块和资源化利用模块，所述废水收集调节模块包括与纤维乙醇生产系统连接的集水池和与所述集水池连接的调节池;所述废水发酵模块包括一级沼气发酵罐、二级沼气发酵罐和沼气柜，所述一级沼气发酵罐与所述调节池连接，所述沼气柜分别与所述一级沼气发酵罐和二级沼气发酵罐连接;所述资源化利用模块包括与所述沼气柜连接的沼气利用模块和与所述二级沼气发酵罐连接的沼气发酵出水利用模块。
2.如权利要求1所述的纤维乙醇生产废水资源化系统，其特征在于：所述沼气利用模块包括采用沼气发电和沼气燃烧。
3.如权利要求1所述的纤维乙醇生产废水资源化系统，其特征在于：所述调节池与所述一级沼气发酵罐间设置换热器。
4.如权利要求1所述的纤维乙醇生产废水资源化系统，其特征在于：所述一级沼气发酵罐与所述调节池间设置回流机构。
5.如权利要求1所述的纤维乙醇生产废水资源化系统，其特征在于：所述沼气发酵罐为自身循环水力搅拌，不需增加外部搅拌设备。
6.如权利要求1或4所述的纤维乙醇生产废水资源化系统，其特征在于：所述沼气发酵出水利用模块包括回用于纤维乙醇生产单元和再处理单元。
7.如权利要求6所述的纤维乙醇生产废水资源化系统，其特征在于：所述再处理单元包括用于好氧生化一级处理的好氧池、与所述好氧池配套进行泥水分离的二沉池、用于好氧生化二级处理的MBR反应池和RO膜。
8.一种利用上述纤维乙醇生产废水资源化系统进行纤维乙醇废水资源化综合利用的工艺方法，其特征在于：它包括以下步骤：
废水发酵：
纤维乙醇生产废水通过集水池汇集后进入调节池，通过控制一级沼气发酵罐出水与生产废水的回流比为1:3-3.5，实现对生产废水进行温度和PH调节，水温为55～60℃，PH为5-6;调节后的混合水由调节池进入一级沼气发酵罐，采用高温厌氧发酵，容积负荷采用15-20 kgCODCr/m3.d，将80-85%的有机物转化为沼气，CODCr含量降至8000-12000 mg/L，一级沼气发酵出水温度为40-50℃，PH 6.5-7.5，一部分出水通过回流机构回流至调节池，其余出水进入二级沼气发酵罐进行进一步的沼气发酵，二级沼气发酵罐采用中温厌氧发酵，温度为35-40℃，PH为 6.5-7.5，使有机物含量降到2-5%， CODCr含量降至800-2000 mg/L，所述一级沼气发酵罐和二级沼气发酵罐产生的沼气进入沼气柜;
资源化利用：
将经步骤1)中沼气柜内的沼气输送至沼气利用模块进行发电或燃烧利用;二级沼气发酵罐出水2/3直接回用于纤维乙醇生产，纤维乙醇生产废水回用率达66.7%，剩余1/3出水依次进入好氧池、二沉池、MBR反应池和RO膜进行再处理后达到绿化灌溉标准，作为灌溉水使用。
9.如权利要求8所述的纤维乙醇废水资源化综合利用的工艺方法，其特征在于：所述好氧池进行好氧生化的一级处理，其污泥浓度(MLSS)控制在3000～4000 mg/L，运行负荷控制在1.5～2 KgCODCr/m3.d，去除剩余1/3出水中80%的CODCr，CODCr含量降至160-400 mg/L;
所述二沉池与所述好氧池配套使用进行污泥沉淀分离，污泥进入污泥池并回流至所述好氧池，含有少量污泥的污水进入MBR反应池通过膜过滤方式进行泥水分离，实现好氧生化反应的二级处理，MBR反应池内污泥浓度(MLSS)控制在15000～20000 mg/L，容积负荷为1.0～1.5KgCODCr/m3.d，使CODCr含量低至80-120 mg/L;
经过生化处理后，通过RO膜将出水水质控制在CODCr低于50 mg/L，色度降至30倍，达到绿化灌溉标准，作为灌溉水使用。
说明书
一种纤维乙醇生产废水资源化系统及工艺方法
技术领域
本发明涉及环保及新能源领域，特别涉及一种纤维乙醇生产废水资源化系统及工艺方法。
背景技术
能源作为现代社会赖以生存和发展的基础，受到世界各国的高度关注。目前,石油、煤炭、天然气等化石燃料在价格不断上涨的同时,正面临资源枯竭的危险。而且化石能源在生产和使用的过程中所排放的二氧化碳和各类污染气体，对环境造成了不同程度的污染。生物乙醇以其环保、可再生等优点成为一种重要的替代能源。与使用粮食作为原料的第一代生物乙醇不同，第二代生物乙醇及纤维乙醇，是以秸秆、农作物壳皮茎秆等纤维为原料。伴随着纤维乙醇的生产，会有一部分有机废水产生。废水的CODCr在40000-50000mg/L，pH在5～6之间，水温在55～60℃之间。废水直接排放不但会造成严重环境污染，而且会造成资源的极大浪费。
2009年11月18日公开的公开号为CN 101580323A的发明专利，提供了一种纤维乙醇生产废水的处理方法，对纤维乙醇废水采用絮凝-酸析-电解催化氧化-厌氧发酵的组合流程，达到纤维乙醇生产的节水和减少污水排放的目的，然而，其不足之处在于：废水需要絮凝沉降、酸析处理、电解催化氧化等预处理再进行厌氧发酵，需要大量的预处理设施，增加了投资、运行费用、管理难度等;厌氧发酵采用的是中温，纤维乙醇生产废水温度较高，故需要降温处理。
2013年2月6日公布的公布号为CN 102910777 A的发明专利，公开一种纤维乙醇废水的处理方法，采用压滤-多效蒸发-冷却-厌氧发酵-好氧生化-过滤组合流程，处理后出水可直接回用作纤维乙醇生产的酸液配制、水解及发酵等过程用水，达到纤维乙醇生产的节水和污水零排放的目的。其不足之处在于：以玉米秸秆为原料，采用的是压滤、多效蒸发的预处理，液体进厌氧发酵前需要冷却至40℃以下，能耗高，沼气产能低。
发明内容
本发明的目的是针对现有纤维乙醇生产废水资源化技术中存在的不足，提供一种生产废水回用率高、有机物去除率、高沼气产能高、投资少、能耗低、运行成本低的纤维乙醇生产废水资源化系统，同时，提供一种利用该系统进行纤维乙醇废水资源化综合利用的工艺方法。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种纤维乙醇生产废水资源化系统，依次包括废水收集调节模块、废水发酵模块和资源化利用模块，所述废水收集调节模块包括与纤维乙醇生产系统连接的集水池和与所述集水池连接的调节池;所述废水发酵模块包括一级沼气发酵罐、二级沼气发酵罐和沼气柜，所述一级沼气发酵罐与所述调节池连接，所述沼气柜分别与所述一级沼气发酵罐和二级沼气发酵罐连接;所述资源化利用模块包括与所述沼气柜连接的沼气利用模块和与所述二级沼气发酵罐连接的沼气发酵出水利用模块。
所述沼气利用模块包括采用沼气发电和沼气燃烧。
所述调节池与所述一级沼气发酵罐间设置换热器。
所述一级沼气发酵罐与所述调节池间设置回流机构。
所述沼气发酵罐为自身循环水力搅拌，不需增加外部搅拌设备。
所述沼气发酵出水利用模块包括回用于纤维乙醇生产单元和再处理单元。
所述再处理单元包括用于好氧生化一级处理的好氧池、与所述好氧池配套进行泥水分离的二沉池、用于好氧生化二级处理的MBR反应池和RO膜。
一种利用上述纤维乙醇生产废水资源化系统进行纤维乙醇废水资源化综合利用的工艺方法，包括以下步骤：
1) 废水发酵：
纤维乙醇生产废水通过集水池汇集后进入调节池，通过控制一级沼气发酵罐出水与生产废水的回流比为1:3-3.5，实现对生产废水进行温度和PH调节，水温为55～60℃，PH为5-6;调节后的混合水由调节池进入一级沼气发酵罐，采用高温厌氧发酵，容积负荷采用15-20 kgCODCr/m3.d，将80-85%的有机物转化为沼气，CODCr含量降至8000-12000 mg/L，一级沼气发酵出水温度为40-50℃，PH 6.5-7.5，一部分出水通过回流机构回流至调节池，其余出水进入二级沼气发酵罐进行进一步的沼气发酵，二级沼气发酵罐采用中温厌氧发酵，温度为35-40℃，PH为 6.5-7.5，使有机物含量降到2-5%， CODCr含量降至800-2000 mg/L，所述一级沼气发酵罐和二级沼气发酵罐产生的沼气进入沼气柜;
2) 资源化利用：
将经步骤1)中沼气柜内的沼气输送至沼气利用模块进行发电或燃烧利用;二级沼气发酵罐出水2/3直接回用于纤维乙醇生产，纤维乙醇生产废水回用率达66.7%，剩余1/3出水依次进入好氧池、二沉池、MBR反应池和RO膜进行再处理后达到绿化灌溉标准，作为灌溉水使用。
进一步的，作为本工艺方法的优选方案，所述好氧池进行好氧生化的一级处理，其污泥浓度(MLSS)控制在3000～4000 mg/L，运行负荷控制在1.5～2 KgCODCr/m3.d，去除剩余1/3出水中80%的CODCr，CODCr含量降至160-400 mg/L;
所述二沉池与所述好氧池配套使用进行污泥沉淀分离，污泥进入污泥池并回流至所述好氧池，含有少量污泥的污水进入MBR反应池通过膜过滤方式进行泥水分离，实现好氧生化反应的二级处理，MBR反应池内污泥浓度(MLSS)控制在15000～20000 mg/L，容积负荷为1.0～1.5KgCODCr/m3.d，使CODCr含量低至80-120 mg/L;
经过生化处理后，通过RO膜将出水水质控制在CODCr低于50 mg/L，色度降至30倍，达到绿化灌溉标准，作为灌溉水使用。
本发明是申请人通过实验室的探索性试验、现场中试以及工程规模系统的建设研究，得出的纤维乙醇废水的资源化系统和综合利用工艺。申请人本着为企业、为社会节能减排、避免污染环境的宗旨，对纤维乙醇生产废水进行治理研究，申请人注意到，纤维乙醇生产时产生的废水温度较高，且富含有机物，适宜高温沼气发酵除去废水中的有机物，采用高温沼气发酵，可有效增加沼气产出率。申请人经过无数次重复性试验、研究、改进，形成了本申请的纤维乙醇废水资源化系统和工艺方法，首先，采用调节池对纤维乙醇生产废水进行调节，同时，引入沼气发酵出水对其进行调节，从而有效实现不需要引入外部水源，通过控制回流比以调节水温和PH，达到满足高温沼气发酵罐反应要求。沼气发酵采用高温沼气发酵与中温沼气发酵串联的发酵方式，使发酵效率更高，沼气产能高，CODCr去除率有效达到95-98%，发酵更加彻底，从而有效提高发酵出水的回用率，降低对淡水资源的消耗，减少后续废水处理量和处理成本，同时，沼气发酵罐采用具有自身循环搅拌功能的发酵罐，机械动力小，维修成本低。一级高温发酵采用快速、大量发酵生产沼气，从而有效地使废水中80-85%的有机物转化为沼气，高效、快速;二级发酵罐通过中温发酵更进一步发酵，充分将水中的有机物转换为沼气，以提高沼气发酵罐的出水水质，使出水中有机物含量降至2-5%以下，极大地提高了纤维乙醇生产废水的回用率。更进一步地，二级沼气发酵罐出水依次经过好氧池、二沉池、MBR反应池和RO膜，通过多级生化处理，使出水中的CODCr控制在50 mg/L以下，使纤维乙醇生产废水经过处理后得以更广泛地应用灌溉等功能。
本申请通过纤维乙醇生产废水的沼气发酵，产生的沼气用于发电，发电用于补给厂区用电，据现场运行数据显示，年产3000吨规模的纤维乙醇生产基地，废水资源化利用后，沼气发电量可以平衡全厂总用电量1200KWH，每年可节省电耗约1000万元，同时该废水通过两级高温沼气发酵后2/3直接回用于生产，每天节省了600多吨自来水，每年可节省自来水费近100万元;同时减少了后续好氧深度处理的废水量，降低了能耗及减少了外排水量;经过处理后，出水能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准中的一级A标准》，直接排放，或用于农田灌溉等，产生更大经济效益。