燃料乙醇项目清洁生产和污染治理工艺分析.doc

成人本科毕业生论文姓名专业环境工程班级指导教师时间20111110燃料乙醇项目清洁生产和污染治理工艺分析摘要酒精糟液中蛋白营养物质的回收利用是酒精行业清洁生产的一种重要实施途径结合酒精生产情况分析酒精糟液经DDG或DDGS方式来回收蛋白物质后采用MIC反应器进行厌氧处理分别讨论了对废水处理的影响MIC反应器处理DDG后的废水有机负荷可在15kgCODm3d1左右是一种高效的厌氧内循环技术DDGS工艺适合较大规模的酒精厂仍然存在废水处理难度增大的问题通过与DDG工艺的对比认为采用DDGMIC的酒精废水治理路线可节省投资和能源消耗而且废水中有沼气产出资源得到梯度利用尽管与推荐采用的DDGS产业政策不同但依然值得推广并应该受到更多关注关键词蛋白营养物质回收利用清洁生产前言随着以资源化减量化再利用为主题的循环经济的大力提倡循环经济是以尽可能少的资源消耗尽可能小的环境代价实现最大的经济和社会效益力求把经济社会活动对自然资源的需求和生态环境的影响降低到最小程度发展循环经济要求企业节约能耗物耗提高资源利用效率对生产过程中产生的废物进行综合利用根据资源条件和产业布局合理延长产业链促进产业间的共生组合酒精糟液能否作为一种资源通过减量回收实现再利用这是当前酒精工业迫切需要解决的涉及企业生死存亡的大问题1酒精包括燃料乙醇和食用酒精糟液生产优质蛋白饲料DDGS技术是国家发展计划委员会中国轻工总会推荐回收酒精糟液的一种方式23回收DDGS后的废水仍属于高浓度有机废水需要进一步处理但废水的氮磷等营养成分含量低给末端治理带来了难度本文结合酒精生产及末端治理探讨了DDGMIC的酒精废水治理路线一酒精生产工艺及废水情况1酒精生产工艺典型的生产工艺比如燃料乙醇工艺流程见图1磨粉液化蒸汽糖化糖化酶水发酵CO2蒸馏酒精酵母酒精糟液塔底残留分子筛蒸汽淀粉酶谷朊粉麸皮拌料玉米薯类图1酒精生产工艺流程图原料经进仓磨粉谷朊粉液化糖化发酵蒸馏分子筛脱水后可生产酒精例如年产30万吨燃料乙醇的项目同时可生产副产品小麦谷朊粉45万吨高纯度低压液体二氧化碳2万吨小麦麸皮203万吨小麦胚芽2032吨DDGS蛋白饲料12万吨其中谷朊粉出口价格达8000元吨一直处于供不应求状态可以说丰富的下游产品已经成为企业效益的重要支撑小麦原料应控制水分在12以下小麦粉碎后投料原料加水比1450热水拌料采用连续蒸煮采用三塔蒸馏操作控制进汽进水进料取酒四者平衡原料出酒率在28左右2酒精废水的污染物质酒精生产的废水主要来自蒸馏发酵成熟醪时粗馏塔底部排放的蒸馏残留物酒精废醪高浓度有机废水以及生产过程中的洗涤水中浓度有机废水和冷却水酒精废醪污染物主要包括悬浮在废水中的固体不溶物油脂淀粉胶溶解在水中的糖酸碱盐等温度可高达100左右悬浮物含量高其中有机物占9495灰分占67外观混浊色度高易腐败等3酒精废水的污染物浓度和排放量酒精糟液洗涤水冷却水的水质和吨产品排水量4见表1表1酒精糟液洗涤水冷却水的水质和吨产品排水量废水名称排水量tt1产品pH值BOD5SS酒精糟液13164455万7万2万4万1万4万精馏塔底残留水34501000600洗涤水247060020005001000冷却水5010070100二酒精糟液生产蛋白饲料的方法与产业政策酒精糟液生产蛋白饲料的方法目前对酒精废醪的前处理方法有以下两种一种是全糟发酵但该种方法具有发酵周期长设备庞大设备维修率高一次性投资高现在已经逐渐很少采用了另一种是固液分离后清液发酵固液分离有如下三种方法1DDGDistillersDried小麦Grains将酒精糟固液分离后的滤渣经脱水干燥而制成的干酒糟饲料称为其主要成分为糖类蛋白质维生素等DDSDistillerDriedSolubles烧酒糟残液干燥物是将酒精糟固液分离后的滤液经脱水干燥而制成的干酒糟饲料3DDGSDistillersDriedGrainswithSolubles酒渣及其残液干燥物固液分离后的滤渣和蒸发浓缩混合干燥而制成的饲料DDSDDGDDGS处理工艺图2DDSDDGDDGS处理工艺流程图美国西欧等经济发达国家在20世纪40年代均采用浓缩蒸发工艺处理酒精糟酒精糟液先经过固液分离清液部分回用部分蒸发浓缩生产DDS糟粕单独干燥生产DDG糟粕和浓缩液混合干燥生产DDGS蛋白含量在28以上是玉米蛋白含量为85的3倍氨基酸种类比玉米更齐全其中赖氨酸含量比玉米高50由于含有大量酵母菌体B族维生素含量丰富且含生长因子对动物生长十分有利脂肪含量48水分低于11可以长期保存不霉变高温不酸败脂肪中各类脂肪酸比例适当有良好适口性3产业政策酒精工业随着国际燃油价格的不断攀升能源的短缺以及燃料酒精的使用行业又获得大好的发展时机大力发展酒精工业可实现自然资源的高效利用和循环利用可促进农村经济的发展解决三农问题发展循环经济绝非一句空泛的口号它是更具可操作性的实现经济可持续发展最为理想的经济模式其发展原则要求改变以往资源一产品一污染排放单项流动的线性经济模式追求生态化资源化减量化和再利用形成资源一产品一再生资源反馈式循环经济模式这需要经营观念设计理念的彻底更新因此把酒精废水作为一种资源设计一套醪塔酒精糟液离心分离清液清液回用20100糟粕多效蒸发浓缩浓缩液混合干燥废水DDGS单独干燥DDG单独干燥DDS多级回收利用有投入有产出的生产系统而不只是污水处理系统成了当今时代的要求提出资源化治理的可行性方案以较少的投资在分级回收利用的同时实现稳定达标排放坚持资源综合利用与环境保护清洁生产相结合的原则使生产过程中产生的废弃物减量化资源化和无害化逐步推行轻工业生产的全过程污染控制尽量减少污染物的最终排放2推广应用酒精糟液生产优质蛋白饲料DDGS的技术3即将酒精糟离心分离分离的清液进行浓缩浓缩后的固形物与离心分离后的固形物一起再进行干燥加工成饲料出售蒸发冷凝液再进行厌氧好氧处理4DDG与DDGS的比较以30万吨年燃料乙醇项目为例分析DDGDDGS的投资运行费用产出等情况表2DDG与DDGS的比较表序号项目DDGDDGS1工艺过程过滤分离酒糟干燥糟粕清液回用或处理过滤分离酒糟浓缩清液干燥糟粕和清液浓缩液溜出物处理2主要设备压滤机螺旋输送机干燥器包装机缝口机压滤机螺旋输送机干燥器冷凝器蒸发罐包装机缝口机3废水水质30000mgCODL6000mgCODL4饲料产量24万吨DDG30万吨DDGS饲料产值19200万元24000万元5耗电量4800万kWh6000万kWh电费3840万元4800万元6蒸汽用量70万吨蒸汽90万吨蒸汽蒸汽费用3650万元4500万元7耗水量240万方水300万方水水费480万元600万元8劳动定员160人200人人工费192万元200万元9能耗与人工69之合8130万元10100万元10设备折旧20年350万元1500万元11维修费170万元300万元12税金5960万元1200万元13年利润9658万元10900万元14投资收益期9个月33个月15投资利润率13836备注蒸汽以每吨50元水费每立方米2元电费每度08元人工每月1000元计DDGS将糟液全部蒸干无糟液排放废物利用率高糟液中干物质全部转化为DDGS干糟高蛋白饲料有机物利用价值高DDGS饲料含砂少品质好缺点是投资较大将分离后的滤液也蒸发烘干能耗较大为适应卧螺机高速分离的需要酒精生产粉碎工段需增加除砂工序因此导致DDGS饲料成本加大多效蒸发排出的冷凝液含COD约6000mgL数量为每吨酒精排放13吨左右仍然存在着较大的二次污染还须进一步治理DDG加沼气的综合利用的工艺投资少经济效益高治理污染彻底废液达标排放运行费用低较好地解决酒精糟液综合利问题三MIC反应器的开发与设计1MIC反应器的成功开发1999年2001年本单位承担的省环保厅环境保护科技发展基金项目有机废水高负荷处理技术的开发研究生产规模MIC多级厌氧内循环反应器应用的研究MICMultiInternalCirculation厌氧反应器是根据IC反应器原理研究开发的一种高效多级内循环厌氧反应器5所开发的MIC反应器直径8m高23m总容水体积1100m3有效反应体积800m3该MIC反应器处理柠檬酸废水进水量约为30m3h1进水COD为800012000mgL1调试经历了反应器升温污泥驯化负荷增加稳定运行等过程在系统正常运行后MIC反应器有机负荷达到20kgCODm3d1水力停留时间约为12hCOD去除率达到90以上反应器运行稳定52001年江苏省环境保护厅对该成果进行技术鉴定其成果填补了我国处理高浓度有机废水第三代厌氧反应器的空白研究成果表明MIC反应器有机负荷高水力停留时间短占地面积小耐冲击负荷强在高浓度有机废水处理领域有重要的推广价值2MIC反应器的设计以直径15m高23m的MIC反应器为例来介绍设计情况容积为4000m3碳钢结构内部防腐处理图3MIC厌氧反应器结构图MIC反应器采用新技术进行底部进水沿着反应器下部均匀分布该布水设施不需外加动力自成整体扩散旋流散射面积大接触混合效果好集气罩2层分别在中部上部顶层有4个分离包能对泥水气三相物质进行高效分离和沉降MIC厌氧反应器结构示意图见图3四MIC反应器在酒精废水处理的应用与DDGDDGS对废水处理的影响1MIC反应器在酒精废水处理的应用表反应器在酒精废水处理中的应用情况表序号工程名称规格数量支体积有机负荷安徽某公司12万吨年酒精废水处理2500015安徽某集团20万吨年酒精废水处理62400015淮安某公司3万吨年酒业废水处理160016某公司30万吨年燃料乙醇废水处理140002河南某公司酒精废水处理21000016山东某公司白酒废水处理150016小计44100为DDGS工艺后的废水厌氧处理其他均为DDG工艺2DDGS对废水处理的影响安徽某集团燃料乙醇废水经DDG工艺后采用MIC厌氧反应器和卡鲁塞尔氧化沟进行处理厌氧部分6座MIC厌氧反应器以其中一座为例调试时采用城市污水厂的消化污泥启动MIC反应器可以培养出性能良好的颗粒污泥在一年多的运行中MIC反应器经历了低pH值有机负荷的波动停开车等冲击进一步考察了对低pH值废水的缓冲能力承受高低负荷的能力和反应器重新启动效果恢复情况的考验水温稳定控制在3537有机负荷基本控制在15kgCODm3d1左右出水COD稳定COD去除效率保持在85左右MIC反应器的出水在12001500mgCODL1MIC反应器出水进入卡鲁塞尔氧化沟处理氧化沟有机负荷为06kgCODm3dCOD去除率为90以上出水可达到污水综合排放标准GB89781996二级标准3DDGS对废水处理的影响河南某集团公司年产30万吨燃料乙醇项目以小麦为主要原料13杂粮玉米薯类相结合原料生产变性燃料乙醇该厂酒精糟液经过DDGS后也采用同样的MIC反应器处理控制条件也一样虽然MIC进水在5000mgCODL出水在400500mgCODLCOD去除率为90左右但有机负荷仅在12kgCODm3d1在调试过程中增加有机负荷后污泥易流失使调试进程缓慢影响了颗粒污泥的成长因此在启动调试过程中不得不考虑在原水进水中添加氮肥磷肥以及微量元素等营养物质在该公司老厂废水处理的改造工程中也采用了MIC反应器厌氧有机负荷在16kgCODm3d1以上厌氧COD去除率在90左右这说明虽然DDGS工艺是推广使用的技术但给末端废水处理带来了更大的难度五DDGMIC的酒精废水治理路线在我国现行的环评技术方法中和报告结构中清洁生产都是必不可少的篇章在燃料乙醇和食用酒精的环评报告书中清洁生产和污染治理的技术方法一般采用轻工和环保专业委员会的推荐的DDGS厌氧好氧生化处理但是根据本单位承担的污染治理项目的经验表明本推荐的工艺对生化处理的影响较大运行费用也因为需要添加营养物质而增大实践中通过排放一部分不进入DDGS的原糟液反而有比较好的效果清洁生产工艺循环经济的技术载体是环境无害化技术EnvironmentSoundTechnology或环境友好技术其特征是污染排放量少合理使用资源和能源更多地回收废物和产品并以环境科接受的方式处置残余的废弃物主要包括预防污染的少废或无废的工艺技术和产品技术同时也包括治理污染的末端技术清洁生产技术是用来进行无废少废生产的技术以实现生产过程的零排放和制造产品的绿色化清洁生产技术包括清洁的生产和清洁的产品两方面的内容即不仅要实现生产过程的无污染或少污染而且生产出来的产品在使用和最终报废处理过程中也不会对环境造成损害其理念不但含有技术上的可行性还包括经济上的可盈利性充分体现了发展循环经在环境与发展方面上的双重意义不包括治理污染的末端技术废物利用技术是实现废弃物的资源化处理污染防治技术是用来消除污染物质的技术通过建设废弃物净化装置来实现有毒有害废弃物的净化处理其特点是不改变生产系统或工艺程序只是在生产过程的末端通过净化废弃物实现污染控制6通过产前产中产后生态的良性循环将环境融合到产品及生产过程中使上道工序的废料结合环境的微生菌处置成为下一产品的绿色原料充分实现了产出正面最大化负面产出最小化实现了将生产消费处置和环境融合为一体7图4为DDGMIC的酒精废水治理路线图图4DDGMIC的酒精废水治理路线图六结语1企业生产过程中每一步生产产品的排放物都能作为下一个产品的原料来利用资源得到了高效循环利用同时又最大程度地保护了生态环境实现了真正意义上经济效益社会效益和环境效益的最佳结合资源的循环再利用和废弃物资源的价值开发为清洁生产和循环经济的实现创造了必要条件大力推进酒精行业的科技进步促进酒精产业的发展为实现循环经济发展战略和清洁生产的技术进步做出贡献2通过实践以酒精糟液为原料生产DDG饲料废水中的有机物厌氧进一步产生沼气回收能源DDG工艺年利润略低于DDGS工艺但DDG工艺投资利润率是DDGS排放固液分离DDG饲料酒精生产酒精糟液干燥锅炉供热回用发酵段养殖业废弃物酒精生产有机肥种植业原料滤液剩余污泥MIC厌氧沼气好氧处理出水回用生产车间滤液工艺的38倍而且总体工程投资收益期短DDG工艺的能耗低于DDGS工艺从投资战略和能耗角度来讲应该优选DDG工艺3DDGS工艺不适合规模小的酒精厂对较大规模的酒精厂仍然存在废水处理难度的问题因为DDGS后的废水为蒸发冷凝的溜出物该废水营养成分单一使其达标排放难度加大通过与DDG工艺的对比认为采用采用DDGMIC的酒精废水治理路线可节省投资和能源消耗而且废水中有厌氧沼气产后资源得到了梯度利用尽管与推荐的产业政策不同但依然是可以推广使用的技术可以使环境成本达到最低4本文提出在环评报告和环评技术方法中应该优选DDGMIC氧化沟工艺组合对燃料乙醇项目的清洁生产和高浓度有机废水生化处理后达标排放有稳定的效果参考文献1冯世骥浅谈糖蜜酒精废醪资源化治理的可行性J北京淀粉与淀粉糖200512中国轻工总会酿酒工业环境保护行业政策技术政策和污染防治对策轻总经贸199765号3国家发展计划委员会中国轻工总会轻工业资源综合利用技术政策计原材19972561号4王凯军秦人伟发酵工业废水处理M北京化学工业出版社200091152085马三剑吴建华刘锋等多级内循环MIC厌氧反应器的开发应用J北京中国沼气20022046张坤循环经济理论与实践M北京中国环境科学出版社2003581977罗宏孟伟冉圣宏生态工业园区理论与实践M北京化学工业出版社20042288290