[发明专利]一种纤维素乙醇发酵废液的处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维素乙醇发酵废液的处理方法，适用于以各种来源的纤维素为原料发酵制备乙醇产生的发酵废液的处理。

背景技术

在多种可再生能源中，生物质能是未来能源领域中一种重要的可再生能源。纤维素是地球上资源量最丰富的生物质能，因此，利用纤维素发酵制备乙醇具有很大的发展潜力和市场空间。目前，以纤维素为原料发酵制取燃料乙醇技术已基本成熟，其原理是将秸秆等植物纤维素通过水解得到还原性单糖，如木糖、葡萄糖等，再将还原性单糖经过发酵、精馏后可得到燃料乙醇，所产生的醪液即为纤维素乙醇发酵废液。

纤维素乙醇在其生产过程中，由于原料在预处理阶段时投加了大量的硫酸进行酸性蒸爆，而且大部分半纤维素（C5糖）、木质素无法水解得以利用，再加上发酵过程中伴生的乙酸、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硫酸盐、悬浮物（SS）和不易生物降解的有机污染物。当采用厌氧法处理纤维素乙醇发酵废液时，由于硫酸盐还原反应的介入，其产物H₂S、HS^-和S^2-等会对厌氧产甲烷菌产生严重抑制作用，使产气量下降甚至系统崩溃。另外，纤维素乙醇发酵废液中含有大量的固体悬浮物，而厌氧处理的对象是溶解性有机物，悬浮物质往往容易在反应器内部累积，从而造成厌氧反应器的有效容积下降，处理效率降低。因此，为保证厌氧处理的正常运行，必须对纤维素乙醇发酵废液进行适当的预处理。

CN200810011463.2提供了一种纤维素乙醇生产废水的处理方法，采用絮凝沉降-酸析处理-电解催化氧化-厌氧发酵组合处理流程，首先采用添加絮凝剂的方式去除废水中的悬浮物，投加20～80 mg/L常规的聚合氯化铝、聚合硫酸铝或聚铁等无机絮凝剂；或投加5～30 mg/L的聚丙烯酰胺等有机絮凝剂。纤维素乙醇发酵废液中固含量高达10 wt%左右，而絮凝主要是去除水中的悬浮固体和一些胶体物质，处理固含量较高的废水需提高絮凝剂投加量，且由于废水中的木质素粒径微细，絮凝效果不佳，悬浮物去除不彻底。另外，废水本身呈酸性pH在4左右，含盐量约为2 wt%，酸析过程加入稀硫酸会使废水的pH进一步降低，调节pH后废水的盐含量进一步增高，不利于后续厌氧生物处理。

CN201144181提出一种糖蜜酒精废水预处理装置，由预沉池、电解池、中和混凝池和沉淀池构成。蜜糖废水经预沉池初步沉淀后流入电解池，通过电解池焦炭、海绵铁填料区在适量空气的搅拌作用下，发生电化学腐蚀、絮凝、吸附、架桥、卷扫、共沉、电沉积和电化学还原等多种作用。该装置仅能降低部分有机物，提高废水的可生化性，减轻后续的生物处理负荷，但无法有效的去除对后续厌氧生物处理有明显抑制作用的硫酸盐和固态悬浮物质。

CN1089579A提出一种能克服高浓度硫酸根对沼气发酵毒害的方法，在沼气发酵装置前设置装满铁刨花的池子，通过控制废水的流量，先使铁刨花接触空气，氧化生成Fe²⁺，再将溶解于废水中，满足沼气发酵的需要。该方法虽然结构简单，但铁刨花与空气接触，快速产生的铁锈造成铁屑间的粘连、堵塞，使污水短流，污水处理效率较低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种纤维素乙醇发酵废液的处理方法。该方法既可以有效减少对后续厌氧处理有明显抑制作用的硫酸盐，又能截留废水中的大部分悬浮物质，减少固体物质在后续厌氧反应器中的累积，充分利用反应器的容积，有效降低厌氧处理的有机负荷。

本发明纤维素乙醇发酵废液的处理方法包括如下步骤：

（1）向纤维素乙醇发酵废液中投加钙碱进行碱析处理；

（2）将步骤（1）处理后的废液通入压力厌氧反应器中，压力厌氧反应器中内置铁质填料和密度比发酵废液小的悬浮填料，压力厌氧反应器的出水口连接有精滤处理设备。

本发明方法步骤（1）中，纤维素乙醇发酵废液是以各种来源的纤维素为原料生产纤维乙醇过程产生的废水。

本发明方法步骤（1）中，所述的钙碱为Ca(OH)₂或CaO，控制混合时间为1~2min，混合转速为150~300rpm。钙碱在碱析处理中具有多重作用：首先，溶解在发酵废液中的Ca²⁺可以与木质素盐等高分子化合物中的易螯合基团相结合生成木质素螯合物等多种不溶于水的螯合物，形成细小的颗粒析出；其次，Ca²⁺还可以与发酵废液中的硫酸根离子发生化学反应生成硫酸钙沉淀，除去发酵废液中部分硫酸盐。