酒精废水处理工艺设计开题报告.doc

中北大学信息商务学院毕业设计开题报告学生姓名:刘学升学 号：08040142X29学 院、系:化工与环境专 业:环境工程设计题目:酒精废水处理工艺设计指导教师:秦胜东 2012年3月10日毕 业 设 计 开 题 报 告文 献 综 述1 前言 酒精工业是国民经济重要的基础原料产业，酒精广泛应用于化工、食品工业 、日化、医药卫生等领域，同时又是酒基、浸提剂、溶剂、洗涤剂和表面活性剂。但酒精生产工业也是我国排放有机污染物浓度较高的行业之一1。 我国许多酒精企业至今还沿用非常传统的生产工艺。通过数十年的努力,在生产和技术上有很大提高,但是在生产节能,综合利用,自动化等方面与国际先进水平还有一定距离。由于投资、生产规模、技术、管理等原因，大部分酒精企业的综合利用率较低2 。酒精废水是高浓度、高温度、高悬浮物的有机废水，处理技术起步较早，发展较快。废液中的废渣含有粉碎后的木薯皮、根茎等粗纤维，这类物质在废水中是不溶性的COD；木薯中的纤维素和半纤维素是多糖类物质，在酒精发酵中不能成为酵母菌的碳源而被利用，残留在废液中，表现为溶解性COD；无机灰分的泥砂杂质。这些物质增加了废水处理的难度。酒精废水处理急需解决，酒精糟液环境污染严重,对其治理迫在眉睫。如何处理、利用大量酒精糟液，一直是我国酒精工业的一个大问题3。 2 废水处理技术现状随着科学技术的迅速发展，废水的种类和数量迅猛增加，对水体的污染也日趋广泛和严重，直接威胁人类的健康和安全。而废水处理一直是全球重视的环境问题之一。所以，如何处理废水及废水处理技术的研究改进成为科学家们探索的领域。先进的废水处理技术也不断问世。国内陈士夫等4对于有机磷农药废水TiO2光催化降解的研究指出，该法能将有机磷完全降解为PO3-4，CODcr除去率达70% - 90%。 Serpone等报道了用TiO2光催化法从Au(CN)-4中还原Au，同时氧化CN-为NH3和CO2的过程，并指出将该法用于电镀工业废水的处理，不仅能还原镀液中的贵金属，而且还能消除镀液中氰化物对环境的污染，是一种有实用价值的处理方法。但是，TiO2光催化法基于体系对光能量的吸收，对于高浓度的工业废水，若杂质多、浊度高、透光性差，反应则难以进行。因此该方法在实际废水处理中，适用于后期的深度处理。彭跃莲等5提出用胶团强化超滤法处理废水，这是一种将表面活性剂和超滤膜结合起来的新技术。废水通过超滤膜时，如膜孔径小于胶团粒径，则携带有机物的胶团因不能透过膜而被截留，从而实现绝大部分有机物和水的有效分离。可以从废水中去除低分子量、低浓度有机污染物和多价金属离子，具有很好的环境效益。与吸附、蒸馏和萃取法相比，胶团强化超滤法能耗低，无相变，且处理水可直接回用。胶团强化超滤法存在的问题是超滤透过液中可能还有少量表面活性剂，这相当于引进了一种新的有机污染物，如果去除不完全的话也会影响出水水质。 方景礼6研究超声空化技术处理废水。利用声解将水体中有机污染物转化为CO2、H2O、无机离子或比原有机物毒性小的有机物，具有操作方便、高效、无污染或少污染的特点，被认为是一种清洁且具有良好前景的废水方法。 日本shokubai公司开发出一种低成本处理工业废水新技术NSLC技术。该项技术为湿法氧化催化，应用该技术可使工业污水中的COD，氮化合物和硫化合物取出95。污水处理成本比活性污泥法降低3050。但此法不能直接应用于含有大量不溶于水的固体、油类和黄磷等的废水。从而限制了这些方法在废水实际处理中的应用7。液相高压脉冲放电处理技术集合了高能电子辐射、湿式氧化、化学氧化、光催化氧化等多种高级氧化技术特点于一体，系统不需外加氧化剂，而是利用液电电火花产生的臭氧、双氧水和紫外光作为氧化剂（UVO3H2O2光化学氧化），同时反应体系也需辅以高温、高压和外加光源辐射等技术手段，是一种全新概念的难降解有毒害工业废水化工处理新技术8。3 酒精废水处理技术现状 我国酒精生产的原料比例为：淀粉质原料（玉米、薯干、木薯）占75%，废糖蜜原料占20%，合成酒精占5%。由此，我国酒精生产的原料主要是玉米、薯干等淀粉质原料。酒精是以淀粉类谷物或植物根茎块如玉米、薯类和大米等为原料发酵酿制而成, 在酿造过程中, 仅是碳水化合物部分经微生物发酵转化为乙醇和少量乙醇的系列产物, 而蛋白质、无机盐、粗脂肪等却被残留在母液中9。我国年生产酒精能力约500万t,其中商品酒精约200万t,自产自用酒精约300万t 10。我国酒精工厂多,且大多数设在城市,排放而造成污染十分严重。由于酒糟废液量大,加之处理技术不够,目前已经成轻工业中第二个大污染源11。酒精废糟液是一种高浓度的有机废水，含水92%95%， 酸度高，粘度大，并含有大量悬浮物和有机物12。据统计,酒精厂每生产1t酒精约排放1015t酒精废糟液 ， 其中COD达4104 mg/L7104mg/L,BOD 达31045104 mg/L13 。根据酒精生产的原料不同，其酒精废水的综合利用和处理采用不同的方法。杨健等14采用预曝气化学混凝沉淀工艺对酿酒厌氧处理消化液进行预处理，消CODcr4500mg/ L6000mg/ L。当预曝气时间为6小时，混凝剂FeCL3 添加量为100mg/ L 时，消化液的CODcr 和SS 去除率分别为24.3%和75.4% ，出水水质对后续好氧处理有利。欧阳玉祝等15采用铁屑微电解法对白酒废水作预处理。研究表明废水经过电解床后，CODcr去除率达75%，将此法与生物法结合，CODcr总去除率达98%。使用电解法无需投加化学试剂，没有二次污染，而且大大提高废水可降解性。王炜等16应用CAAS 工艺合理实现了厌氧处理与好氧处理之间的衔接，可提高后续好氧处理效果。CAAS 反应器由缺氧区，预曝气区，沉淀区，曝气区组成 白酒废水经厌氧处理后并非直接曝气，而是现进入缺氧产酸阶段，将废水中剩余有机物大分子降解为小分子有机物，提高BOD5/CODcr值。在预曝气区内，使污泥中微生物得到增殖，并可除去部分CODcr沉淀区可将前阶段的污泥分离最后废水可在最佳状态下进入曝气区。CAAS工艺使得废水好氧处理CODcr去除率提升至87.4% ，BOD5 除率也提升到85%。李锡英提出三段“SS”去除法处理废水。通过固液分离厌氧消化(复合厌氧反应器) 物化处理,SS去除率90%以上,COD去除率90%以上。还有UASBCAAS技术处理酒精废液，充分利用UASB高效高负荷的处理优势，使废水得到有效的治理，结果表明废水经颗粒化UASB反应器稳定后，出水COD降至1500mg/L以下，然后再经CAAS处理后，出水COD可降到150mg/L澈，该处理系统具有耐冲击负荷，处理效果稳定，运行简单，运行费用低等特点。4 酒精废水的特点及常用工艺通过对酒精废水的研究可以了解酒精废水有以下特点：(1) 悬浮物含量高，平均悬浮物含量高达40000mg/L；(2) 温度高，平均水温达70，蒸馏釜底排出的废水温度高达100。(3) 浓度高，废水的COD浓度高达3500055000mg/ L、悬浮物(SS)浓度2000040000mg/ L、pH值45. 5,且排放量大,生产1t 酒精产生1220m3的废水。其次是含氮化合物，生物菌和未分解出去的产品：如丁醇、乙醇等，此外还有500mg/L的有机酸17；(4) 废水含有约500mg/L左右的有机酸，废水呈酸性，运行初期可考虑加碱或污泥的回流以平衡废水的酸碱度，运行稳定后系统具备足够的缓冲能力，则不需要加碱或回流。酒精废水的这些特点让处理酒精废水的工艺定向于生物处理工艺。酒精废水生物处理常用的工艺有厌氧处理,好氧处理和厌氧+好氧处理。厌氧处理 厌氧处理采用二级UASB厌氧处理，第一级高温厌氧，第二级中温厌氧，此法既可以将废水厌氧发酵较彻底，又能够充分利用原废水热能，节省换热设备投资和冷却水量。废水经泵打人UASB，在罐底部均匀分布，缓慢上升，形成悬浮污泥层，废水经过悬浮污泥层时有机物被吸附、降解，产生的CH4、CO2 混合气体在上升过程中经三相分器收集，废水由溢流槽排出，污泥自动回流至罐底保持污泥浓度18。 好氧处理 厌氧出水温度较高，不能直接进入好氧系统，需冷却处理。使厌氧沉淀出水和厂区其他轻污染废水在配水罐中混合，一方面作为冷却水源调节水温在1525，另一方面由于厌氧出水污染物浓度较低，已不利于活性污泥的生长，输入轻污染废水省去了向好氧系统投机氮、磷等营养物。在好氧处理中，保持污水中溶解氧在2mg/L左右，使得好氧微生物在新陈代谢过程中耗除有机物，达到净化污水作用19。 厌氧+好氧处理 厌氧+好氧技术是废水生物处理很有效的生化处理技术组合，该组合可以充分利用微生物的代谢活动分解废水中的有机物，将有机物作为微生物的营养被微生物利用，最终分解为稳定的无机物或合成细胞物质而作为污泥由水中分离，从而使废水得到净化，厌氧与好氧方法相结合生物处理技术是去除工业废水中有机物非常有效的方法20。 对于高浓度的酒精废水，单纯用厌氧发酵法处理后，出水COD浓度仍很高，无法达到排放标准21。若直接采用好氧处理，经济上则不合算，能耗也较高。而厌氧+好氧相结合的工艺与单独的厌氧或好氧处理相比，具有如下优越性：(1)由于在厌氧阶段可大幅度地去除水中的悬浮物或有机物，使其后序好氧处理工艺的污泥量得到有效的减少，从而设备容积也可缩小。(2)厌氧工艺可对进水负荷的变化气缓冲作用，为好氧处理创造较稳定的进水条件。(3)经过厌氧处理后，不仅可以提高废水的可生化性，提高好氧工艺的处理能力，而且可利用产酸菌类多、生长快对环境条件适应能力强的特点，有利于运行条件的控制和缩小处理设备容积的缩小。(4)产生的沼气主要用于发电、锅炉助燃，多余的用于职工生活做饭。因此，采用的厌氧+好氧相结合的工艺是目前在国内应用的较广泛的方法之一22-23。 厌氧好氧处理，具有能耗低、投资省、处理效果稳定等特点，成为国家推荐的经济、有效、实用的环保技术24。参考文献：1 唐受印，戴友芝，刘忠义等食品工业业废水处理M.北京：化学工业出版社，20052 孙东方,宋宝江,郭时杰. 我国酒精工业现状与发展对策J.工业水处理,2005(3):153 胡向尧酒精生产技术的回顾与探讨M北京：中国食品工业协会2003:124 陈士夫，赵梦月，陶跃武等.TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用J.环境科 学,2001, 17(4), 33 -35. 5 彭跃莲，纪树兰，姚仕仲.废水处理新技术胶团强化超滤J .膜科学与技术,2001, 21(1)：39-436 方景礼.强螯合物废水的处理方法J电镀与涂饰，2007，26(9)：37 徐锐,范秀蓉.工业废水处理新技术J.技术与市场, 2005(1)：278 姜 岩，闻建平，胡宗定. 工业废水处理新技术与新方法的研究进展J.化工进展, 2004,23(3)：256-2589 王 炜.酒精废水处理及综合利用研究D.江南大学，硕士毕业论文，200610 谢 林, 吕西军，玉米酒精生产新技术M. 北京:中国轻工业出版社,2001:1411 管运涛酒精工业废水治理技术的现状与发展J. 工业水处理,2007,17(3) :612 谢 林，刘 凯，张 禾. 白酒废水的综合利用J. 酿酒科技，2006，(5)：81-8213 胡象尧河南酒精工业的概况、问题与发展探讨J.郑州轻工业学院学报， 2007,23(4)：13-1514 杨 健，周小波酒精废水消化液预处理试验研究J四川环境，2006,25(1)： 1-315 欧阳玉祝，王继徽，沈 扬铁屑微电解法预处理酿酒废水研究J工业水处理， 2001,21(10)：16-1816 王炜，陈坚，尹艳军等两级UASBCAAS 技术处理酒精废液J.酿酒科 技，2006,10:101-10317 李锡英,黄贞岚,杨沂凤等.酿酒工业废水环保治污新途径三段“SS”去除法 J.工业水处理,2005,20(11):1318 贺延龄废水的厌氧生物处理M.中国轻工出版社，2004，120 -12319 Liu Hua , Sun Lina, Chen Xi-jian,Et a1Treatment of alcohol wastewater and resource ，utilizationJ Environmental Science&Technology，2011，34(4)：180-18320 Use of the Upflow Sludge Blanker(USB)Reactor Concept for Biological Wastewater treatment Especially for Anaerobic Treatment， Biotechnology and Bioengineering ， 200321 唐受印. 废水处理工程M. 北京：化学工业出版社, 200422 秦麟源废水生物处理M上海：同济大学出版社, 200723 耿土锁过滤一厌氧一好氧工艺处理酒精废水M江苏环境科技，2001，14(3)： 11-1324 Zhang Chao，Application of anaerobic-oxidation process to alcohol wastewater treatmentJPollution Control Technology，2006，19(2)：57-59 毕 业 设 计 开 题 报 告2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 本课题为酒精废水处理的工艺设计，根据酒精废水的特点，采用UASB+缺氧池+接触氧化为主要工艺。通过对酒精废水的处理，减少废水中的污染物，提高污水的利用率。 工艺流程说明1 固液分离：固液分离是酒糟废水的处理的难点。国内现采用立式离心机、板框压滤机等设备进行分离，特别是前一种分离后滤液中SS仍然较高。后一种劳动强度较大等问题。2 滤液回用：滤液的回用其主要是“双节”，回用的滤液温度大约70用于拌料，即节约了用水，由于温度高，在蒸煮过程中又节约用气，完全符合循环经济规律。3 厌氧处理：厌氧处理过程分为一级厌氧和二级厌氧两部分，管路配置成串联、并联可调换系统，以保证厌氧处理后出水COD在1200mg/L。4 好氧处理：由于通过两级厌氧处理后，好氧部分所要处理的负荷较低，因此本方案选用组合生化工艺，这样不仅保证了厌氧和好氧的顺利连接，而且具有投资较小、运行成本较低、出水水质稳定、管理运行简单等优点。好氧出水经过二沉池、生物滤池净化后，出水可达到国家排放标准。5 污泥处置：处理系统产生的污泥经浓缩罐收集后，均进入浓缩池，污泥经过浓缩后，采用带式压滤机进行脱水。脱水选用带式压滤机可降低投资，有利于污泥的最终处置。UASB+缺氧池+接触氧化工艺流程如下所示：降温+调节池配水井细格栅/气浮UASB生产废水回流沉淀池接触氧化池缺氧池出水 毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见： 对“文献综述”的评语： 文献综述中，学生对酒精废水处理及回用的国内外现状、存在问题进行了总结，提出了自己处理酒精废水及回用工艺的设计。 通过文献综述，可以看出该学生对所给课题了解深入，查阅了大量文献资料，能基本满足酒精废水处理及回用工艺的设计需要，具有一定的收集、整理各种文献资料及获取新的知识的能力，文献综述撰写基本规范。 对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测 本课题是废水处理设计方面的课题，涉及到大量的设计方面的知识，需掌握一定的专业设计知识，并了解设计规范、标准，可以独立编写设计说明书，对环境工程专业的学生而言，深度和广度适中。该学生已对课题有总体构想，拟采用的方法手段也比较清晰，经过该同学的努力，定能按期提交成果，达到培养和锻炼学生应用所学理论知识解决工程实践问题的能力。 指导教师： 年 月 日所在系审查意见： 系主任： 年 月 日