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中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 學(xué)生姓名: 劉學(xué)升 學(xué) 號： 08040142X29 學(xué) 院、系: 化工與環(huán)境 專 業(yè): 環(huán)境工程 設(shè)計(jì)題目: 酒精廢水處理工藝設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師: 秦勝東 2012年3月10日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告 文 獻(xiàn) 綜 述 1 前言 酒精工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)重要的基礎(chǔ)原料產(chǎn)業(yè)，酒精廣泛應(yīng)用于化工、食品工業(yè) 、日化、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域，同時又是酒基、浸提劑、溶劑、洗滌劑和表面活性劑。但酒精生產(chǎn)工業(yè)也是我國排放有機(jī)污染物濃度較高的行業(yè)之一[1]。 我國許多酒精企業(yè)至今還沿用非常傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝。通過數(shù)十年的努力,在生產(chǎn)和技術(shù)上有很大提高,但是在生產(chǎn)節(jié)能,綜合利用,自動化等方面與國際先進(jìn)水平還有一定距離。由于投資、生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)、管理等原因，大部分酒精企業(yè)的綜合利用率較低[2] 。 酒精廢水是高濃度、高溫度、高懸浮物的有機(jī)廢水，處理技術(shù)起步較早，發(fā)展較快。廢液中的廢渣含有粉碎后的木薯皮、根莖等粗纖維，這類物質(zhì)在廢水中是不溶性的COD；木薯中的纖維素和半纖維素是多糖類物質(zhì)，在酒精發(fā)酵中不能成為酵母菌的碳源而被利用，殘留在廢液中，表現(xiàn)為溶解性COD；無機(jī)灰分的泥砂雜質(zhì)。這些物質(zhì)增加了廢水處理的難度。酒精廢水處理急需解決，酒精糟液環(huán)境污染嚴(yán)重,對其治理迫在眉睫。如何處理、利用大量酒精糟液，一直是我國酒精工業(yè)的一個大問題[3]。 2 廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀 隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，廢水的種類和數(shù)量迅猛增加，對水體的污染也日趨廣泛和嚴(yán)重，直接威脅人類的健康和安全。而廢水處理一直是全球重視的環(huán)境問題之一。所以，如何處理廢水及廢水處理技術(shù)的研究改進(jìn)成為科學(xué)家們探索的領(lǐng)域。先進(jìn)的廢水處理技術(shù)也不斷問世。 國內(nèi)陳士夫等[4]對于有機(jī)磷農(nóng)藥廢水TiO2光催化降解的研究指出，該法能將有機(jī)磷完全降解為PO3-4，CODcr除去率達(dá)70% - 90%。 Serpone等報(bào)道了用TiO2光催化法從Au(CN)-4中還原Au，同時氧化CN-為NH3和CO2的過程，并指出將該法用于電鍍工業(yè)廢水的處理，不僅能還原鍍液中的貴金屬，而且還能消除鍍液中氰化物對環(huán)境的污染，是一種有實(shí)用價值的處理方法。但是，TiO2光催化法基于體系對光能量的吸收，對于高濃度的工業(yè)廢水，若雜質(zhì)多、濁度高、透光性差，反應(yīng)則難以進(jìn)行。因此該方法在實(shí)際廢水處理中，適用于后期的深度處理。 彭躍蓮等[5]提出用膠團(tuán)強(qiáng)化超濾法處理廢水，這是一種將表面活性劑和超濾膜結(jié)合起來的新技術(shù)。廢水通過超濾膜時，如膜孔徑小于膠團(tuán)粒徑，則攜帶有機(jī)物的膠團(tuán)因不能透過膜而被截留，從而實(shí)現(xiàn)絕大部分有機(jī)物和水的有效分離?？梢詮膹U水中去除低分子量、低濃度有機(jī)污染物和多價金屬離子，具有很好的環(huán)境效益。與吸附、蒸餾和萃取法相比，膠團(tuán)強(qiáng)化超濾法能耗低，無相變，且處理水可直接回用。膠團(tuán)強(qiáng)化超濾法存在的問題是超濾透過液中可能還有少量表面活性劑，這相當(dāng)于引進(jìn)了一種新的有機(jī)污染物，如果去除不完全的話也會影響出水水質(zhì)。 方景禮[6]研究超聲空化技術(shù)處理廢水。利用聲解將水體中有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為CO2、H2O、無機(jī)離子或比原有機(jī)物毒性小的有機(jī)物，具有操作方便、高效、無污染或少污染的特點(diǎn)，被認(rèn)為是一種清潔且具有良好前景的廢水方法。 日本shokubai公司開發(fā)出一種低成本處理工業(yè)廢水新技術(shù)—NSLC技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)為濕法氧化催化，應(yīng)用該技術(shù)可使工業(yè)污水中的COD，氮化合物和硫化合物取出95％。污水處理成本比活性污泥法降低30—50％。但此法不能直接應(yīng)用于含有大量不溶于水的固體、油類和黃磷等的廢水。從而限制了這些方法在廢水實(shí)際處理中的應(yīng)用[7]。 液相高壓脈沖放電處理技術(shù)集合了高能電子輻射、濕式氧化、化學(xué)氧化、光催化氧化等多種高級氧化技術(shù)特點(diǎn)于一體，系統(tǒng)不需外加氧化劑，而是利用液電電火花產(chǎn)生的 臭氧、雙氧水和紫外光作為氧化劑（UV／O3／H2O2光化學(xué)氧化），同時反應(yīng)體系也需輔以高溫、高壓和外加光源輻射等技術(shù)手段，是一種全新概念的難降解有毒害工業(yè)廢水化工處理新技術(shù)[8]。 3 酒精廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀 我國酒精生產(chǎn)的原料比例為：淀粉質(zhì)原料（玉米、薯干、木薯）占75%，廢糖蜜原料占20%，合成酒精占5%。由此，我國酒精生產(chǎn)的原料主要是玉米、薯干等淀粉質(zhì)原料。酒精是以淀粉類谷物或植物根莖塊如玉米、薯類和大米等為原料發(fā)酵釀制而成, 在釀造過程中, 僅是碳水化合物部分經(jīng)微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化為乙醇和少量乙醇的系列產(chǎn)物, 而蛋白質(zhì)、無機(jī)鹽、粗脂肪等卻被殘留在母液中[9]。 我國年生產(chǎn)酒精能力約500萬t,其中商品酒精約200萬t,自產(chǎn)自用酒精約300萬t [10]。我國酒精工廠多,且大多數(shù)設(shè)在城市,排放而造成污染十分嚴(yán)重。由于酒糟廢液量大,加之處理技術(shù)不夠,目前已經(jīng)成輕工業(yè)中第二個大污染源[11]。 酒精廢糟液是一種高濃度的有機(jī)廢水，含水92%～95%， 酸度高，粘度大，并含有大量懸浮物和有機(jī)物[12]。 據(jù)統(tǒng)計(jì),酒精廠每生產(chǎn)1t酒精約排放10～15t酒精廢糟液 ， 其中COD達(dá)4104 mg/L～7104mg/L,BOD 達(dá)3104～5104 mg/L[13] 。 根據(jù)酒精生產(chǎn)的原料不同，其酒精廢水的綜合利用和處理采用不同的方法。 楊健等[14]采用預(yù)曝氣—化學(xué)混凝沉淀工藝對釀酒厭氧處理消化液進(jìn)行預(yù)處理，消CODcr4500mg/ L～6000mg/ L。當(dāng)預(yù)曝氣時間為6小時，混凝劑FeCL3 添加量為100mg/ L 時，消化液的CODcr 和SS 去除率分別為24.3%和75.4% ，出水水質(zhì)對后續(xù)好氧處理有利。 歐陽玉祝等[15]采用鐵屑微電解法對白酒廢水作預(yù)處理。研究表明廢水經(jīng)過電解床后，CODcr去除率達(dá)75%，將此法與生物法結(jié)合，CODcr總?cè)コ蔬_(dá)98%。使用電解法無需投加化學(xué)試劑，沒有二次污染，而且大大提高廢水可降解性。 王煒等[16]應(yīng)用CAAS 工藝合理實(shí)現(xiàn)了厭氧處理與好氧處理之間的銜接，可提高后續(xù)好氧處理效果。CAAS 反應(yīng)器由缺氧區(qū)，預(yù)曝氣區(qū)，沉淀區(qū)，曝氣區(qū)組成 白酒廢水經(jīng)厭氧處理后并非直接曝氣，而是現(xiàn)進(jìn)入缺氧產(chǎn)酸階段，將廢水中剩余有機(jī)物大分子降解為小分子有機(jī)物，提高BOD5/CODcr值。在預(yù)曝氣區(qū)內(nèi)，使污泥中微生物得到增殖，并可除去部分CODcr沉淀區(qū)可將前階段的污泥分離最后廢水可在最佳狀態(tài)下進(jìn)入曝氣區(qū)。CAAS工藝使得廢水好氧處理CODcr去除率提升至87.4% ，BOD5 除率也提升到85%。 李錫英提出三段“SS”去除法處理廢水。通過固液分離—厭氧消化(復(fù)合厭氧反應(yīng)器) —物化處理,SS去除率90%以上,COD去除率90%以上。 還有UASB．CAAS技術(shù)處理酒精廢液，充分利用UASB高效高負(fù)荷的處理優(yōu)勢，使廢水得到有效的治理，結(jié)果表明廢水經(jīng)顆?；疷ASB反應(yīng)器穩(wěn)定后，出水COD降至1500mg/L以下，然后再經(jīng)CAAS處理后，出水COD可降到150mg/L澈，該處理系統(tǒng)具有耐沖擊負(fù)荷，處理效果穩(wěn)定，運(yùn)行簡單，運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)。 4 酒精廢水的特點(diǎn)及常用工藝 通過對酒精廢水的研究可以了解酒精廢水有以下特點(diǎn)： (1) 懸浮物含量高，平均懸浮物含量高達(dá)40000mg/L； (2) 溫度高，平均水溫達(dá)70℃，蒸餾釜底排出的廢水溫度高達(dá)100℃。 (3) 濃度高，廢水的COD濃度高達(dá)35000～55000mg/ L、懸浮物(SS)濃度20000～40000mg/ L、pH值4～5. 5,且排放量大,生產(chǎn)1t 酒精產(chǎn)生12～20m3的廢水。其次是含氮化合物，生物菌和未分解出去的產(chǎn)品：如丁醇、乙醇等，此外還有500mg/L的有機(jī)酸[17]； (4) 廢水含有約500mg/L左右的有機(jī)酸，廢水呈酸性，運(yùn)行初期可考慮加堿或污泥的回流以平衡廢水的酸堿度，運(yùn)行穩(wěn)定后系統(tǒng)具備足夠的緩沖能力，則不需要加堿或回流。 酒精廢水的這些特點(diǎn)讓處理酒精廢水的工藝定向于生物處理工藝。酒精廢水生物處理常用的工藝有厭氧處理,好氧處理和厭氧+好氧處理。 厭氧處理 厭氧處理采用二級UASB厭氧處理，第一級高溫厭氧，第二級中溫厭氧，此法既可以將廢水厭氧發(fā)酵較徹底，又能夠充分利用原廢水熱能，節(jié)省換熱設(shè)備投資和冷卻水量。廢水經(jīng)泵打人UASB，在罐底部均勻分布，緩慢上升，形成懸浮污泥層，廢水經(jīng)過懸浮污泥層時有機(jī)物被吸附、降解，產(chǎn)生的CH4、CO2 混合氣體在上升過程中經(jīng)三相分器收集，廢水由溢流槽排出，污泥自動回流至罐底保持污泥濃度[18]。 好氧處理 厭氧出水溫度較高，不能直接進(jìn)入好氧系統(tǒng)，需冷卻處理。使厭氧沉淀出水和廠區(qū)其他輕污染廢水在配水罐中混合，一方面作為冷卻水源調(diào)節(jié)水溫在15～25℃，另一方面由于厭氧出水污染物濃度較低，已不利于活性污泥的生長，輸入輕污染廢水省去了向好氧系統(tǒng)投機(jī)氮、磷等營養(yǎng)物。在好氧處理中，保持污水中溶解氧在2mg/L左右，使得好氧微生物在新陳代謝過程中耗除有機(jī)物，達(dá)到凈化污水作用[19]。 厭氧+好氧處理 厭氧+好氧技術(shù)是廢水生物處理很有效的生化處理技術(shù)組合，該組合可以充分利用微生物的代謝活動分解廢水中的有機(jī)物，將有機(jī)物作為微生物的營養(yǎng)被微生物利用，最終分解為穩(wěn)定的無機(jī)物或合成細(xì)胞物質(zhì)而作為污泥由水中分離，從而使廢水得到凈化，厭氧與好氧方法相結(jié)合生物處理技術(shù)是去除工業(yè)廢水中有機(jī)物非常有效的方法[20]。 對于高濃度的酒精廢水，單純用厭氧發(fā)酵法處理后，出水COD濃度仍很高，無法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)[21]。若直接采用好氧處理，經(jīng)濟(jì)上則不合算，能耗也較高。而厭氧+好氧相結(jié)合的工藝與單獨(dú)的厭氧或好氧處理相比，具有如下優(yōu)越性： (1)由于在厭氧階段可大幅度地去除水中的懸浮物或有機(jī)物，使其后序好氧處理工藝的污泥量得到有效的減少，從而設(shè)備容積也可縮小。(2)厭氧工藝可對進(jìn)水負(fù)荷的變化氣緩沖作用，為好氧處理創(chuàng)造較穩(wěn)定的進(jìn)水條件。(3)經(jīng)過厭氧處理后，不僅可以提高廢水的可生化性，提高好氧工藝的處理能力，而且可利用產(chǎn)酸菌類多、生長快對環(huán)境條件適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，有利于運(yùn)行條件的控制和縮小處理設(shè)備容積的縮小。(4)產(chǎn)生的沼氣主要用于發(fā)電、鍋爐助燃，多余的用于職工生活做飯。因此，采用的厭氧+好氧相結(jié)合的工藝是目前在國內(nèi)應(yīng)用的較廣泛的方法之一[22-23]。 厭氧好氧處理，具有能耗低、投資省、處理效果穩(wěn)定等特點(diǎn)，成為國家推薦的經(jīng)濟(jì)、有效、實(shí)用的環(huán)保技術(shù)[24]。 參考文獻(xiàn)： [1] 唐受印，戴友芝，劉忠義等．食品工業(yè)業(yè)廢水處理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 [2] 孫東方,宋寶江,郭時杰. 我國酒精工業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展對策[J].工業(yè)水處理,2005(3):15 [3] 胡向堯．酒精生產(chǎn)技術(shù)的回顧與探討[M]．北京：中國食品工業(yè)協(xié)會．2003:12 [4] 陳士夫，趙夢月，陶躍武等.TiO2光催化反應(yīng)及其在廢水處理中的應(yīng)用[J].環(huán)境科 學(xué),2001, 17(4), 33 -35. 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