乙醇沼气双发酵耦联工艺中中温出水水质调控及中试验证

【摘要】：废水污染问题是制约发酵行业发展的因素之一。本实验室在生态营养链理论的基础上，以乙醇发酵为切入点，提出了乙醇沼气双发酵耦联工艺。这为发酵废水治理提供了新的解决方案，也为液态深层发酵行业的绿色制造提供范例。实验室与中试规模的运行结果证明了乙醇沼气双发酵耦联工艺的可行性，化学需氧量（COD）、氨氮、硫酸根、碱度、挥发酸（VFA）、固体悬浮物（SS）等是影响乙醇沼气双发酵耦联工艺稳定运行的关键因子。本文重点对硫酸根、氨氮、SS三个因子进行调控，并在此基础上进一步研究工艺的运行规律。本文主要研究结果如下： （1）采用中温厌氧出水配料时，需要调节料液pH以达到液化酶的最佳作用pH，引入大量的硫酸根离子，蒸馏废水中硫酸根的最高浓度可达3.18g/L。如此之高的硫酸根浓度对沼气发酵极为不利。采用氢氧化钙沉淀可将蒸馏废液中的硫酸根浓度控制在2.12g/L以下，并减少料液pH调节时33%左右的硫酸使用量。采用10%蒸馏废液回用法调控硫酸根，可减少8.02%的硫酸使用量。 （2）氨氮会在乙醇沼气双发酵耦联工艺中随着工艺的运行而累积。在实验室及中试规模的运行中，氨氮的最高浓度可以分别累积到811mg/L和1100mg/L。实验室规模时，当厌氧出水中的氨氮浓度高于550mg/L时，酒精发酵会受到抑制。通过脱氨手段将氨氮控制在350mg/L以下时，酒精发酵恢复正常。中试规模中，通过升温通风、鼓泡池脱碳脱氨塔脱氨等手段将厌氧出水中的氨氮控制在300mg/L以下时，酒精发酵不受其抑制。 （3）中温厌氧出水中，悬浮物以污泥为主。污泥含量高导致酒精产量下降、干酒糟饲料DDG质量下降，以及DDG色泽加深。采用絮凝方法去除污泥时，阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）絮凝效果最好，最佳絮凝条件为pH10、温度50℃、添加量40mg/L。中温厌氧出水中残存的絮凝剂不会对酒精发酵产生影响。 （4）以木薯为原料时，循环中的酒精产量平均为（11.97±0.95）%（v/v），高温及中温厌氧出水的COD分别为4624±1632及2605±579mg/L。沼气发酵稳定运行时，高温及中温厌氧出水中的挥发酸分别为400-500mg/L及小于200mg/L；碱度分别为2000-4000mg CaCO_3/L及3000-5000mg CaCO_3/L。 以玉米为原料时，酒精产量出现小幅度波动，中温厌氧出水中污泥含量过高是导致酒精产量波动的主要原因。工艺运行中，高温及中温厌氧出水的COD分别为4307±1185mg/L及2656±986mg/L；碱度分别为4527±518mg CaCO_3/L和3949±721mg CaCO_3/L；氨氮分别为618±201mg/L及478±165mg/L；VFA分别为213mg/L及50mg/L左右。实验室规模实验表明（11批循环），中温厌氧出水中的SS浓度低时酒精产量稳定。 【关键词】：乙醇发酵 沼气发酵 硫酸根 氨氮 絮凝
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 燃料乙醇8-9
• 1.1.1 燃料乙醇8
• 1.1.2 燃料乙醇生产工艺8-9
• 1.2 燃料乙醇废水处理9-11
• 1.2.1 好氧处理工艺9-10
• 1.2.2 厌氧处理工艺10
• 1.2.3 “厌氧+好氧+深度处理”工艺10
• 1.2.4 清洁生产10-11
• 1.3 乙醇沼气双发酵耦联工艺11-13
• 1.3.1 乙醇沼气双发酵耦联工艺的建立11-12
• 1.3.2 乙醇沼气双发酵耦联工艺中的关键因子12-13
• 1.4 硫酸根、氨氮、悬浮物调控工艺13-14
• 1.4.1 硫酸根13
• 1.4.2 氨氮13-14
• 1.4.3 悬浮物14
• 1.5 研究意义及研究内容14-16
• 1.5.1 研究意义14
• 1.5.2 研究内容14-16
• 第二章 材料与方法16-20
• 2.1 实验材料16-17
• 2.1.1 原料和菌株16
• 2.1.2 试剂和仪器16-17
• 2.2 实验方法17-20
• 2.2.1 乙醇发酵17-18
• 2.2.2 沼气发酵18
• 2.2.3 脱氨18
• 2.2.4 絮凝18
• 2.2.5 分析方法18-20
• 第三章 结果与讨论20-52
• 3.1 乙醇沼气双发酵耦联工艺中硫酸根的调控研究20-29
• 3.1.1 氢氧化钙沉淀法20-24
• 3.1.2 蒸馏废液部分回用法24-29
• 3.2 乙醇沼气双发酵耦联工艺中氨氮的调控研究29-34
• 3.2.1 氨氮的变化29-30
• 3.2.2 调控工艺对酒精发酵的影响30-31
• 3.2.3 沼气发酵运行情况31-34
• 3.3 乙醇沼气双发酵耦联工艺中悬浮物絮凝处理34-38
• 3.3.1 絮凝剂的选用34-35
• 3.3.2 絮凝条件优化35-37
• 3.3.3 絮凝剂对酒精发酵的影响37-38
• 3.4 乙醇沼气双发酵耦联工艺中试验证38-52
• 3.4.1 中试平台建设与工艺流程简介38-39
• 3.4.2 木薯乙醇沼气双发酵耦联工艺中试验证39-44
• 3.4.3 玉米乙醇沼气双发酵耦联工艺中试验证44-52
• 主要结论与展望52-54
• 主要结论52
• 展望52-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-59
• 附录：攻读硕士学位期间发表的论文59

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