甘蔗糖蜜酒精废水治理——排量及治理现状调查

李德光,李 羚,李 丽

(保山学院,云南 保山 678000)

甘蔗糖蜜酒精废水治理
——排量及治理现状调查

李德光,李 羚,李 丽

(保山学院,云南 保山 678000)

在对一些糖厂的酒精蒸馏废水治理情况进行广泛调研的基础上,对酒精蒸馏废液的实际排量进行了理论计算,并根据对治理现状的调查,指出治理中存在的一些问题。

酒精生产;蒸馏废液;排放量;污染;治理

1 酒精生产废水及排放量

1.1 酒精生产废水

严格说,酒精生产废水应包括酒精生产全部用水,外排废水量与生产用水量相当。但酒精生产用水量的多少不但与生产原料有关,而且与生产工艺有关。原料不同,用水量不同;有时是同种原料,生产工艺不同,用水量也不一样。以废糖蜜为原料生产酒精的用水量因发酵工艺和蒸馏工艺的不同而不同,特别是蒸馏工艺不同时,用水量的差别很大。因此,每生产 1t产品酒精的耗水量,在不同的文献里有不同的记载[1,2],范围在 120～230t。另外,因为酒精生产用水还包括分析化验用水、设备冲洗用水和车间卫生用水等,计算方法不同,则结果不一样,悬殊会很大,量也很难做到精确计算。但有一点是共同的,即酒精生产的用水量很大,全部用水都将外排 (因发酵反应消耗的水可忽略不计),都是生产废水。

从污染的角度说,全部生产用水均属废水。从治理的角度说,考虑的是从生产系统外排并会对环境造成严重污染的废水。在酒精生产中,进入生产系统后外排的废水全部来自蒸馏工段,包括:蒸馏塔底废液;冷凝水。其中,冷凝水除部分作为载热体在运行过程中因湿度变化、设备腐蚀和积垢等会导致水的物理和化学性质有所改变外,在设备无泄漏的情况下可认为不存在污染问题。这部分水可循环利用,外排也不致于对环境产生太大影响。但蒸馏废液则属于高浓度有机废水,外排后将对环境产生严重的影响。所谓酒精生产废水治理就是专门针对这部分废液而言的。

1.2 酒精蒸馏废液排放量

酒精蒸馏废液排放量可以通过生产系统的物料平衡关系进行理论计算。根据生产系统的物料平衡关系,输入生产系统的物料总量应衡等于输出生产系统的产品、副产品和废物总量,即:

∑ (输入生产系统的物料) =∑ (输出生产系统的物料)

计算时,以 1t 96% (V)产品酒精为计算基准,并在以下近似的基础上不会产生太大误差:

(1)排空管不排头级杂质,不抽取酯醛酒;

(2)精馏塔不提取杂醇油;

(3)物料在蒸馏过程中无泄漏损失。

在以上假设的基础上,输入蒸馏系统的物料有发酵成熟醪。输出蒸馏系统的物料有产品酒精和蒸馏废液。根据物料平衡关系有:

式中F、P、D分别为生产 1t 96% (V)产品酒精需要输入蒸馏系统的成熟醪量和输出蒸馏系统的产品量与蒸馏废液量。

通常情况下,发酵成熟醪含酒分为 8% (V),折合质量百分浓度为 6.40%。产品酒精含酒分为96% (V),折合质量百分浓度为 93.84%。蒸馏废液含酒分控制指标为 0.05% (V),折合质量百分浓度近似 0.04%。因此,可以对蒸馏系统酒精组分进行物料衡算如下:

已知产品酒精P=1000kg,将以上二式联立求解得:F=14748kg,D=13748kg。即每生产 1t 96% (V)产品酒精,需要发酵成熟醪 14748kg,同时产生 13748kg蒸馏废液。但 13748kg废液仅是成熟醪蒸去酒精后产生的废液。实际上,酒精蒸馏通常采用的是直接换热方法。即加热蒸气与被加热物料在塔内是直接接触的,因此蒸馏废液中还应包括加热蒸气的气凝水。加热蒸气耗量原则上可以通过热量平衡关系进行理论计算,若加热蒸气压力为130kpa,则生产 1t 96% (V)产品酒精的理论耗气量为 3.5～4t(误差在热损失计算)。但实际生产中的蒸气耗量比理论计算要大得多,平均都在 5t以上,有的高达 6t(由于某种原因剥去了设备保温层)。如果以平均 5t计算,则:生产 1t 96%(V)产品酒精需排出的废液总量为:

D= (13748+5000)kg=18748kg=18.748t

一个产 96% (V)酒精 15t/d的甘蔗糖厂,日排酒精蒸馏废液为 18.748×15=281.22t,其中包括精馏塔底废液和粗馏塔底废液。

2 酒精蒸馏废液治理现状

2.1 治理的范围和治理的量有限

在日排酒精蒸馏废液总量 (281.22t)中,包括精馏塔底废液和粗馏塔底废液,均属高浓度有机废水,均应纳入治理范围。但是,目前各糖厂的酒精废水治理仅限于粗馏塔底废液,而对精馏塔底废液不予关注。

粗馏塔底废液 (俗称酒糟)具有颜色深、气味浓、酸度高等显性特点。这部分废液外排后对环境的影响很明显,是人的感觉器官可以感觉到的,它理所当然地受到了重视。各个糖厂采取不同的方法和措施,对其进行不同程度的整治。这部分残液的排量同样可以对粗馏塔进行单塔物料衡算求出。

若采用间接式三塔蒸馏流程,出自粗馏塔的酒精浓度取 50% (W),塔底废液酒精浓度控制指标为 0.04% (W),入塔成熟醪酒精浓度为 6.4%,同样可列出粗馏塔全塔总物料衡算式为:

酒精组分的物料衡算式为:

式中F为入塔成熟醪量,P′为出塔粗酒精量,P′为粗馏塔底废液量。若以生产 1t 96% (V)酒精产品为计算基准,则F=14748kg,将二式联立求解得粗酒精量P′=1878kg,D′=12870kg。即生产 1t 96% (V)产品酒精在粗馏塔输出 1878kg粗酒精,而在塔底要产生 12870kg废液。但粗馏塔实际产生的废液量还要包括加热蒸气气凝水。在成熟醪含酒分一定的情况下,粗馏塔耗气量与成熟醪入塔温度有关。若成熟醪含酒分 8% (V),入塔温度取 75℃时,加热蒸气的理论耗量大约为 2.5t左右 (大于排醛塔和精馏塔耗气之和),实际生产耗气不低于 3t。这样,粗馏塔底实际产生的废液量为:

一个产 96% (V)酒精 15t/d的甘蔗糖厂,日排粗馏塔底废液总量为 15.870×15=238.05t。目前各厂纳入治理的是这一部分废液。

与粗馏塔底废液相比,精馏塔底废液是清沏和近乎透明的,给人的感觉似清水一般。其实不然,它无色,但并不无味。无色是因为成熟醪中的有色物质不挥发而在粗馏时被分离除去而已。实际上,成熟醪中存在的各种挥发性有机杂质 (醇、醛、酸、酯……),在精馏塔底废液中都可能存在,只不过各种杂质的相对含量多少不同而已。据有关资料记载[3],存在于酒精蒸馏系统的有机杂质多达80种以上。这些有机杂质中相当一部分在蒸馏过程中被分离 (粗塔废液、头级杂质排空、抽取酯醛酒、提取杂醇油等)。但有一部分有机杂质,特别是沸点比酒精和水都要高的高级醇、醛、酸、酯,它们的精馏系数均 ＜1,在蒸馏系统中属尾级杂质,它们中的一部分将从精馏塔底排出。这些被从塔底排出的尾级杂质都是高级有机化合物,比之低级有机化合物要更难降解,它们对环境的影响是累积性的、长期的,但又是隐性的。这部分残液的量虽不大,但从某种意义上来说,其危害并不亚于粗馏塔底废液。

精馏塔底废液日排量可以从废液日排总量中除去粗馏塔底废液的日排量得到。即:281.22-238.05=43.17t。这一部分废液各厂都未纳入治理。

2.2 治理技术不够成熟

粗馏塔底废液最初的治理方法仅是用石灰中和,调 pH为中性后便排放。限制排放后,多数糖厂采用氧化塘法,利用大片土地开挖成塘,储蓄残液,任其自然降解和蒸发。随着国家对环境问题的日益重视,人们对环境污染和治理的研究也不断深入,处理技术也不断提高。对于酒精蒸馏废液的治理,人们多从利用和治理的双重角度进行研究,并取得了许多成绩,提出了一些利用和治理的方案,有些已付诸实施。例如:“三级生化处理方案”、“浓缩燃烧方案”、“浓缩、干燥后配制其它产品的方案”、“生化处理产沼气”等。这些方案各有优点,但也都存在不足。比如:运行费用高、收益小;资源回收困难或不能回收;蒸发浓缩效果差,能耗高;工艺组合、工艺路线选择和设备选择不合理;产生二次污染等。20世纪 90年代后期开始推广的一种技术是蒸馏废液用作锅炉烟气除尘循环水,并利用锅炉烟温使废液在循环过程中得以部分蒸发浓缩的治理方案,这一方案的循环余液与配制复合肥结合起来,是一套科学、合理的方案。但调查中发现,该方案在实际实施中还是存在一些问题。比如:①处理能力适应不了生产的需要。因蒸发量有限,循环余液量大,尽管配合有复合肥的生产,但仍有部分废液需外运或外排;②不做中和处理。蒸馏废液酸度高 (pH=3.5～5.5),但有的厂不予中和处理,便外运作液体肥,伤害农作物,改变土地本来性质;③产生二次污染。烟温蒸发残液中大量的有机物直接排入大气。复合肥生产过程中产生大量恶臭气体 (主要是发酵),方圆几里便能嗅到。厂区及附近居民深受其害。

2.3 投资和运行费用高

酒精蒸馏废液既是环境污染物,同时又是一种资源,它蕴藏着很高的能量和动植物所需要的养分物质,处理得当,能变废为保。目前提出的许多方案都是以回收和治理相结合的综合治理方案。但是,这些方案都存在投资大、运行费用高、回收效益低的问题。据资料记载[4],国外报道的各种综合回收治理方案中,有回收效益的并不多。一个综合治理投资方案的基建投资高达数百万元 (美元),年成本都在百万元 (美元)以上。这么高的治理投资在国内的制糖企业是无法办到的。当前国内制糖企业所采用的治理方案中,基建投资最低也在 500万元人民币以上。这样的投资对企业来说已是一个难以承受的负担,再加上运行费用,负担就更重了。难怪有的企业在实际操作中,采取一些能省便省、变相排放的措施来敷衍执法部门,逃避责罚。因此,探索投资小、运行成本低、效益好的蒸馏残液治理新方案,仍是当今非常迫切的任务。

3 结语

甘蔗糖厂都附设酒精生产。每生产 1t产品酒精要产生 130～230t生产废水。其中精馏废水和粗馏废液都是高浓度有机废水,若不经处理而外排,会对环境产生严重影响。但这部分废水量大,处理困难。当前国内大多数糖厂的废水处理仅限于粗馏残液的处理。但尽管如此,在实际操作中,仍然由于技术问题、投资限制等而导致存在许多问题,离真正意义上的治理相距甚远。

[1]李祺德,康云川,张岱芬.甘蔗糖蜜酒精工艺学 [M].昆明:云南教育出版社,1993.

[2]周敬宣.酒精生产技术问答 [M].成都:四川科学出版社,1986.

[3]许开天.酒精蒸馏技术 [M].北京:中国轻工业出版社,1988.

[4]章克昌.酒精与蒸馏酒工艺学 [M].北京:中国轻工业出版社,1995.

Treatment of Alcohol Wastewater from Cane Molasses

LI De-guang,LI Ling,LI Li
(Baoshan College,Baoshan Yunnan 67800 China)

The academic calculation of the real discharging amount of alcohol wastewater is done based on wide investigation on the several sugar mills.The present situation of wastewater treatment of the mills are surveyed too,based on which,the existing problems are pointed out.

alcohol production;wastewater from distillation;discharge amount;pollution;treatment

X703

A

1673-9655(2010)03-0071-03

2009-12-01

保山师专科学研究基金项目 (09B005K)。

李德光 (1953-),男,云南昌宁人,教授,从事化学、化工教学及研究。