甘蔗糖蜜酒精廢水治理
——排量及治理現狀調查

李德光,李 羚,李 麗

(保山學院,云南 保山 678000)

甘蔗糖蜜酒精廢水治理
——排量及治理現狀調查

李德光,李 羚,李 麗

(保山學院,云南 保山 678000)

在對一些糖廠的酒精蒸餾廢水治理情況進行廣泛調研的基礎上,對酒精蒸餾廢液的實際排量進行了理論計算,并根據對治理現狀的調查,指出治理中存在的一些問題。

酒精生產;蒸餾廢液;排放量;污染;治理

1 酒精生產廢水及排放量

1.1 酒精生產廢水

嚴格說,酒精生產廢水應包括酒精生產全部用水,外排廢水量與生產用水量相當。但酒精生產用水量的多少不但與生產原料有關,而且與生產工藝有關。原料不同,用水量不同;有時是同種原料,生產工藝不同,用水量也不一樣。以廢糖蜜為原料生產酒精的用水量因發酵工藝和蒸餾工藝的不同而不同,特別是蒸餾工藝不同時,用水量的差別很大。因此,每生產 1t產品酒精的耗水量,在不同的文獻里有不同的記載[1,2],范圍在 120～230t。另外,因為酒精生產用水還包括分析化驗用水、設備沖洗用水和車間衛生用水等,計算方法不同,則結果不一樣,懸殊會很大,量也很難做到精確計算。但有一點是共同的,即酒精生產的用水量很大,全部用水都將外排 (因發酵反應消耗的水可忽略不計),都是生產廢水。

從污染的角度說,全部生產用水均屬廢水。從治理的角度說,考慮的是從生產系統外排并會對環境造成嚴重污染的廢水。在酒精生產中,進入生產系統后外排的廢水全部來自蒸餾工段,包括:蒸餾塔底廢液;冷凝水。其中,冷凝水除部分作為載熱體在運行過程中因濕度變化、設備腐蝕和積垢等會導致水的物理和化學性質有所改變外,在設備無泄漏的情況下可認為不存在污染問題。這部分水可循環利用,外排也不致于對環境產生太大影響。但蒸餾廢液則屬于高濃度有機廢水,外排后將對環境產生嚴重的影響。所謂酒精生產廢水治理就是專門針對這部分廢液而言的。

1.2 酒精蒸餾廢液排放量

酒精蒸餾廢液排放量可以通過生產系統的物料平衡關系進行理論計算。根據生產系統的物料平衡關系,輸入生產系統的物料總量應衡等于輸出生產系統的產品、副產品和廢物總量,即:

∑ (輸入生產系統的物料) =∑ (輸出生產系統的物料)

計算時,以 1t 96% (V)產品酒精為計算基準,并在以下近似的基礎上不會產生太大誤差:

(1)排空管不排頭級雜質,不抽取酯醛酒;

(2)精餾塔不提取雜醇油;

(3)物料在蒸餾過程中無泄漏損失。

在以上假設的基礎上,輸入蒸餾系統的物料有發酵成熟醪。輸出蒸餾系統的物料有產品酒精和蒸餾廢液。根據物料平衡關系有:

式中F、P、D分別為生產 1t 96% (V)產品酒精需要輸入蒸餾系統的成熟醪量和輸出蒸餾系統的產品量與蒸餾廢液量。

通常情況下,發酵成熟醪含酒分為 8% (V),折合質量百分濃度為 6.40%。產品酒精含酒分為96% (V),折合質量百分濃度為 93.84%。蒸餾廢液含酒分控制指標為 0.05% (V),折合質量百分濃度近似 0.04%。因此,可以對蒸餾系統酒精組分進行物料衡算如下:

已知產品酒精P=1000kg,將以上二式聯立求解得:F=14748kg,D=13748kg。即每生產 1t 96% (V)產品酒精,需要發酵成熟醪 14748kg,同時產生 13748kg蒸餾廢液。但 13748kg廢液僅是成熟醪蒸去酒精后產生的廢液。實際上,酒精蒸餾通常采用的是直接換熱方法。即加熱蒸氣與被加熱物料在塔內是直接接觸的,因此蒸餾廢液中還應包括加熱蒸氣的氣凝水。加熱蒸氣耗量原則上可以通過熱量平衡關系進行理論計算,若加熱蒸氣壓力為130kpa,則生產 1t 96% (V)產品酒精的理論耗氣量為 3.5～4t(誤差在熱損失計算)。但實際生產中的蒸氣耗量比理論計算要大得多,平均都在 5t以上,有的高達 6t(由于某種原因剝去了設備保溫層)。如果以平均 5t計算,則:生產 1t 96%(V)產品酒精需排出的廢液總量為:

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

一個產 96% (V)酒精 15t/d的甘蔗糖廠,日排酒精蒸餾廢液為 18.748×15=281.22t,其中包括精餾塔底廢液和粗餾塔底廢液。

2 酒精蒸餾廢液治理現狀

2.1 治理的范圍和治理的量有限

在日排酒精蒸餾廢液總量 (281.22t)中,包括精餾塔底廢液和粗餾塔底廢液,均屬高濃度有機廢水,均應納入治理范圍。但是,目前各糖廠的酒精廢水治理僅限于粗餾塔底廢液,而對精餾塔底廢液不予關注。

粗餾塔底廢液 (俗稱酒糟)具有顏色深、氣味濃、酸度高等顯性特點。這部分廢液外排后對環境的影響很明顯,是人的感覺器官可以感覺到的,它理所當然地受到了重視。各個糖廠采取不同的方法和措施,對其進行不同程度的整治。這部分殘液的排量同樣可以對粗餾塔進行單塔物料衡算求出。

若采用間接式三塔蒸餾流程,出自粗餾塔的酒精濃度取 50% (W),塔底廢液酒精濃度控制指標為 0.04% (W),入塔成熟醪酒精濃度為 6.4%,同樣可列出粗餾塔全塔總物料衡算式為:

酒精組分的物料衡算式為:

式中F為入塔成熟醪量,P′為出塔粗酒精量,P′為粗餾塔底廢液量。若以生產 1t 96% (V)酒精產品為計算基準,則F=14748kg,將二式聯立求解得粗酒精量P′=1878kg,D′=12870kg。即生產 1t 96% (V)產品酒精在粗餾塔輸出 1878kg粗酒精,而在塔底要產生 12870kg廢液。但粗餾塔實際產生的廢液量還要包括加熱蒸氣氣凝水。在成熟醪含酒分一定的情況下,粗餾塔耗氣量與成熟醪入塔溫度有關。若成熟醪含酒分 8% (V),入塔溫度取 75℃時,加熱蒸氣的理論耗量大約為 2.5t左右 (大于排醛塔和精餾塔耗氣之和),實際生產耗氣不低于 3t。這樣,粗餾塔底實際產生的廢液量為:

一個產 96% (V)酒精 15t/d的甘蔗糖廠,日排粗餾塔底廢液總量為 15.870×15=238.05t。目前各廠納入治理的是這一部分廢液。

與粗餾塔底廢液相比,精餾塔底廢液是清沏和近乎透明的,給人的感覺似清水一般。其實不然,它無色,但并不無味。無色是因為成熟醪中的有色物質不揮發而在粗餾時被分離除去而已。實際上,成熟醪中存在的各種揮發性有機雜質 (醇、醛、酸、酯……),在精餾塔底廢液中都可能存在,只不過各種雜質的相對含量多少不同而已。據有關資料記載[3],存在于酒精蒸餾系統的有機雜質多達80種以上。這些有機雜質中相當一部分在蒸餾過程中被分離 (粗塔廢液、頭級雜質排空、抽取酯醛酒、提取雜醇油等)。但有一部分有機雜質,特別是沸點比酒精和水都要高的高級醇、醛、酸、酯,它們的精餾系數均 ＜1,在蒸餾系統中屬尾級雜質,它們中的一部分將從精餾塔底排出。這些被從塔底排出的尾級雜質都是高級有機化合物,比之低級有機化合物要更難降解,它們對環境的影響是累積性的、長期的,但又是隱性的。這部分殘液的量雖不大,但從某種意義上來說,其危害并不亞于粗餾塔底廢液。

精餾塔底廢液日排量可以從廢液日排總量中除去粗餾塔底廢液的日排量得到。即:281.22-238.05=43.17t。這一部分廢液各廠都未納入治理。

2.2 治理技術不夠成熟

粗餾塔底廢液最初的治理方法僅是用石灰中和,調 pH為中性后便排放。限制排放后,多數糖廠采用氧化塘法,利用大片土地開挖成塘,儲蓄殘液,任其自然降解和蒸發。隨著國家對環境問題的日益重視,人們對環境污染和治理的研究也不斷深入,處理技術也不斷提高。對于酒精蒸餾廢液的治理,人們多從利用和治理的雙重角度進行研究,并取得了許多成績,提出了一些利用和治理的方案,有些已付諸實施。例如:“三級生化處理方案”、“濃縮燃燒方案”、“濃縮、干燥后配制其它產品的方案”、“生化處理產沼氣”等。這些方案各有優點,但也都存在不足。比如:運行費用高、收益小;資源回收困難或不能回收;蒸發濃縮效果差,能耗高;工藝組合、工藝路線選擇和設備選擇不合理;產生二次污染等。20世紀 90年代后期開始推廣的一種技術是蒸餾廢液用作鍋爐煙氣除塵循環水,并利用鍋爐煙溫使廢液在循環過程中得以部分蒸發濃縮的治理方案,這一方案的循環余液與配制復合肥結合起來,是一套科學、合理的方案。但調查中發現,該方案在實際實施中還是存在一些問題。比如:①處理能力適應不了生產的需要。因蒸發量有限,循環余液量大,盡管配合有復合肥的生產,但仍有部分廢液需外運或外排;②不做中和處理。蒸餾廢液酸度高 (pH=3.5～5.5),但有的廠不予中和處理,便外運作液體肥,傷害農作物,改變土地本來性質;③產生二次污染。煙溫蒸發殘液中大量的有機物直接排入大氣。復合肥生產過程中產生大量惡臭氣體 (主要是發酵),方圓幾里便能嗅到。廠區及附近居民深受其害。

2.3 投資和運行費用高

酒精蒸餾廢液既是環境污染物,同時又是一種資源,它蘊藏著很高的能量和動植物所需要的養分物質,處理得當,能變廢為保。目前提出的許多方案都是以回收和治理相結合的綜合治理方案。但是,這些方案都存在投資大、運行費用高、回收效益低的問題。據資料記載[4],國外報道的各種綜合回收治理方案中,有回收效益的并不多。一個綜合治理投資方案的基建投資高達數百萬元 (美元),年成本都在百萬元 (美元)以上。這么高的治理投資在國內的制糖企業是無法辦到的。當前國內制糖企業所采用的治理方案中,基建投資最低也在 500萬元人民幣以上。這樣的投資對企業來說已是一個難以承受的負擔,再加上運行費用,負擔就更重了。難怪有的企業在實際操作中,采取一些能省便省、變相排放的措施來敷衍執法部門,逃避責罰。因此,探索投資小、運行成本低、效益好的蒸餾殘液治理新方案,仍是當今非常迫切的任務。

3 結語

甘蔗糖廠都附設酒精生產。每生產 1t產品酒精要產生 130～230t生產廢水。其中精餾廢水和粗餾廢液都是高濃度有機廢水,若不經處理而外排,會對環境產生嚴重影響。但這部分廢水量大,處理困難。當前國內大多數糖廠的廢水處理僅限于粗餾殘液的處理。但盡管如此,在實際操作中,仍然由于技術問題、投資限制等而導致存在許多問題,離真正意義上的治理相距甚遠。

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

[2]周敬宣.酒精生產技術問答 [M].成都:四川科學出版社,1986.

[3]許開天.酒精蒸餾技術 [M].北京:中國輕工業出版社,1988.

[4]章克昌.酒精與蒸餾酒工藝學 [M].北京:中國輕工業出版社,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

保山師專科學研究基金項目 (09B005K)。

李德光 (1953-),男,云南昌寧人,教授,從事化學、化工教學及研究。