糖蜜酒精废水处理

糖蜜酒精废水治理技术
糖蜜酒精废水是一种高化学需氧量（COD）、高色度的有机废水，属于处理难度较大的废水。

本文分析了糖蜜酒精废水的特点以及其对环境的危害，综述国内外糖蜜酒精废水治理的多种方法，分析了各种方法的特点、效果，并进行评价。

酒精是一种重要的工业原料，它广泛应用于化工、食品、军工、日用化工和医药卫生等领域；同时又是最有希望全部或部分替代石油的可再生能源，因此具有十分广泛的应用和发展前景。

但同时酒精工业又是一个污染十分严重的行业，每产一吨酒精排放的高浓度有机废水约为14 吨—15 吨，含总有机物0.17吨—1吨[1]，是造成水环境污染最为严重的轻工业废液之一。

1.糖蜜酒精废水的来源、特性及危害
糖蜜酒精废水是糖厂酒精车间用糖蜜发酵制取酒精之后排放出的高浓度高色度的有机废水[2]，内含有丰富的蛋白质和其它有机物，也含有较多的N、P、K、Ca、Mg等无机盐和较高浓度的SO42- 等。

通常情况，酒精废水的pH 值为4. 0～4. 8、COD 为10～13万mg/ l、BOD为5. 7～6. 7万mg /l 、SS为10. 8～82. 4mg/ l [3]。

此外，此类废水大多呈酸性，并且色度很高，呈棕黑色，主要包括焦糖色素、酚类色素、美拉德色素等[4]。

由于废液含固体物约10% ，浓度低无法利用，如不经过处理直接排出江河、农田中，会严重污染水质、环境，或造成土壤酸化板结、农作物病长等。

如何处理和利用糖蜜酒精废液是当前制糖工业面临的一个严峻环保问题。

2. 糖蜜酒精废水治理及利用技术概况
目前, 国内外对于甘蔗糖蜜酒精工业废水主要有以下几种治理方法: ( 1) 农灌法( 2)浓缩法( 3) 厌氧—好氧法( 4) 生产生物制品(5) EM菌技术( 6) 其它方法, 如吸附法、化学絮凝法、磁处理法等。

2.1 农灌法
农灌法是最为简单的治理方法，由于糖蜜废水中含有丰富的有机成分以及氮、磷、镁等营养物质，特别是含大量钾盐。

故经简单处理后可以用于灌溉农田，也可作为较好的肥料。

一般，先将废水中有机物含量降到
0.6%-1.0%[5]，以免对农作物造成伤害。

澳大利亚、巴西等在这方面已有一套科学的管理方法，他们根据不同的土壤成分，制定出不同的农作物生长期的施放量。

一般灌溉前采用的处理方法有以下几种：稀释废液，使有机物含量降低到适宜的程度（一般是冲释10倍-15倍），然后再用来灌溉；用适量的碱进行中和，再经大型氧化塘存放自然发酵15天后，再灌溉农田。

农灌法可充分利用糖蜜废水中的有机质和营养物质[6]，可以形成自然循环过程，此外其投资少，操作简单也是其一大优势，短期使用确实能够增产，是一种极为普遍的方法。

但是农灌法也有着自身的缺点：需要大量的废液贮存池收集保存废液，费用较高；废液的施用要参考土壤的类型，如果长期不加区分的施用，由于养分单一，破坏土壤结构，容易引起土壤板结[7]，而且引起甘蔗糖分下降和水稻疯长。

巴西就是典型的例子；而且，当酒精产量高，废液排放大，厂址附近农田少时，农灌法不适宜。

此外，使用此法，必须注意防止地下水的污染。

2.2 浓缩法
浓缩法[8]大致分为浓缩焚烧法和浓缩后综合利用两种处理方法。

焚烧法是一种国外早已广泛采用的酒精废液治理方法，是将糖蜜酒精废液浓缩至一定的程度，热值达到一定水平时投入焚烧炉进行焚烧。

目前，焚烧主要有两种形式；糖蜜酒精废液浓缩后喷入糖厂的锅炉内燃烧，回收热值；浓缩后的废液使用专用焚烧炉进行焚烧，回收热值和钾灰。

该技术较其他技术来讲，比较行之有效和彻底，基本上能达到零排放。

但是，糖蜜酒精废液浓缩后焚烧易引起炉膛结焦，换热管表面粘附上焦体后，严重影响锅炉的使用效率，因此需要经常停机清理炉焦，给正常生产带来了不小的麻烦，因此，此方法的运行难以维持。

酒精废液浓缩后综合利用“浓缩+综合利用”这一解决思路被当前众多专家学者所提倡，是一个具有广泛前景比较彻底的治理方案[9]。

糖蜜酒精废水中含有大量的氨、磷、钾及化学微量元素供农作物生长，但直接灌溉则可能会导致土壤板结和酸蚀土壤。

有的国家主要将废液中的有机成分转变为腐植酸，制成有机质肥料，将COD为1%以上的酒精废液蒸发浓缩后制成颗粒肥料，中、低浓度废液经曝气后与冷却水混合排入海中。

在发达国家大都采用蒸发浓缩法处理糖蜜酒精废液。

一般是先将废液经初步处理后浓缩至75%~85%，然后制成纯干粉或与其他辅料制成混合干粉，这些干粉可用于配制或者直接作为肥料、饲料、水泥减水剂等[10]，如果直接直接喷入焚烧炉焚烧，灰渣可作为钾肥。

另外，焚烧过程中产生的蒸汽可作为蒸发浓缩酒精的热源，从而节约费用。

浓缩法处理糖蜜废水可基本实现零排放，治理的比较彻底，在国外得到了广泛的认可和推崇。

但是该方法设备成本投资高、浓缩能耗高、且设备腐蚀严重、积垢严重，影响正常生产运行。

经浓缩后制成的产品质量常常不稳定、档次低、缺乏竞争力，生产不易正常进行进而影响废液的治理。

酒精废液的浓缩液、干粉目前的市场销路有限, 而用于小规模生产复混肥的原料, 大量的浓缩液或干粉消化不完,只能
长期存放, 最终仍未能解决排放问题。

另外，焚烧工艺排出的废气尚需进一步处理，因此，焚烧技术并不完善
2.3 厌氧—好氧法
50年代发展起来的厌氧处理技术，由于其低能耗且产能，现被广泛应用于高浓度有机废水处理。

但是，对于COD过高的糖蜜废液，仅采用单级厌氧是不能达到排放标准的[11]，故一般采用厌氧—好氧相结合的处理方法[12]。

首先将酒精废液中和，调节pH 至7—10 左右, 然后进行第一级厌氧消化，同时产生沼气。

目前主要采用UASB 设备，消化液再进入第二级进行好氧氧化。

广东城月糖厂就是采用此法治理其糖蜜酒精废液，达到了国家排放标准，但运行费用高，每年亏损几百万元。

好氧氧化可采用氧化塘法, 曝气法和生物滤塔法等[13]。

氧化塘的基建成本、能耗和运行费用均较低，但其自净效率也很低，占地面积大，易污染地下水；曝气法占地面积相对较小，但运行费用和能耗均较高；生物滤塔法设备简单，运行费用也很低，但处理时间长，对难降解的有机物几乎无降解作用。

根据郑元景等[ 14]的研究表明: 只要废水中COD Cr > 8000mg/ l 则厌氧部分产生的沼气的能量就可以与好氧部分的能耗相平衡。

所以，现在的好氧部分均采用曝气法。

1955年,厌氧接触法首次被提出，这一方法标志了现代厌氧工艺的诞生。

之后，包括我国在内的众多国家对厌氧工艺与技术不断地进行发展与性能
改善，直到今天，厌氧法成为治理高浓度有机废水的最有效的方法[15]。

对于糖蜜酒精废水治理的技术中，我国主要研究与应用的工艺主要有：升流式厌氧污泥床（UASB）、膨胀颗粒污泥床（EGSB）、厌氧生物滤池和两相厌氧工艺等。

升流式厌氧污泥床反应器（Upflow Anaerobic Sludge Blanket，简称UASB）是一种高速厌氧反应器，污水以此经过厌氧污泥层、三相分离器、沉降区、反应器主体最后从反应器上方排出。

该反应器的构造特别适合于低悬浮固体和溶解性有机物含量较高的废水。

一般经过处理，废液的COD 去除率可达到90%以上，色度去除率也在95%左右。

膨胀颗粒污泥床(Expanded Granular Sludge Bed 简称EGSB)是以UASB 反应器为基础开
发出来的新式厌氧反应器，结构与UASB 相似，但是上升流速远大于UASB（一般可达2.5 m/h~6 m/h），小于流化床流速，反应器中的部分或者全部污泥处于“膨胀”状态，能够保证糖蜜酒精废水与颗粒污泥接触更充分反应器的容积利用率更高、水力停留时间更短，在厌氧生物的新陈代谢作用下，能够更有效的达到降解有机物和净化水质的作用。

厌氧滤池（Anaerobic Filter，简称AF）是采用填料作为微生物载体的一种高速厌氧装置，废水向上（或向下）通过生物载体，并于装置顶部收集厌氧发酵气体，一般分为升流式厌氧滤池，降流式厌氧滤池。

厌氧滤池COD去除率可达80%[16]左右，Denac M 等[17]对其动力学研究证明：在填充床反应器中除氢气外，扩散的影响可忽略不计。

两相厌氧工艺分别在两个反应器中进行，这样各自均可在最佳环境条件下进行反应，进而提高处理效果。

厌氧- 好氧法可生产沼气而回收糖蜜酒精废液中蕴含的能源,使废物资
源化, 这是该法最突出的优点。

不足之处是占地面积大、投资大、直接将废液处理到达标排放的难度大。

此外，沼气生产不稳定，沼气的利用也是生产中难以解决的问题。

2.4 生产生物制品
糖蜜酒精废液中含有酒精酵母、糖分和有机物，可回收废液中的酵母，生产单细胞蛋白，或者，经酵母衍生物，生产核酸类和农用混合核苷酸等生物制品。

此外废液可为微生物提供碳氮源，其还含有P, K, Mg 等元素，可为微生物的生长提供了所必需的营养元素。

候文化[18]利用绿色木霉和白地霉两种混合菌种发酵酒精废液，在酒精废液中添加营养元素: ( NH4) 2SO4 5mg / ml，采用5L 发酵罐，在30度左右，摇床培养5 天，实验结果显示，废液的蛋白质含量增加了14.5%。

酒精废液转化为单细胞蛋白饲料的菌种选育问题在国内外都有研究, 特别是前苏联、东欧、美国等国家菌种收集中心, 目前保存的上千株生化和基因特性不同的菌株[19]，属于酵母菌。

由此可见：可作为饲料菌种的数量很大[20] 。

生产SCP的研究也有较大发展，华南理工大学高孔荣教授采用高效节能的溢流脉冲反应器生产SCP[21]，整个反应是连续发酵, 停留时间约为16小时—18 个小时。

使用此反应器，可比鼓泡式反应器要节能50%—70%，SCP 的产量达0.4g—0.5g废液含酵母达7g/ l—10g/ l，COD Cr去除50%—70% 。

此外，也有部分学者报导过从酒精废液中提取甘油的工艺，在蒸馏酒精后的废液中加入粗钾灰后沉淀，待溶液澄清后，取上层清液蒸发浓缩，将得到的浓缩液进行蒸馏即可得到甘油。

2.5 EM菌技术
有效微生物群( EM) 技术实际上是氧化塘自然氧化技术的改进，氧化
塘法是自然处理法的一种，是利用自然界本身的自净作用，在微生物代谢作用下，废水中有机物自然降解，以达到治理的目的。

这种方法是国内各糖厂早期广泛使用的糖蜜酒精废水处理方法，一般是将废液与培养的EM
菌液按一定比例混合后投入氧化塘进行预处理，此时BOD5下降50%，再将出水引入下一级更大的氧化塘，测定最终出水，有机物去除率达90%以上[22]。

EM技术工艺流程简单，成本低，EM菌的加入提高了有机物质的去除速率和去除率，处理过的沉淀物和废水可作肥料或者灌溉使用。

广西大部分糖厂采用此法，简单来说，即将酒精废液排入到一个大坑，贮存一段时间，自然发酵与沉淀分离，停榨后排入到江河。

此种方法需要大容积的和长久的处理时间，但目前糖厂的氧化塘都不够大，COD 和BOD5的去除率不高，色度颜色仍然很深。

这只能作为一种暂时性处理办法，可以暂时的解决枯水期直接向江河排放高浓度废水的问题，对江河的影响起到了缓冲作用。

此外，废渣和处理后废液如果用于灌溉，也不能作为一个合理的解决办法，一方面容易导致土壤酸化板结，另一方面可能影响到作物的质量，如灌溉甘蔗，甘蔗的含糖量将明显下降。

2.6 其它方法
近年来，科学技术日益先进，更多的学者和专家致力于高新技术的开发，许多新型的技术逐渐应用于酒精废液的治理。

虽然，由于一定的原因，这些技术目前处于试验阶段，但其已经显示出大规模生产应用的良好前景，这些技术主要有：
2.6.1絮凝法
无机絮凝法主要有两种絮凝剂[23]：一种是氯化铝为絮凝剂，所得的沉淀物经发
处理后作为有机复合肥原料，另一种是用石灰乳中和糖蜜酒精废液并以壳聚糖为絮凝剂。

这两种方法都能有效地降低COD，并且投资成本低、适应性强。

此外，近年来，也有一些学者开始研究电絮凝技术，电絮凝技术能够同时发挥电化学处理法与絮凝工艺的优点，通过电流作用，在阳极上将产生阳离子（活性絮凝剂）和部分氧化剂，氧化剂可将大分子物质氧化成小分子物质，絮凝剂可絮凝水中的悬浮物或大分子有害物质；阴极上可产生气泡，有机物可粘附在气泡而随之上浮并得以去除，达到快速有效的降低SS 和COD 的目的。

早在1887 年，电化学工艺就在水处理领域得到应用。

我国从上世纪60 年代直到今天，对电絮凝技术不断地进行研究，对电絮凝技术的机理不断地深入探索，以此技术在我国水处理方面得到比较广泛的应用。

当前，我国的主要研究重点在于两方面：一方面是，通过电絮凝工艺应用与研发、优化阳极材料、优化电解槽结构等使其在给水和废水处理方面具有更为广阔的应用前景；另一方面，降低或消除电极钝化现象对处效果的影响，降低整套工艺的能耗，进而降低处理成本，使其在水处理方面更具有竞争力。

2.6.2高梯度磁场处理法
含有磁性粒子的混浊液可用磁分离器进行分离，磁性颗粒在不均匀磁场中会受到一个磁场作用力。

由于磁场强度的提高客观上受到设备条件等方面的限制，它的大是有一定的限度的，要提高磁场力主要靠提高磁场梯度来实现。

传统的分离器由于在磁过滤器中产生的磁场梯度小，被分离颗
粒受到的磁场作用力较弱、分离效率差。

而高梯度磁分离器通过在过滤器中填充细小的铁磁性填充介质，从而可以在过滤器中产生高梯度磁场，颗粒受到的磁场力大，分离效率可大大提高。

从糖蜜酒精废水的成份可以看出，它们主要含有一些有机物质，磁性很弱，甚至几乎不具有磁性，故不能直接采用高梯度磁分离器分离，必须采用其它措施对磁分离过程进行强化。

比较有效的方法是投入磁种，增加体系的磁化率，强化分离效果。

这种经过特殊处理过磁性种子投入之后，在废水中起着核心作用，使废水中的杂质与磁种之间通过粒子或分子间的亲和作用，吸附在磁种上，然后通过高梯度磁分离器高效快速地除去废水中的污染物。

2.6.3吸附法
吸附法是将酒精废液浓缩到一定的浓度，用载体吸附进行处理，进而生产环保型复合肥。

此方法在蒸发浓缩后不使用投资高、能耗高的喷雾干燥和分离工艺,采用载体吸附, 载体选用价廉的工业副产品,吸附量较高。

生产出有机复混肥, 该肥不仅有较好的肥效, 而且对土壤具有疏松、改良作用。

吸附法中载体的选择是关键，载体是一种活性物质, 具有物理化学活性, 它的比表面积较大, 或者是它的有机物大分子结构中含有特定的极性官能团, 与废液中的含有极性基因的有机物如果胶、有机酸、糖等分子有很好的亲和力而相互吸引而结合在一起。

为了降低生产成本, 要选用价廉、量大、来源广的工业副产品作为有机、无机载体的材料。

杨洋[24]等选用不同含固量的浓缩液，分别用同一种无机载体氧化硅和纤维有机载体进行吸附处理，通过正交试验确定最佳配方为: 浓缩废液1 份、有机吸附剂0.3 份、无机分散剂1份、N. P. K 化合物0.25 份。

此外，糖蜜酒精废液的处理方法还有超滤法、催化剂氧化法、光催化法、等离子电解技术等。

糖蜜酒精工业废液的治理和资源优化利用技术各有特点，效果也不尽相同，不同的原料、水质等还需具体考虑使用一种或多种方法。

糖蜜酒精废液有机物含量高、无机盐含量丰富、具有极大的利用价值，但其处理难度较高。

因此，其综合治理与利用一直受到广泛的关注和支持，科研单位只有与企业加强合作、共同探讨、联合攻关，才能加快糖蜜酒精废液综合治理的步伐。

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