共頁第14頁糖蜜酒精廢水治理現(xiàn)狀及展望綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u6100糖蜜酒精廢水治理現(xiàn)狀及展望綜述 1215761.1糖蜜酒精廢水資源化治理 1288821.1.1糖蜜廢水生產(chǎn)混凝土外加劑 1184201.1.2糖蜜廢水生產(chǎn)生物制品 253781.1.3糖蜜廢水生產(chǎn)肥料 2277541.1.4糖蜜廢水生產(chǎn)回收色素 2186051.1.5糖蜜廢水作生物能源 3291551.1.6糖蜜廢水提取氨基酸 3194401.2糖蜜酒精廢水處理現(xiàn)狀 3198841.2.1厭氧生物處理 397311.2.2好氧生物處理 573701.2.3絮凝-沉淀法 6122211.2.4厭氧-好氧生物處理 6279041.2.5真菌處理 6325271.2.6細菌處理 799301.2.7混合菌處理 791081.2.8藻類處理 7266831.2.9植物修復(fù)與人工濕地 7257031.3糖蜜酒精廢水處理技術(shù)展望 8245601.3.1以回收能源為目的的達標排放治理方法 8291471.3.2以競爭力強的產(chǎn)品為中心的資源化治理方法 9糖蜜酒精廢水治理在國內(nèi)外都有著豐富的研究應(yīng)用，而作為含有大量有機物質(zhì)和無機營養(yǎng)元素的高濃度廢水，處理時就需要首先考慮到盡可能的對能夠循環(huán)使用的物質(zhì)進行回收利用。不只是通過各種污水處理技術(shù)手段進行污染物質(zhì)的處理，應(yīng)該做到污染分離，將可以循環(huán)使用的物質(zhì)進行回收，例如濃縮混合蔗渣成為肥料、利用糖蜜酒精廢水水質(zhì)特點進行色素、糖蜜等物質(zhì)的回收利用。同時隨著污染治理技術(shù)的不斷發(fā)展，更應(yīng)該重視與資源回收的結(jié)合，使糖蜜廢水治理達到效益最大化。糖蜜酒精廢水資源化治理糖蜜廢水生產(chǎn)混凝土外加劑混凝土作為房屋建設(shè)的重要材料，人類社會生活日常都需要極大的產(chǎn)量，而加入一些物質(zhì)與其混合可以增強它的耗水率和硬度。目前比較高效的材料有煤焦油、三聚氰胺、氨基磺酸鹽等材料[1]，而在其中，效果最為明顯的是葡萄糖酸鈉，因而，糖業(yè)生產(chǎn)中的蔗糖就有著天然的優(yōu)勢，因為蔗糖具有功能性強、便宜，高效的延緩水化的機理，因此很適合做混凝土凝緩劑。作用機理是葡萄糖鈣、果糖化鈣等具備親水性的物質(zhì)會在泥水混合時形成穩(wěn)定的吸附層，從而改變水泥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得水泥中的顆粒物質(zhì)很難凝聚，從而達到緩解水泥的水化作用，增加了有效時間，起到混凝土更加可塑的作用。因此，糖蜜酒精廢水在經(jīng)過一定濃縮處理后可用作混凝土外加劑。糖蜜廢水生產(chǎn)生物制品糖蜜是用于生產(chǎn)各種酵母的來源之一，例如飼料酵母、核糖核酸、食用酵母等生物制品，其中食用酵母是糖蜜作為原料進行生產(chǎn)的主要產(chǎn)物。發(fā)酵行業(yè)中，選取糖蜜進行生產(chǎn)有著性價比高、易操作等許多特質(zhì)，目前占據(jù)了國內(nèi)外幾乎全部的市場。例如5-6噸糖蜜可以生產(chǎn)1噸酵母[2]，擁有潛力巨大的商業(yè)價值。糖蜜廢水還可以生產(chǎn)飼料蛋白質(zhì)。通過實驗，選取各類酵母作為菌種進行培育，利用糖蜜廢水作為營養(yǎng)進行有效反應(yīng)，可以得到熱帶假絲酵母具有良好的使糖蜜酒精廢水轉(zhuǎn)化生成飼料蛋白質(zhì)的能力[3]。糖蜜廢水生產(chǎn)肥料通常發(fā)酵類廢水都擁有較多的有機物質(zhì)和無機物營養(yǎng)元素，例如豐富的氮、磷、鉀、鈣、鎂等，所以充分的利用這些可用作肥料的資源，既可以有效處理廢水污染，也可以循環(huán)回收利用。例如糖蜜酒精廢水可以制取鉀鹽，從廢液中提取鉀元素，需要先濃縮廢液，再通過直接進入特定的燃燒爐完成燃燒過程，從而得到鉀灰?；蛘呤菍⑸a(chǎn)蔗糖剩余的蔗渣與濃縮廢液混合后再進行處理，形成一個良性的自然循環(huán)過程，符合生態(tài)需求。將含有大量鉀元素的灰分當做肥料使用或進行再加工提純[4]。研究人員通過研究糖蜜酒精廢水性質(zhì)，結(jié)合肥料制取，得到活性有機復(fù)合化肥工藝[5]，可以增強土壤的活性，達到廢物回收并造福環(huán)境的效果。糖蜜廢水生產(chǎn)回收色素糖業(yè)生產(chǎn)中的色素一般來自于原料本身具有的色素，或者是制取過程中生成的焦糖色素。研究人員通過焦糖色素與糖蜜之間的聯(lián)系，提出發(fā)現(xiàn)處理糖蜜內(nèi)多余物質(zhì)的預(yù)處理后對其色素生產(chǎn)工藝進行優(yōu)化[6]，同時從酵母廢液中提取色素，生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量可以達到GB8817－1988標準，同時焦糖色素的減少能夠有效降低廢水中COD含量[7]。糖蜜廢水作生物能源生物制氫是目前制取氫能源的主流方式之一，發(fā)酵法生物制氫是新興的制取方法之一。利用微生物厭氧反應(yīng)的作用，產(chǎn)生氫氣的類型主要有丙酸型、丁酸型和乙醇型。而目前我國也通過糖蜜酒精廢水作為原料，進行氫氣制取，有了一定的進展，并領(lǐng)先于國際研究水平[8]，起到環(huán)境污染治理與能源生成并駕齊驅(qū)的效果。糖蜜廢水提取氨基酸糖蜜谷氨酸廢液經(jīng)回收色素后，仍含有大量氨基酸，其中較多的是酸性與中性氨基酸。谷氨酸廢液中氨基酸含量相對于發(fā)酵母液較低，采用傳統(tǒng)氨基酸提取方法收率低、周期長、三廢嚴重，液膜法特別適用于低濃度氨基酸溶液氨基酸的提取。糖蜜酒精廢水處理現(xiàn)狀厭氧生物處理在無氧條件下，厭氧微生物（或兼養(yǎng)微生物）吸收分解污水中各種有機物，并生成甲烷、二氧化碳等成分的方法，就是厭氧生物處理。該技術(shù)不僅需要的運行成本較低、同時占地面積較少，節(jié)約能源需要，而且可以適應(yīng)高含量廢水，以及吸收分解好氧條件下難以降解的有機物質(zhì)。但也有著部分缺點，啟動、處理時間長；溫度、pH等環(huán)境因素會影響活性污泥的活性；出水需要經(jīng)進一步好氧處理。在逐步發(fā)展的廢水處理工藝中，不斷涌現(xiàn)出各式各樣的厭氧處理反應(yīng)裝置在各種污染物處理應(yīng)用方面取得成效，下表列舉了可用于處理糖蜜酒精廢水的部分厭氧反應(yīng)裝置。各種厭氧反應(yīng)器對糖蜜酒精廢液的處理性能反應(yīng)設(shè)備有機容積負荷/(kg·m-3·d-1)COD去除效率/%水力停留時間/d厭氧濾池73~984升流式厭氧污泥床（UASB）17.176厭氧式固定膜反應(yīng)器（AFFR）3080厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）901厭氧膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器（EGSB）2086厭氧移動床生物膜反應(yīng)器（AMBBR）29.681~891.55最開始的廢水處理設(shè)備是厭氧消化池，適用于廢水中含有較多懸浮物的情況。隨著固定化技術(shù)的產(chǎn)生及發(fā)展，厭氧固定膜反應(yīng)裝置應(yīng)運而生。被固定在載體上的微生物不僅可以提高COD去除率，而且可以起到增加活性、降低水力停留時間的效果。產(chǎn)生的污泥更是具備可承受高有機負荷、有毒物質(zhì)的特點，但缺點是反應(yīng)器內(nèi)微生物的生長速率較遲緩。在室溫條件下，上流式厭氧濾器（AF）處理酒精廢水的使用水平會受到填料本身的影響。例如填充成分是標準波紋填料或者聚氯乙烯時[9]，COD去除率可分別達到75%～93%或65%～77%。作為流動設(shè)備，厭氧流化床（ABF）可通過在惰性填充物微小粒子的表層生成生物膜以達到留住厭氧污泥的效果。較高的污水流動速度會讓填料處于流化階段，這不僅能使污泥與廢水混合更加均勻，更解決了厭氧濾池中容易淤塞的問題。上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）的工作原理是污水從下往上，在流速不變的狀態(tài)下，通過反應(yīng)裝置，使廢水中的有機物等污染物被厭氧污泥吸附從而失活。它的高效率是由于污泥顆?；瑲?、固、液分離協(xié)同化[10]，可用于處理高含量糖蜜酒精廢水。但缺點是需要長時間準備，受污水質(zhì)量及濃度變化的影響較大。厭氧膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器（EGSB）的特點是反應(yīng)器內(nèi)的污泥或多或少都處于“膨脹”形態(tài),使得泥水混合更加均勻；而污水循環(huán)往復(fù)的設(shè)置使得反應(yīng)器更加適合對于懸浮顆粒及毒性物質(zhì)的治理。好氧生物處理好氧生物處理的原理是好氧菌和兼性厭氧菌的生化作用，它具備反應(yīng)速率較快的特點，通常適用于中、低濃度有機廢水的處理，糖蜜酒精廢水的好氧處理部分通常有氧化塘法和活性污泥法等。氧化塘法是用來處理廢水的人工適當修整或完全由人工建設(shè)的構(gòu)筑物，也可采用天然池塘，池塘邊應(yīng)設(shè)置圍堤和防滲漏系統(tǒng)等。主要原理類似于自然水體的自凈過程，依靠生物和生態(tài)系統(tǒng)的自我凈化功能。廢水在池內(nèi)緩慢流動的過程中，水中微生物和植物協(xié)同作用，氧化降解有機物，達到凈化廢水的目的。包括稀釋作用、沉淀與絮凝作用、微生物代謝作用、浮游生物作用以及水生植物作用?；钚晕勰喾ㄗ鳛楸粡V泛使用的好氧生物處理技術(shù)，主要構(gòu)成單元分別是曝氣池、二次沉淀池、曝氣系統(tǒng)及污泥回流系統(tǒng)等構(gòu)筑物。污泥、回流污泥與廢水在充分曝氣而獲得充足氧氣的情況下，污泥中的微生物對污水中的有機物進行吸收分解，轉(zhuǎn)化為自身繁殖多需要的能量，從而達到持續(xù)凈化污水的效果。對于傳統(tǒng)活性污泥工藝而言，有著多種變化形式。推流式活性污泥法是最為直接的一種濃度從開始到結(jié)束不斷降低達到污染物降解推動效率提高的作用，但存在著曝氣量不足等問題；而改良的完全混合活性污泥法在此基礎(chǔ)上解決了污泥回流系統(tǒng)及多個反應(yīng)池占地面積較大的問題，但容易引起池內(nèi)水量積累導致污泥膨脹現(xiàn)象。對此，又有著延時曝氣、活性污泥的吸附與再生等改進方法。對于氧化溝而言，在傳統(tǒng)方法之上發(fā)展出了污泥與污水混合循環(huán)流動的技術(shù)，簡化了預(yù)處理的階段，從而不需要初次沉淀池，也不需要對污泥進行厭氧消化，而且保留了推流式污水性質(zhì)，也不需要設(shè)置二次沉淀池，大大的降低了處理工藝流程的復(fù)雜程度。對于序批式活性污泥法而言，由于計算機、電子控制技術(shù)的不斷發(fā)展，反應(yīng)器可以使用多種電子設(shè)備等手段增強反應(yīng)器的安全性、科學性和經(jīng)濟性。因此有著運行簡單的特點；同時，工藝中將曝氣與沉淀混合，減少了占地面積的使用，也因為污染物濃度的有序減少抑制了污泥膨脹現(xiàn)象的發(fā)生；此外，在運行過程中適當控制合適的條件，可以有效對污水進行脫氮除磷的處理。絮凝-沉淀法糖蜜酒精廢水作為高濃度有機廢水，有著豐富的有機物資源，因此，可以通過自身形成膠體類物質(zhì)進行污染治理。研究發(fā)現(xiàn)僅使用絮凝-沉淀法對于糖蜜酒精原水并沒有起到色素分離的效果，而通過了生物化學處理手段的的廢水，可以發(fā)現(xiàn)含水硫酸鐵與其他聚合劑、絮凝劑一起使用的情況下，能起到良好的去除有機物與脫色的效果。實例證明，對某酒精廠廢水進行絮凝劑技術(shù)的預(yù)處理后，可一定程度上去除BOD和COD，同時可以得到絮凝劑的合適用量在2mg/L左右[11]，同樣具備效果的物質(zhì)還包括硫酸堿聚鐵，對經(jīng)過了一定好氧生物處理后的污水有著良好的脫色效果。厭氧-好氧生物處理通常情況下，處理糖蜜酒精廢水這樣的高濃度有機廢水，僅僅是厭氧生物處理不能達到排放標準，所以通常會在之后加入另一種方式來對殘余污染性物質(zhì)進行進一步清理，例如好氧生物處理。結(jié)合工藝可以充分利用各自的優(yōu)勢使出水水質(zhì)達到一定的效果。李梅等人[12]采用UASB+接觸氧化+SBR工藝處理酒糟廢水，酒糟廢水水質(zhì)COD為42000mg/L，BOD521000mg/L，SS含量9000mg/L，出水水質(zhì)為COD≤300mg/L，BOD5≤100mg/L，SS≤150mg/L，出水水質(zhì)已經(jīng)到達國家污水好氧生物處理排放的二級標準。糖蜜廢液中的類黑色素等耐高溫、耐光照，很難用傳統(tǒng)的好氧和厭氧處理降解掉[13]。人們也在試圖用理化等方法進一步減少糖蜜廢液的BOD并使其脫色，但它們存在費用高等缺點。真菌處理在處理特殊污水方面，真菌因為適應(yīng)性強的特點被廣泛采用。例如白腐菌，一種絲狀真菌，能夠通過產(chǎn)生對應(yīng)的降解酶對木質(zhì)素進行分解利用，對大部分含有木質(zhì)素的生物質(zhì)進行作用。大部分的真菌都是通過自體生成某一類酶對糖蜜酒精污水中的有機物質(zhì)進行降解，動力來源于糖蜜本身的性質(zhì)或者含有的小顆粒有機物質(zhì)。例如海洋擔子菌生成的漆酶可以有效的使糖蜜酒精廢水進行脫色；綠色木霉對糖蜜廢水的COD去除率高達80%。真菌種類繁多，所以不斷涌現(xiàn)出新型的有效處理方式，酵母因為容易繁殖、耐鹽能力強的特點，成為一種新型處理手段。它可以通過自身將廢水中大部分有機物轉(zhuǎn)化為菌體蛋白，從而生成配料或動物飼料。胡敏等人[14]利用熱帶假絲酵母生產(chǎn)飼料蛋白質(zhì)，最佳培養(yǎng)條件下，飼料蛋白產(chǎn)量可達12.5g/L，糖蜜廢水COD去除率為40%。Malandra等人[15]利用酵母菌處理釀酒廢水，在曝氣和非曝氣條件下的COD去除率分別為95%和46%。細菌處理細菌作為具備分解能力的一種生物質(zhì)，也被嘗試用于糖蜜酒精廢水處理，在國內(nèi)外都有著相關(guān)的研究。Ghosh等人[16]從廢水污染地分離了能夠以廢水為唯一碳源的微生物，利用分子生物學方法鑒定該六株細菌分別屬于假單胞菌屬、腸桿菌屬、寡養(yǎng)單胞菌屬、氣單胞菌屬、不動桿菌屬、克氏桿菌屬，它們共同作用可去除廢水44%的COD。SuntudSirianuntapiboon等人[17]分離到一株產(chǎn)氫產(chǎn)酸菌No.BP103，可分別使酒糟廢水、甲烷發(fā)酵廢水脫色32.3%、73.5%，該菌脫色需外加碳氮源，脫色可能與糖氧化酶有關(guān)?；旌暇幚韽U水不僅可以通過真菌處理，也可以通過細菌進行分解轉(zhuǎn)化，而除此之外，還有著菌類混合起到處理污水效果的發(fā)現(xiàn)。Mohana等人[18]通過檢測廢水污染地，發(fā)現(xiàn)能夠?qū)U水起到污染處理作用的一種新型細菌菌群，它由銅綠假單胞菌、嗜麥芽假單胞菌、奇異變形桿菌組成。該菌群使廢水的脫色率達67%，COD去除率為51%。Chaturvedi等人[19]從廢水污染地分離和鑒定了15種根系細菌，它們可以以廢水為唯一碳源，可使廢水脫色率達76%，BOD和COD去除率為85%～86%。藻類處理研究發(fā)現(xiàn)，藍藻，作為一種原核生物，不僅可以對污水中含有的多聚物質(zhì)進行一定的降解，還有著可以氧化水體，降解苯酚等的能力，進而起到有效減少污水中BOD和COD含量的作用。Kalavathi等人[20]利用海洋絲狀藍藻顫藻BDU92181處理糖蜜廢液，可使稀釋的類黑色素溶液脫色率達75%，糖蜜廢水的脫色率達60%。植物修復(fù)與人工濕地植物修復(fù)是環(huán)境治理中生態(tài)保護的有效處理方式，通過與土壤中微生物的協(xié)同處理，對污染物質(zhì)進行有效的利用，生成無害的或可重復(fù)利用物質(zhì)。通過實驗可以得出，植物可以有效吸收污染物，并通過各種方式對其進行轉(zhuǎn)化，從而達到治理環(huán)境污染的目的。KumarandChandra[21]先后利用蘇門金芽孢桿菌和紫萍處理厭氧廢水，發(fā)現(xiàn)在稀釋的糖蜜廢水中最大脫色率達44.6%。人工濕地主要是通過多重合作，將污水排放到濕地中，再利用對應(yīng)特性的植物與濕地中合適的填充物質(zhì)，結(jié)合微生物的物理化學生物三方面的共同作用，起到治理污染物質(zhì)的效果。彭舉威等人[22]利用表面流人工濕地處理工業(yè)廢水，可去除廢水中94%的COD，TN的去除率為65%，處理后廢水的pH為6.22。糖蜜酒精廢水處理技術(shù)展望在糖蜜酒精廢水處理技術(shù)不斷發(fā)展的今天，已經(jīng)有了厭氧生物處理、好氧生物處理、兩者結(jié)合、真菌或細菌協(xié)同處理等多種手段，但也仍然存在著許多地區(qū)不采用生物處理的方式，而是直接通過物理手段先對其進行再次利用后，再治理。因此，治理方向也有著兩方面的不同進展，可以歸納為以下兩類趨勢。以回收能源為目的的達標排放治理方法厭氧生產(chǎn)沼氣與濃縮焚燒都是回收能源的治理方法，但存在著前述的不足。而CWAO（催化濕化氧化）和CSCWO（催化超臨界水氧化）技術(shù)對于高濃度、難降解的有機廢水具有高超的破壞效果。這兩項技術(shù)目前還未見用于糖蜜酒精廢液治理的報道。但已對CWAO與SCWO處理其他類型酒精廢液的情況進行了一些初步研究，其結(jié)果是令人鼓舞的。催化濕式氧化(簡稱CWAO)是利用催化劑，在溫和的反應(yīng)條件下(10-30℃，1.4-9.0MPa)，以空氣中氧氣或純氧氣為氧化劑，把高濃度有機廢水、難降解或毒害廢水中的物質(zhì)部分或完全氧化二氧化碳、氮氣和水，或可以被微生物降解的物質(zhì)。該技術(shù)在發(fā)達國家倍受重視，研究的熱點是所采用的催化劑，如Gomes等人[23]對氧化低分子質(zhì)量羥酸的催化劑進行了研究;Oliviero等人[24]對苯酚和丙烯酸在Ru/C和Ru-CeO2/C催化劑上的濕式催化氧化情況進行了研究。目前國外已建立了一些CWAO的工業(yè)裝置，達到了實用階段。我國從80年代開始對該技術(shù)進行研究，針對銅系及稀土元素具備的經(jīng)濟性和優(yōu)質(zhì)的催化性能展開了深入探討，例如銅錳鐵以一定比例混合制成的催化劑對多種有機廢水的部分污染物質(zhì)有著強烈的治理能力。在臨界點(373.9℃、2.05MaP)以上的水(超臨界水)是一種良好的反應(yīng)介質(zhì)，擴散系數(shù)高，傳質(zhì)速率快，私度、介電常數(shù)較低，能與有機物及氣相組分互溶。超臨界水氧化(簡稱SCWO)是使有機物和空氣或氧氣等氧化劑在超臨界水中進行氧化反應(yīng)而除去有機物的濕式氧化法。催化超臨界水氧化(簡稱CSCWO)是在SCWO體系中加人催化劑，從而提高反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)時間，降低反應(yīng)溫度和壓力。SCWO與CSCWO都是在高溫高壓下進行的均相反應(yīng)，其反應(yīng)速率很快，處理徹底，有機組分可在很短時間內(nèi)被完全氧化為二氧化碳、氮氣、水、硫酸根等，有機物的去除率一般可達99%以上。在美、德、日等國，已有不同規(guī)模的SCWO工業(yè)化設(shè)備投人運行，主要用于處理國防工業(yè)、造紙及電子元件廠等的廢水。雖然CWAO和CSCWO技術(shù)對反應(yīng)器的質(zhì)材提出更高的要求，但其在有機物濃度較低(質(zhì)量分數(shù)1%)時即可實現(xiàn)自熱反應(yīng)，具有反應(yīng)速率快且徹底等優(yōu)點。如對COD為19826mg/L