论文部分内容阅读
木质纤维素生物质生产纤维素燃料乙醇会产生大量高COD发酵废水,其处理工艺复杂且成本高昂。纤维素乙醇工厂由于受到原料收集半径的限制,一般建在距离原料产地较近但基础设施薄弱的农村地区,高废水排放的技术特征使得纤维素乙醇产业难以大规模展开。为了寻找一条切实可行的纤维素乙醇废水排放途径,本文尝试将纤维素乙醇发酵废水循环回用至生物炼制的预处理阶段,用于配制预处理所需的稀酸催化剂,并研究和测试其技术可行性。本文第一部分探究了乙醇发酵废水直接循环回用至预处理阶段进行生物炼制的可行性。收集乙醇发酵废水,在下一轮生物炼制过程的预处理阶段直接使用,并以此方式反复循环回用。经过两轮废水循环回用后发现,纤维素乙醇产量随废水直接回用次数的增加而不断降低,其幅度为每次回用后的乙醇产量比上一次降低约5%。对发酵废水直接循环回用的乙醇产量降低的原因进行探究,发现废水中的金属盐离子随循环回用次数的增加而快速富集,从而导致乙醇发酵效率和产量的逐渐下降。本文第二部分对乙醇发酵废水的循环回用进行了改进,即在每一次循环回用前对废水进行蒸发和冷凝以去除废水中的金属盐离子,得到的蒸馏水在下一轮生物炼制中回用至预处理阶段。废水回用的发酵结果显示:3轮废水回用的乙醇浓度分别为76.42 g/L、76.61 g/L、75.82 g/L,与新鲜水预处理物料发酵的乙醇浓度(77.85 g/L)十分接近,废水回用生产乙醇能正常进行。每生物炼制1t麦秆,新鲜水的使用量由原来的2.868 t减少到0.423t,废水回用还降低了新鲜水的使用。蒸发和冷凝极其有效的解决了发酵废水回用中金属盐离子的富集问题,保障了生物炼制的效率,但其蒸汽能耗巨大。其合理性的依据在于木质纤维素生物炼制过程的独特性。乙醇精馏渣经过固液分离会产生大量高热值的木质素残渣,其热量足够为发酵废水的蒸发和冷凝提供能量,并在产热后仍有60%的木质素残渣剩余。综上所述,本论文成功将纤维素乙醇发酵废水在生物炼制的预处理过程循环回用,每次回用后的乙醇产量都与正常生物炼制的乙醇产量十分接近。循环回用有效降低了乙醇生产成本,为纤维素乙醇废水的处理提供了合理有效的解决方案。