甘蔗糖厂废水综合处理及沼气利用的方法.pdf

本发明公开了一种甘蔗糖厂废水综合处理及沼气利用的方法，是将甘蔗糖厂的预处理过的甘蔗渣喷淋水、洗蔗渣水、滤泥过滤水以及部分冷却水和造纸碱性废水、碱回收蒸发冷凝水以及部分回收白泥后的纸机废水去除纤维和沉淀粗渣以后，混合和适当加热送到厌氧反应器进行厌氧反应，得到的沼气经脱硫、脱碳净化、过滤和压缩后用于纸机加热，在厌氧反应器反应以后的污水经过好氧生化处理达标后排放，污泥可以用于配制有机复合肥。该方法能够使得甘蔗糖厂污水得到综合处理，还能使在废水处理过程中回收部分能量用于生产上，可极大的降低生产成本，带来较好的经济效益和社会效益。

1、  一种甘蔗糖厂废水综合处理及沼气利用的方法，其特征在于：是将甘蔗糖厂的预处理过的甘蔗渣喷淋水、洗蔗渣水、滤泥过滤水以及部分冷却水和造纸碱性废水、碱回收蒸发冷凝水以及部分回收白泥后的纸机废水去除纤维和沉淀粗渣以后，混合和适当加热送到厌氧反应器进行厌氧反应，得到的沼气经脱硫、脱碳净化、过滤和压缩后用于纸机加热，在厌氧反应器反应以后的污水经过好氧生化处理达标后排放，污泥用于配制有机复合肥。

2、  根据权利要求1所述的甘蔗糖厂废水综合处理及沼气利用的方法，其特征在于：所述的甘蔗渣喷淋水的预处理过程是将甘蔗渣喷淋水用机械隔栅分离蔗渣后用旋转滤网再过滤，然后将造纸喷放锅的蒸汽加热喷淋水后放到调节池。

3、  根据权利要求1所述的甘蔗糖厂废水综合处理及沼气利用的方法，其特征在于：所述的洗蔗渣水的预处理过程是将碱回收蒸发冷凝水洗涤压榨后的甘蔗渣，用格栅过滤，甘蔗渣回收用于造纸，废水经过沉淀，放到调节池与甘蔗渣喷淋水合并。

4、  根据权利要求1所述的甘蔗糖厂废水处理及沼气利用的方法，其特征在于：所述的造纸碱性废水、滤泥水和纸机废水的预处理过程是将造纸碱性废水、滤泥水和纸机废水合并后放到调节池与甘蔗渣喷淋水和洗蔗渣水合并。

5、  根据权利要求1所述的甘蔗糖厂废水综合处理及沼气利用的方法，其特征在于：所述的沼气脱硫的过程是，从厌氧反应器中得到的沼气引入贮罐以后先通到脱硫塔，用改良蒽醌二磺酸钠法、环丁砜脱硫法或氧化铁脱硫剂进行脱硫；
所述的改良ADA法是将稀碱配制成pH值为8.5～9.1的改良ADA溶液，溶液中加有0.5～1g/L的偏钒酸钠以及0.1-0.2的栲胶，ADA含量1～2g/l，用泵送入吸收塔顶喷淋，使混合气体中的硫化氢与稀碱液反应，生成硫氢化钠NaHS，混合气体中的硫化氢被脱除而进入吸收液中，吸收反应生成的硫氢化钠立即与母液中的偏钒酸钠进行反应，生成还原性的焦钒酸钠、氢氧化钠NaOH和游离硫；
所述的环丁砜脱硫法是采用环丁砜和烷基醇胺的混合水溶液作为吸收剂，其中混合水溶液中环丁砜的质量含量为2-15％，烷基醇胺的质量含量为30-80％，或者加入20-50％质量含量为的1，4氧氮杂环己烷，再生时通入空气将还原态的催化剂氧化复原，如此循环使用；
所述的氧化铁脱硫剂是多孔的三氧化二铁。

6、  根据权利要求1所述的甘蔗糖厂废水综合处理及沼气利用的方法，其特征在于：所述的脱碳是用浓度为50％MDEA溶液在吸收塔内进行物理化学吸收脱碳，脱硫后的沼气经压缩机加压后送入吸收塔，与从塔顶喷入的贫液逆向接触，吸收CO₂的MDEA溶液变成富液从塔底送出，净化后的沼气进入干燥器去除水分，得到合格的产品气；富含CO₂的富液与从再生塔底来的贫液换热，升温后从再生塔顶部喷入进行解吸，与从塔底上来的蒸气流逆向换热传质，塔底用饱和蒸汽通过再沸器加热塔富液，再生后的溶液与富液换热后用贫液泵增压再经水冷却后送入吸收塔顶部再次与沼气接触进行吸收，从再生塔顶部出来的CO₂在解吸塔顶直接放空。

甘蔗糖厂废水综合处理及沼气利用的方法
技术领域
本发明涉及一种废水综合治理利用的方法，特别是甘蔗糖厂制糖和造纸废水综合治理及沼气利用的方法。
背景技术
近年来，我国制糖和造纸生产逐年发展扩大，为社会创造了丰富的物质财富，但也给环境带来了污染。制糖生产排出的滤泥、酒精废液、煤渣、含二氧化硫烟气等，均造成污染环境。造纸生产排出的黑液、中段碱性废水、抄纸后的白水等，同样污染了环境，从而制约了生产的发展，过去几年经过很多人的努力，污染程度减小了许多，但距洁净生产还有很远的距离，主要是制糖和造纸的废水很难处理，如甘蔗制糖中糖蜜酒精生产排放的废醪液COD浓度一般为4.0～10.0万mg/l，日榨1000吨甘蔗的糖厂每天约有150吨废醪液。有的厂直接排放；有的厂做成液体肥给农业用；有的厂采用氧化塘法，雨季来时，随洪水冲走；有的厂生产单细胞蛋白后再排放；有的厂采用大型工业沼气工程处理后排放；有的厂采用浓缩后燃烧；有的厂用于锅炉烟道气冲灰后排放；也有的厂采用废醪液回流复用发酵，之后处理排放等等。另外制糖过程糖厂有洗滤布水(COD6000mg/L左右，pH7.0左右)，清洁冲地板水，洗罐水，冷却用水等，日榨1000吨甘蔗的糖厂每天有200多吨这种废水，这部分废水，多数厂是直接排放的。还有，造纸生产排出的黑液、中段碱性废水、抄纸白水等，目前有的造纸厂除了将黑液浓缩燃烧，抄纸白水采用沉降处理以外，中段碱性废水也没有什么处理方法就与其它废水混合排放了。所以为了减少污染排放，目前很多甘蔗制糖造纸联合加工厂正在采用许多不同的方法处理污水，例如中国专利申请号：200320121543公开了“上流式厌氧污泥床反应器”(发明人：孟广银；黄灵法；孟凡成；王国；郑华申请人：山东瑞星化工有限公司)，这种上流式厌氧污泥床反应器主体上部的分离器为多层结构，主体底部为布水点，向布水点供水的布水管通向设在主体上端的布水槽。该设备可用于发酵、淀粉、制糖、制药、牛奶、造纸等以有机物为主的废水处理工艺中。该实用新型具有布水管易保持畅通且不需要供水泵动力的优点。另一份中国专利：申请号：200810073578“污水治理循环利用综合处理方法”(发明人：黄尚勋；黄明科；黄名钟，申请人：广西丽桂环保科技有限公司)公开了一种综合处理高浓度工业废水和生活污水的方法，其工艺步骤是：先将废水进行预处理，然后经过生化促进处理，厌氧生化降解，化学模拟生物降解、电化学处理，再对水和分离的有用物质进行循环利用，用该方法可以处理造纸、制糖、酒精、淀粉、味精、制革等高浓度有机污水，以及重金属污染废水、医疗机构污水、城市生活污水等。该方法具有小投入、少占地、低成本，土地占用面积和运行消耗低，处理后清水达到清洁排放标准，可以用于农业灌溉、城市园林、工业洗涤等。
除了采用各种物理方法、化学方法和生物方法处理制糖和造纸以外，将废水中的有用物质利用也是目前构成综合利用的方向，例如，中国专利：申请号：200510094484，公告号：100345776，发明名称：一种高效产沼气的高浓度废水处理装置(发明人：阮文权；沈效云；郁丹，申请人：江南大学)公开了一种高效产沼气的高浓度废水处理装置，由新型膨胀颗粒污泥床(Expanded Granular Sludge Bed，简称EGSB)反应器和计算机监控系统组成的全自动化高效产沼气的厌氧处理有机废水的装置。它既可以有效地处理有机废水，同时又可以高效的生产沼气。为有机废水的高效处理和沼气规模生产提供了一种理想的环境工程设备装置。中国专利：申请号：200610069237公开号：1931749公告号：100402448，发明名称：制浆造纸废水的净化处理方法(发明人：徐书栋申请人：山东贵和显星纸业股份有限公司)水解酸化-厌氧生物-缺氧-好氧生物-曝气生物滤池深度处理为主的工艺对制浆造纸废水进行处理，80％以上的COD和BOD在厌氧系统中就可以去除，能量需求大大降低，还可以产生能量，可以利用厌氧过程产生的含有50-70％甲烷的沼气，用作后续好氧过程中需用的能源。整个系统运行情况稳定，处理效率高，COD≤100mg/l，SS≤70mg/l，完全能够回用或达标排放。
但是如何将制糖和造纸的废水综合起来进行处理，并使得在废水处理过程中回收部分能量，用于生产上，而不是为了不污染环境单纯处理废水，目前仍然是环保科学工作者需要研究的课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够将制糖和造纸的废水综合起来，使之在废水处理过程中回收部分能量用于生产上，特别是能够用于造纸生产的方法。
本发明是这样实现的：
将甘蔗糖厂的预处理过的甘蔗渣喷淋水、洗蔗渣水、滤泥过滤水以及部分冷却水和造纸碱性废水、碱回收蒸发冷凝水以及部分回收白泥后的纸机废水去除纤维和沉淀粗渣以后，混合和适当加热送到厌氧反应器进行厌氧反应，得到的沼气经脱硫、脱碳净化、过滤和压缩后用于纸机加热，取代目前纸机加热使用天然气或电加热的能源，在厌氧反应器反应以后的污水经过好氧生化处理达标后排放，污泥可以用于配制有机复合肥。
以上所述的甘蔗渣喷淋水的预处理过程是将甘蔗渣喷淋水用机械隔栅分离蔗渣后用旋转滤网再过滤，然后将造纸喷放锅的蒸汽加热喷淋水到30-45℃后放到调节池。
以上所述的洗蔗渣水的预处理过程是将碱回收蒸发冷凝水洗涤压榨后的甘蔗渣，用格栅过滤，甘蔗渣回收用于造纸，废水经过沉淀，放到调节池与甘蔗渣喷淋水合并。
以上所述的造纸碱性废水、滤泥水和纸机废水的预处理过程是将造纸碱性废水、滤泥水和纸机废水合并后放到调节池与甘蔗渣喷淋水和洗蔗渣水合并。
以上所述的厌氧反应的厌氧反应器采用目前常用的传统厌氧反应器，或者采用荷兰帕克公司设计的BIOPAQ-内循环厌氧厌氧反应器，反应温度30～45℃，污水污泥停留时间根据反应器的结构或物料的浓度决定。
本发明得到的沼气是一种混合气体，它的主要成份：含甲烷(CH₄)72～77％；二氧化碳(C0₂)22～27％；硫化氢(H₂S)500～1500mg/m³，还有氨、氮、氧、硫、烷、酸、苯、硅等氧化物、盐类、衍生物及其它一些成份，略带臭味，这些杂质夹在气体里在应用过程中对工艺、设备、环境都将造成比较大的影响，所以必须进行脱硫、脱碳的处理。
以上所述的沼气脱硫的过程是，从厌氧反应器中得到的沼气引入贮罐以后先通到脱硫塔，用改良蒽醌二磺酸钠法(即改良ADA法)、环丁砜脱硫法或氧化铁脱硫剂进行脱硫。
所述的改良ADA法是将稀碱(氢氧化钠)配制成pH值为8.5～9.1的改良ADA溶液(溶液中加有0.5～1g/L的偏钒酸钠以及0.1-0.2的栲胶)，ADA含量1～2g/l，用泵送入吸收塔顶喷淋，使混合气体中的硫化氢与稀碱液反应，随即生成硫氢化钠NaHS。混合气体中的硫化氢被脱除而进入吸收液中。吸收反应生成的硫氢化钠立即与母液中的偏钒酸钠进行反应，生成还原性的焦钒酸钠、氢氧化钠NaOH和游离硫S；这样，混合气体中的硫化氢经过化学反应，就转化为游离硫磺而析出，同时由于反应中又生成了氢氧化钠，使吸收液仍然保持一定的碱度和吸收能力。
所述的环丁砜脱硫法是采用环丁砜和烷基醇胺的混合水溶液作为吸收剂，其中混合水溶液中环丁砜的质量含量为2-15％，烷基醇胺的质量含量为30-80％，还可以加入20-50％质量含量为的1，4氧氮杂环己烷，环丁砜对硫化物是物理吸收，烷基醇胺是化学吸收。这种湿式氧化法脱硫的基本原理是利用含催化剂的碱性溶液吸收H₂S，以催化剂作为载氧体，使H₂S氧化成单质硫，催化剂本身被还原。再生时通入空气将还原态的催化剂氧化复原，如此循环使用。
所述的氧化铁脱硫剂是多孔的三氧化二铁，其反应为Fe₂O₃·H₂O+3H₂S→Fe₂S₃·H₂O+3H₂O，原理是将废气中的含硫化合物吸附到氧化铁脱硫剂的小孔中，从而净化气体。当脱硫剂达到饱和后，即其不再具有脱硫能力时，需要对其进行再生，如采用水蒸汽进行汽提再生。但是，氧化铁脱硫剂在长时间使用后，其活性会不断下降，如其中的小孔被一些杂质物所堵塞，这时脱硫剂就失活了。
本发明得到的沼气由于含有22～27％二氧化碳气体，无色无味，能溶于水形成碳酸，对金属有腐蚀作用。二氧化碳有灭火阻燃作用，常用作灭火剂。在以燃烧放热或以燃烧做功为目的的系统中，二氧化碳的存在通常会降低燃烧热的利用率、降低火焰温度、降低气缸容积利用率，导致放热或作功过程中成本增加。因此在这类气体的使用过程中，只有将二氧化碳降到较低的含量，才能达到要求，提高设备效率，降低使用成本。所以本发明把其中的二氧化碳调节到5％左右。
本发明所述的脱碳是用MDEA溶液(MDEA溶液浓度为50％)在吸收塔内进行物理化学吸收脱碳。脱硫后的沼气经压缩机加压后送入吸收塔，与从塔顶喷入的贫液逆向接触，把CO₂降到3％以下，吸收CO₂的MDEA配方溶液变成富液从塔底送出。净化后的沼气进入干燥器去除水分，得到合格的产品气。吸收塔为填料塔。干燥器为两台并联，一台脱水，一台再生，由电加热器提供再生热量。
富含CO₂的富液需要再生，把CO₂解吸后循环使用。富液与从再生塔底来的贫液换热，升温后从再生塔顶部喷入进行解吸，与从塔底上来的蒸气流逆向换热传质，CO₂不断从液相逸出。塔底用0.4MPa的饱和蒸汽通过再沸器加热塔富液，提供再生需要的热能。再生塔为填料塔。再生后的溶液变成贫液温度较高，与富液换热后用贫液泵增压再经水冷却后送入吸收塔顶部再次与沼气接触进行吸收。从再生塔顶部出来的解吸气主要是CO₂，该气体在解吸塔顶直接放空。
在处理以前，经过测定，原料沼气含甲烷(CH₄)72.4～76.58％：含二氧化碳(C0₂)22.92～26.88％；含硫化氢(H₂S)510～1341mg/m³，采用本发明的工艺处理沼气后，气体成分分析的结果见以下表1：
表1