酒精生產(chǎn)中臥螺離心機清液絮凝懸浮過濾工藝技術(shù)研究
技術(shù)支持
臥式螺旋沉降離心機簡稱為臥螺離心機，它自動化程度高、處理量大、能連續(xù)穩(wěn)定運行，因此在酒精行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，以分離DDG和DDS，但該機有個明顯缺點是脫水效果較傳統(tǒng)的板框過濾機差，清液干物含量略高，在大量使用糙米及水稻原料后，清液干物含量更高，以至于影響發(fā)酵的清液回配量，造成濃漿富余。在傳統(tǒng)帶渣發(fā)酵板框過濾使用絮凝劑的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，針對水稻原料臥螺離心機清液干物含量較高的情況，經(jīng)研究并成功開發(fā)了離心清液絮凝、懸浮過濾技術(shù)（SSF），并在32t燃料乙醇項目小試裝置中得到應(yīng)用，取得了良好效果。
1 絮凝原理及絮凝劑選擇
絮凝劑中帶電荷的膠體物質(zhì)進(jìn)行溶液中正負(fù)電中和，膠質(zhì)相互用力加強，小顆粒形成絮凝物，無高分子的強烈吸附架橋作用使細(xì)小松散的絮凝體變得粗大而緊密。某公司所產(chǎn) 專利產(chǎn)品HA055型蛋白絮凝劑（食品級），經(jīng)小試效果較好，而且其所選原料及制作過程均嚴(yán)格遵循《食品添加劑衛(wèi)生管理辦法》，能保證產(chǎn)品在使用過程中的安全性，可應(yīng)用于酒精、制藥、發(fā)酵、淀粉行業(yè)及食品加工行業(yè)等領(lǐng)域，因此選擇其在32t燃料乙醇項目裝置中應(yīng)用試驗。該型絮凝劑特點如下：外觀為無色或乳白色粘稠液體；溶解速度快，分散性好；pH適用范圍廣；對酶系、發(fā)酵類微生物無負(fù)面影響。使用方法如下：絮凝劑在均勻攪拌下加入水中，經(jīng)過大約15s的溶解過程后，溶液即可使用。絮凝劑可按1:100～1:200比例進(jìn)行稀釋，按30～100mg/kg的添加量使用。溶解好的絮凝劑用螺桿泵、隔膜泵等剪切泵輸送，不宜使用離心泵。
2 懸浮過濾技術(shù)
懸浮過濾技術(shù)又稱SSF技術(shù)，其污水凈化設(shè)備，有沉降裝置和分離裝置兩大部分組成。SSF工作原理是：添加絮凝劑之后的待處理液，會快速均勻分布于預(yù)處理的溶液中，正負(fù)電荷的吸引，加快污水中SS 的快速絮凝。形成絮凝的污水在不斷上升的過程中，密度越來越大，流速越來越小。緩慢沉降的污泥會受到從罐底不斷涌入污水上升力的沖擊，當(dāng)重力與向上的沖擊力相等時，污泥保持動態(tài)的靜止，于是形成一個有化學(xué)活性的懸浮濾層。
懸浮濾層是由清液形成的絮體本身組成的，隨著絮體由下向上運動，使懸浮的濾層的下表層不斷增加變厚，同時，隨著污水濃縮室澄清污水的旁路流動，引導(dǎo)著懸浮泥層的上表層不斷流入中心接泥桶，上表層開始不斷減少變薄。這樣就可以使懸浮層的厚度達(dá)到一個動態(tài)的平衡。當(dāng)絮凝后的醪液由下向上穿過此懸浮層時，此絮體濾層靠界面物理吸附、網(wǎng)捕作用和電化學(xué)特性及范德華力的作用，將懸浮膠體顆粒、絮體、部分細(xì)菌菌體，攔截在此懸浮濾層上，使出水水質(zhì)完全可以達(dá)到處理要求。SSF基本可以處理固形物含量低于10%的待處理液，完全可以滿足目前清液處理的需求，也無需增加任何預(yù)處理裝置。
SSF污水凈化設(shè)備具有處理速度快、對懸浮物處理能力強、效率高、節(jié)約能源（除進(jìn)水之外，SSF處理過程不需要任何動力）、水處理成本低（與膜過濾相比，成本降低70%以上）、使用壽命長、無易損件、無現(xiàn)場異味（整個污水處理過程，在密封環(huán)境中進(jìn)行）、無需人工值守。
3 成套設(shè)備組成及工藝流程
3.1 成套設(shè)備組成
絮凝沉降成套設(shè)備主要包括：加藥自動化控制系統(tǒng)、螺桿泵、齒輪泵、SK型靜態(tài)混合器、混合罐、SSF污水凈化設(shè)備、電磁流量計、壓差液位計等。
3.2 工藝流程
臥螺離心清液在清液中轉(zhuǎn)泵前經(jīng)新增輸料泵輸送至SSF污水凈化設(shè)備，絮凝劑經(jīng)配置裝置稀釋后與清液混合均勻一并進(jìn)入SSF污水凈化設(shè)備，在設(shè)備內(nèi)部完成絮凝、過濾過程，清相經(jīng)設(shè)備頂部溢流進(jìn)入清相儲罐，濃相經(jīng)螺桿泵輸送至下工序。
4 工程應(yīng)用
4.1 各取樣口料液沉降效果
取樣位置 | 輸料泵進(jìn)口 | 錐底取樣口 | 錐頂取樣口 |
效果描述 | 離心清液原液，懸浮液狀態(tài) | 開始絮凝 | 絮凝完成 |
取樣位置 | 層填料取樣口 | 第三層填料取樣口 | 出水取樣口 |
效果描述 | 層填料位置，絮凝物開始下沉 | 第三層填料位置，較少的絮凝物，開始清澈 | 填料層頂部，出水位置清液，基本無絮凝物 |
4.2 試驗檢測數(shù)據(jù)記錄
4.2.1 干物、COD、SS去除檢測
絮凝前后檢測分析表：
序號 | 檢測項目 | 進(jìn)料 | 清液 | 備注 |
1 | 干物含量（g/g）/% | 8.12 | 5.82 | 平均值 |
2 | SS/（mg/L） | 40986 | 436.7 | 平均值 |
3 | COD/（mg/L） | 101600 | 62310 | 平均值 |
注：進(jìn)料量為1～20m3/h，絮凝劑添加比例為80mg/kg。
經(jīng)實驗，在80mg/kg的絮凝劑添加量下效果較好，實測平均數(shù)據(jù)如下：離心機清液SS去除率為98.9%，COD去除率為38.7%，干物去除率為28.3%，清液干物去除效果明顯。
4.2.2 總氮總磷去除率檢測
序號 | 絮凝劑稀釋比例 | 添加量/（mg/kg） | 總氮/（mg/L） | 總氮去除率/% | 總磷/（mg/L） | 總磷去除率/% |
1 | 原液 | 0 | 201 | 678.2 | ||
2 | 1:150 | 30 | 154.6 | 23.1 | 660.1 | 2.7 |
3 | 1:150 | 60 | 122.6 | 39.0 | 650.9 | 4.0 |
4 | 1:150 | 100 | 146.4 | 27.2 | 660.9 | 2.7 |
通過在料液中添加適當(dāng)比例的絮凝劑，可有效降低濾后清液中的總氮含量，通過上述實驗證明：當(dāng)絮凝劑對清液的添加比例為30ppm時，清液中總氮含量下降了23.1%，當(dāng)繼續(xù)提高添加量到60mg/kg時，總氮含量降低了39%，當(dāng)加藥量進(jìn)一步增加至100mg/kg時，則成效輕微。建議在大生產(chǎn)實驗過程中動態(tài)調(diào)節(jié)絮凝劑的添加量（30～80mg/kg），平衡效益與成本，據(jù)實際生產(chǎn)需要調(diào)整絮凝劑的添加量。
4.3 飼料干基蛋白檢測
在實驗室采用廢醪液絮凝沉降后檢測飼料蛋白含量，驗證絮凝劑對于飼料干基蛋白的提升，選用效果較好的HA055，并做出梯度實驗。由于測量干基蛋白所需的實驗樣品較多，該實驗通過80目濾布進(jìn)行過濾。
序號 | 絮凝劑稀釋比例 | 添加量/(mg/kg) | 干基蛋白/% | 蛋白提升率/% |
1 | 原液 | 0 | 34.91 | |
2 | 1:150 | 30 | 37.08 | 6.22 |
3 | 1:150 | 50 | 39.3 | 12.58 |
4 | 1:150 | 70 | 38.62 | 10.63 |
5 結(jié)語
通過在清液中添加適當(dāng)比例的絮凝劑，可有效降低濾后清液中的總氮含量，但對除磷效果輕微，并不具備除磷能力，若要除磷可在廢水中添加適當(dāng)比例的聚合氯化鐵；因為污水中，磷元素是磷酸機制酸根形式存在的，磷酸機制酸會與鐵反應(yīng)，形成難以溶于水的磷酸鐵。這樣就達(dá)到了去除磷的目的。
在實驗室實驗中，絮凝劑對于飼料干基蛋白的提升較為明顯，但存在的不足之處是實驗室無法 模仿現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況。在通過80目濾布過濾的時候，添加絮凝劑醪液的過濾速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原液過濾，但由于待處理液較少，無法在濾布表面形成濾層，而未添加絮凝劑的醪液中微小SS很快就能堵塞濾布，導(dǎo)致添加絮凝劑的濾后清液其COD與SS反而還要略高于原液濾清液。未來在大生產(chǎn)試驗情況下，這一反常情況是不會出現(xiàn)的。
總之，在水稻離心清液中添加適當(dāng)比例的絮凝劑可以有效的提高飼料蛋白、降低濾清液的總氮、SS、BOD、COD等指標(biāo)，具有較好的綜合效益。通過向經(jīng)過濾后的清濾液中加入絮凝劑的方法除懸浮物和蛋白質(zhì)，并通過減少清液中蛋白質(zhì)的含量，間接地減少清液毒素，同時能夠杜絕清液回配造成的惡性循環(huán)，同比回配的情況下，可降低清液干物含量，解決濃漿不斷增多的現(xiàn)象。
