一种高浓度玉米发酵废液深度脱水的方法与流程

本发明涉及固液分离领域，特别涉及一种高浓度玉米发酵废液深度脱水的方法。

背景技术：

在利用玉米发酵、马铃薯发酵等微生物发酵行业中会产生大量高浓度有机发酵废液，由于其cod、氨氮等含量很高，处理成本高，其悬浮物含量高、废液粘性大，采用一般过滤的方法处理，根本无法实现固液分离。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种高浓度玉米发酵废液深度脱水的方法，其可降低废液的粘性、提高滤速和固液分离效果、提高有机物的回收率、降低了处理成本。

本发明所采用的技术方案是：一种高浓度玉米发酵废液深度脱水的方法，其技术要点是，包括以下步骤：

(1)对高浓度玉米发酵废液进行加热，加热温度为45℃～70℃；

(2)先加入体积比为0.41～2.05％v/v的hcl溶液和0.41～2.05％v/v的h2o2溶液，后，再加入0.41～2.05％v/v的氧化剂naoh溶液，然后继续保温，获得有机废液；

(3)向有机废液中加入助滤剂，其添加比例为0.01～0.02g/g高浓度玉米发酵废液，然后过滤获得有机肥料和滤液；回收有机肥料，产生的滤液进入污水厂处理。

上述方案中，过滤采用300～500目的过滤介质进行过滤。

上述方案中，所述的过滤介质选用无纺布。

上述方案中，所述的hcl溶液重量浓度36.8％。

上述方案中，所述的h2o2溶液重量浓度30％。

上述方案中，所述的naoh溶液重量浓度10％。

上述方案中，所述的助滤剂为颗粒硅藻土，其粒度为10～30目。

上述方案中，所述的有机废液中水分的重量百分比为55％～60％；所述的有机肥料中水分的重量百分比为40％～50％。

本发明的有益效果是：该高浓度玉米发酵废液深度脱水的方法，对玉米发酵废液进行加热，使液体的流动性增强；依次加入氧化药剂，使玉米发酵废液的粘性降低；最后加入助滤剂，增加滤饼平衡厚度，提高了固液分离效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中高浓度玉米发酵废液深度脱水的方法框图；

图2为本发明实施例中玉米发酵废液深度脱水机理分析图，(a)高浓度玉米发酵废液分子原始状态、(b)高浓度玉米发酵废液分子加热后状态、(c)高浓度玉米发酵废液分子加入氧化剂后的状态；

图3为本发明实施例中过滤装置示意图；

具体实施方式

使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图1～图3和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

(一)样品分析。

本实施例中采用的废水样品为玉米原料经发酵提取氨基酸后，再经过多效蒸发下来的废水，呈暗黄色，有浓郁香味，粘性较大且会产生严重的挂壁现象，悬浮物质较多，粒度很细。经现场调查与测试结果分析，初步判断废水样品主要以淀粉、单多糖、蛋白质、氨基酸和无机盐为主要成分，样品含固率为40％，ss为13％，ph值＝6，测试结果如表1所示。

表1为玉米发酵废液中氨氮、cod、总氮、总磷测试表

(二)首先选择过滤介质为无纺布对高浓度玉米发酵废液进行过滤，过滤装置如图2所示，包括真空过滤器、布氏漏斗及管路连接等。

(三)确定高浓度玉米发酵废液进行深度脱水的优选方案。

(1)对经步骤(二)处理过的玉米发酵废液的浓缩液进行加热。玉米发酵液的成分主要是蛋白质、氨基酸等，玉米发酵液中的分子较大、分子链较长，分子间的内聚力大，分子和分子之间容易互相缠绕粘合，水分子不易逃脱，导致其粘性较大，如图2(a)所示。利用加热过程，可以增加分子的动能，加快分子的相对运动速度，达到降低分子间内聚力的效果，即使分子间缠绕变松，水分子逃逸，如图2(b)所示，宏观表现即是液体的流动性增强，液体粘性降低，但温度不可升的过高，温度过高会使蛋白质分子完全聚合在一起，导致液体粘性明显变大。

(2)分别加入氧化剂和助滤剂。

a)氧化剂和助滤剂的作用说明。

氧化剂的作用：蛋白质或氨基酸分子在酸性条件下容易水解，使其分子主链断裂，通过加入h2o2，可使分子支链中的-oh氧化为-cooh，然后加入naoh再将-cooh变成-coona，同时使分子支链断裂，实现了将蛋白质或氨基酸分子由大分子变成小分子的过程，如图2(c)，即使液体粘性降低，其反应式如下：

助滤剂的作用：增加滤饼平衡厚度和提高固液分离效果。本实施例中采用的助滤剂主要是颗粒硅藻土，其具有丰富的孔隙结构和极高的孔隙率，在废液过滤过程中，增强了滤饼的通透性，优化了滤饼的颗粒结构，使较粗颗粒悬浮物首先被截留并作为过滤初层，进一步过滤较细颗粒悬浮物，最终形成下层较粗、上层较细的颗粒结构，即悬浮物致密层上移，从而增加了滤饼平衡厚度，同时也提高了固液分离效果。

b)确定氧化剂、助滤剂的加入顺序。

针对废液加热温度a、过滤量b、氧化药剂加入量c、助滤剂加入量d开展四因素三水平实验分析，采用极差法分析确定最佳工艺参数，然后开展单因素实验验证，确定最佳方案，如表2所示：

表2玉米发酵废液深度过滤脱水正交试验表

对有机肥料产率和含水率影响因素大小顺序为d＞b＞a＞c。

上述深度脱水方案的实施效果如下：

(a)仅对废液进行加热。加热可明显改善过滤速度(单位时间内截留的物质质量)，降低滤饼的含水率，有机肥料产率(g有机肥料(干基)/(g废液含固量·m²·min)增加，而滤饼厚度减小，最佳温度范围是45℃～70℃，可将样品含水率降低10％～14％，有机肥料产率为1.50～1.70g/(g·m²·min)。该方法只消耗热能，不添加任何药剂，经济性好，在废液处理量较小的情况下较适用。

(b)对废液进行加热，投入氧化药剂。将废液加热至45℃～70℃，依次添加hcl、h2o2、naoh溶液，氧化药剂最佳比例为hcl0.41～2.05％v/v和h2o20.41～2.05％v/v，naoh0.41～2.05％v/v，可将样品含水率降低约15％～18％，有机肥料产率为1.76～2.1g/(g·m²·min)。该方法消耗热能和氧化药剂，经济性较好，在废液脱水要求较低的情况下较适用，废液吨处理药剂成本约20～30元。

(c)对废液进行加热，投入氧化药剂后再投入助滤剂。将废液加热至45℃～70℃，依次添加0.41～2.05％v/vhcl、0.41～2.05％v/vh2o2、0.41～2.05％v/vnaoh溶液和助滤剂1～2％g/g，可将样品含水率降低约17％～20％，有机肥料产率为5.12～6.89g/(g·m²·min)。硅藻土助滤剂可经微生物降解后，通过酸洗循环使用。该方法消耗热能和氧化药剂、助滤剂，经济性一般，在废液脱水要求较高的情况下适用。废液吨处理药剂成本约50～80元。

采用加热、添加盐酸、双氧水、氢氧化钠溶液的方法降低废液粘性，提高过滤速率，采用添加颗粒硅藻土提高滤饼厚度和固液分离效果，从而实现废液含水率降低10％～20％的目的，同时由于降低了废液的粘性，增加了滤饼厚度，使其更容易选择过滤设备，提高滤饼产率，因此，很容易推广应用。

实施例1：

(1)采用300目无纺布先对高浓度玉米发酵废液进行过滤，在进行加热，加热温度为a＝45℃；

(2)先加入体积比为0.41％v/v的hcl溶液和0.41％v/v的h2o2溶液，充分搅拌，静止约10min直至泡沫完全消失为止后，再加入0.41％v/v的氧化剂naoh溶液，充分搅拌，静止约5min直至泡沫完全消失为止，获得有机废液；

所述的hcl溶液重量浓度36.8％，所述的h2o2溶液重量浓度30％，所述的naoh溶液重量浓度10％。

(3)向有机废液中加入助滤剂，其添加比例为0.01g/g高浓度玉米发酵废液，然后过滤获得有机肥料和滤液；回收有机肥料，产生的滤液进入污水厂处理。

实施例2：

(1)采用350目无纺布先对高浓度玉米发酵废液进行过滤，在进行加热，加热温度为a＝55℃；

(2)先加入体积比为0.8％v/v的hcl溶液和0.8％v/v的h2o2溶液，充分搅拌，静止约10min直至泡沫完全消失为止后，再加入0.8％v/v的氧化剂naoh溶液，充分搅拌，静止约5min直至泡沫完全消失为止，获得有机废液；获得有机废液；

所述的hcl溶液重量浓度36.8％，所述的h2o2溶液重量浓度30％，所述的naoh溶液重量浓度10％。

(3)向有机废液中加入助滤剂，其添加比例为0.0125g/g高浓度玉米发酵废液，然后过滤获得有机肥料和滤液；回收有机肥料，产生的滤液进入污水厂处理。

实施例3：

(1)采用400目无纺布先对高浓度玉米发酵废液进行过滤，在进行加热，加热温度为a＝60℃；

(2)先加入体积比为1％v/v的hcl溶液和1％v/v的h2o2溶液，充分搅拌，静止约10min直至泡沫完全消失为止后，再加入1％v/v的氧化剂naoh溶液，充分搅拌，静止约5min直至泡沫完全消失为止，获得有机废液；

所述的hcl溶液重量浓度36.8％，所述的h2o2溶液重量浓度30％，所述的naoh溶液重量浓度10％。

(3)向有机废液中加入助滤剂，其添加比例为0.0175g/g高浓度玉米发酵废液，然后过滤获得有机肥料和滤液；回收有机肥料，产生的滤液进入污水厂处理。

实施例4：

(1)采用450目无纺布先对高浓度玉米发酵废液进行过滤，在进行加热，加热温度为a＝65℃；

(2)先加入体积比为1.5％v/v的hcl溶液和1.5％v/v的h2o2溶液，充分搅拌，静止约10min直至泡沫完全消失为止后，再加入1.5％v/v的氧化剂naoh溶液，充分搅拌，静止约5min直至泡沫完全消失为止，获得有机废液；

所述的hcl溶液重量浓度36.8％，所述的h2o2溶液重量浓度30％，所述的naoh溶液重量浓度10％。

(3)向有机废液中加入助滤剂，其添加比例为0.018g/g高浓度玉米发酵废液，然后过滤获得有机肥料和滤液；回收有机肥料，产生的滤液进入污水厂处理。

实施例5：

(1)采用500目无纺布先对高浓度玉米发酵废液进行过滤，在进行加热，加热温度为a＝70℃；

(2)先加入体积比为2.05％v/v的hcl溶液和2.05％v/v的h2o2溶液，充分搅拌，静止约10min直至泡沫完全消失为止后，再加入2.05％v/v的氧化剂naoh溶液，充分搅拌，静止约5min直至泡沫完全消失为止，获得有机废液；

所述的hcl溶液重量浓度36.8％，所述的h2o2溶液重量浓度30％，所述的naoh溶液重量浓度10％。

(3)向有机废液中加入助滤剂，其添加比例为0.02g/g高浓度玉米发酵废液，然后过滤获得有机肥料和滤液；回收有机肥料，产生的滤液进入污水厂处理。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。