以糖蜜为原料的酵母废水处理技术 4页

86酿酒科技2010年第7期（总第193期）·LIQUOR－MAKINGSCIENCE＆TECHNOLOGY2010No．7(Tol．193)以糖蜜为原料的酵母废水处理技术1，211李知洪，肖冬光，梁音（1.天津科技大学生物工程学院，天津300457；2.安琪酵母股份有限公司,湖北宜昌443003）摘要：以糖蜜为原料的酵母废水属于高浓度有机废水，其可生化处理性能较差，单一的处理技术并不能将酵母废水处理后达标排放。由于酵母发酵废水中含有丰富的有机质以及多种微量元素，因此，对于酵母废水的处理必须在实现资源化综合利用的基础上采用多种处理技术相结合，最终实现废水的达标排放。关键词：综合利用；酵母废水；生化处理；蒸发浓缩；喷雾干燥中图分类号：X797；TS261.1文献标识码：A文章编号：1001－9286（2010）07－0086－03TreatmentTechniquesofMolasses-basedYeastWastewater1,211LIZhi-hong,XIAODong-guangandLIANGYin（1.CollegeofBioengineering,TianjinUniversityofScienceandTechnology,Tianjin300457;2.AngelYeastCo.Ltd.,Yichang,Hubei443003,China）Abstract:Molasses-basedyeastwastewaterbelongstohighconcentrationorganicwastewateranditisquitedifficulttodealwithsuchwastewaterbybiochemicaltechniques.Theyeastwastewatercouldnotmeetthedrainagestandardsiftreatedonlybysingletechnique.Theyeastwastewatercontainsrichorganicsubstancesandmultipletraceelements.Accordingly,thecombinationofseveraltechniquesshouldbeadoptedforitstreat-mentbasedontherealizationofcomprehensiveutilizationofresources.Keywords:comprehensiveutilization;yeastwastewater;biochemicalprocessing;evaporation&concentration;spraydrying目前，酵母已经被广泛应用于食品加工、酿酒、营养水的处理就变得简单了。保健、医药、动物养殖等领域，其与人类的生活息息相关，1酵母高浓度有机废水的处理密不可分。酵母的生产主要以糖蜜为原料，其中以甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜为主。糖蜜的成分比较复杂，含有大量的无1.1蒸发浓缩机盐类和大分子糖类有机物。甘蔗和甜菜在糖加热过程酵母发酵过程中产生的高浓度有机废水主要来自酵中首先形成糠醛，糠醛可以被驯化过的厌氧污泥降解，但母发酵液的分离废水和糖蜜预处理过程中产生的废水，深色的焦糖化合物的降解性能非常差，因此，糖在进一步这部分废水COD浓度很高，生化处理技术难以将之处加热后降解性能的下降是由于大分子焦糖化合物的形成理达标排放，但废水中含有丰富的氮、磷、钾、钙、铁等无所致。焦糖化合物存在于酵母废水中，使得酵母废水的颜机微量元素以及腐植酸、黄腐酸等有机物质，可用来做肥色变深，同时废水中大分子有机物、无机盐类和SO2-的料、饲料添加剂等。废水的固形物含量较低，直接利用很4浓度均较高，这些都加大了酵母废水的治理难度。不方便，因此，采用蒸发浓缩技术将废水浓缩后进行综合酵母生产过程中废水的产生主要是在糖蜜的预处利用是处理酵母高浓度有机废水的有效途径之一。理、酵母发酵液的分离及酵母乳的真空过滤环节，这部分生产1t高活性干酵母产生的高浓度有机废水大约3废水产生的COD量占酵母生产过程中排放COD总量26m，其固形物浓度一般在5%～8%之间，具体水量和的90%以上，其次是酵母生产过程中清洗产生的废水。固形物含量跟酵母生产的品种、酵母生产的工艺有很大酵母生产排放的污染物主要来自于糖蜜本身，酵母发酵的关系，采用多效蒸发浓缩可以将废水的固形物含量提生产利用的是糖蜜中可发酵利用的糖类物质，而不被酵高到55%～60%之间，这样更加便于废水的综合利用。母吸收利用的物质以及酵母新陈代谢产生的代谢产物最酵母废水蒸发浓缩到55%～60%，比重为1.28，浓缩后终会随废水排放。因此，酵母发酵废液中含有丰富的氮、的物料具有一定的流动性，可以很方便地运输和后续的磷、钾、钙、铁等无机微量元素以及腐植酸、黄腐酸等有机使用，如果蒸发浓缩浓度太高，则物料粘度太高，同时物物质。如果将这部分废液进行资源化综合利用后，其他废料中的盐分析出，将对后续的使用带来很大的麻烦。蒸发收稿日期：2010－06－17作者简介：李知洪（1966-），男，硕士研究生，湖北安琪集团公司总经理，高级工程师，享受国家特殊津贴专家，获科研成果11项，发表论文数篇。通讯作者：肖冬光，E-mail：xiao99@tust.edu.cn。n李知洪，肖冬光，梁音·以糖蜜为原料的酵母废水处理技术87浓缩过程中的冷凝水因为COD高达2000mg/L以上，必大。酵母废水浓缩液是热敏性物质，干燥后的物料吸湿性须返回到生化系统进行深度处理。非常强，暴露在空气中会很快吸潮结块，加上其低熔点的常用的蒸发浓缩反应器有管式和板式两类，每类蒸特性，导致物料在干燥过程中极容易软化粘壁，因此，酵发器都有自己的优点和缺点，但在酵母废水的蒸发浓缩母废水浓缩液的干燥需要认真解决如下几个问题。过程中，因为废水里面的盐分容易结晶析出，因此，蒸发①选择合适的雾化器。雾化器又称喷嘴,是喷雾干燥器建议选择管式蒸发器，为了防止盐分结晶堵塞管道，管设备的关键部件，其结构的不同直接影响液体雾化分散式蒸发器必须对高浓度物料采用强制循环。而板式蒸发效果，进而影响微粒的粒径和性能。酵母废水浓缩液的粘器因为无法采用强制循环，一旦物料在板片上结垢，将给附性极强,不易分散，易使已分散的物料重新粘结成团，清洗带来很大的难度。表1为多效板式蒸发器蒸发酵母导致来不及干燥而粘壁。同时，该物料中的水分和物料的废水的垢样成分分析（I效）结果。结合状态属毛细管水、渗透水、吸附水和结构水，故水分在物料中的传递阻力大，如不能设法将物料分散成很小
 
的颗粒以减少传热传质阻力，干燥时间的延长也是造成  粘壁的重要原因。以甘蔗糖蜜为原料的酵母废水浓缩液
 和以甜菜糖蜜为原料的酵母废水浓缩液的特性有很大的
 不同，一般以甜菜糖蜜为原料的废水浓缩液熔点更低，干   燥过程中更容易粘壁。因此，对于以甘蔗糖蜜为原料的酵  母废水浓缩液一般选用离心喷雾，而对于以甜菜糖蜜为
原料的酵母废水浓缩液一般选用压力喷雾。②选用适宜的操作工艺条件。针对酵母废水浓缩液!"#$干燥特点，首先要使工艺流程可运行，不粘壁，不结块，产品能保证质量。其次要求热能和动力消耗的合理性，减少多效真空蒸发器的效数可以从2效到6效进行选盲目放大，降低多余动力消耗，以及操作方便等因素。对择，单从技术上，都是可以采用的，效数的选择主要是从于气流式喷雾干燥塔，操作工艺参数主要涉及干燥温度、经济性上作比较，合适的效数可以做到经济合理，节约投进料速率和喷头压力。喷雾干燥塔温度分为进风口温度资，降低生产成本。一般来讲，效数少则一次性投资小，蒸和出风口温度。提高进风口温度可以增大液滴的蒸发强发强度较大，但蒸汽消耗大，只能用于蒸发水量较小的情度，使液滴在接触塔壁之前，表面就已经固化,可有效减况下使用；效数多则一次性投资多，单位蒸发面积蒸发水少粘壁损失，提高产品收率。此外，温度对颗粒粒径有较量会有所下降，其蒸汽消耗则随效数的增加而减少，生产大影响，温度较低时，溶液雾滴达到过饱和的时间延长，成本比较低。蒸汽的费用一般占生产成本的80%以上，瞬间成核速度降低，成核数量减少，所得微粒粒径增大，而节省蒸汽的方法就是增加蒸发器的效数。然而随蒸发导致干燥时间延长。进风口温度维持不变时，提高出风口器效数的增加，设备投资、占地面积、管理成本也会相应温度可以缩小进出口温度差，提高热空气在塔内的平均增加，同时每增加一效蒸发器，单位面积蒸发强度随之降温度，加快干燥速率，有效防止粘塔现象。因此，在物料低，过多的效数也不是最经济的。因此，酵母废水的蒸发不失活和没有低熔点粘壁的前提下，适当提高干燥温度器效数的选择主要考虑其经济性，建议一般不少于4效。是有利的。在酵母废水浓缩液的干燥过程中，喷塔的进口1.2喷雾干燥温度一般维持在180～220℃为宜，出口温度维持在酵母废水浓缩液可以直接用做有机肥料的原料，与110～120℃。但需要特别强调的是，在酵母废水浓缩液其他填充料拌和后干燥成有机肥料，也可以作为颗粒饲的干燥过程中，一定要注意控制塔内最高温度分布区不料的原料添加，但酵母废水浓缩液的运输成本限制了其能超过酵母废水浓缩液的熔点。使用范围，如果将酵母废水浓缩液干燥成固体，将大大方③干燥塔壁的冷却。正是因为酵母废水浓缩液的低便其使用，喷雾干燥就可以将浓缩液干燥成粉末。熔点特性，物料在雾化迅速干燥后，如果不将物料的温度喷雾干燥是利用雾化器将料液分散为细小的雾滴,降下来，则物料会出现粘壁的现象，且粘壁后的物料会逐并在热干燥介质中迅速蒸发溶剂形成干粉产品的干燥技渐加厚，在粘壁厚度到达一定的程度后，里层的物料会出术。喷雾干燥具有蒸发面积大、干燥时间短(几秒至数十现发泡软化现象，最终形成卷状脱落。干燥塔壁的冷却，秒)、对有效成分破坏少等优点。酵母废水浓缩液属于糖除必须注意在控制一定温度的同时，还要注意控制冷却类物料，虽然其中的低分子糖类物质已经被酵母吸收利风量的湿度。用，但大分子糖类物质和其中的盐分使得干燥的难度加酵母废水浓缩液的吸湿性、低熔点以及高盐分特性，n88酿酒科技2010年第7期（总第193期）·LIQUOR－MAKINGSCIENCE＆TECHNOLOGY2010No．7(Tol．193)给其喷雾干燥带来了很大的难度，在该物料的喷雾干燥的营养物质，糖蜜中的氮源是不足够的，在酵母发酵过程过程中除了以上的关键点之外，还需要注意塔径的合理中需要人工添加氮源，虽然大部分氮源被酵母吸收利用，选择、干燥段高度的设计等，正是因为其干燥的难度，目前但其代谢产物以及车间的清洗废水仍含有一定的氨氮，国内外酵母企业大都没有采用喷雾干燥，国内的安琪酵因此，酵母废水在处理过程中需要脱氮。废水的生物脱氮母是酵母废水浓缩液应用喷雾干燥最成功的酵母企业。处理过程，实际上是将氮在自然界中循环的基本原理应用于废水生物处理，并借助于不同微生物的共同协调作2酵母低浓度有机废水的处理用以及合理的运行控制，将生物去碳过程中转化而产生酵母发酵液的分离废水和糖蜜处理环节的废水综合的及原废水中存在的氨氮转化成氮气从废水中脱除的过利用后，其余的废水处理就变得容易了，但由于酵母真空程。转鼓的废水中仍然含有不可生化降解的物质以及氨氮，目前，应用最广泛的生物脱氮是A/O工艺（A/O-所以，酵母低浓度废水采用生化处理是最有效、最经济的Anoxic/Oxic），另外通过对脱氮微生物的深入研究，提出处理途径。了同步硝化-反硝化工艺（SND-SimultaneousNitrifica-2.1生化处理tionandDenitrification），厌氧氨氧化工艺（ANAMMOX-目前，废水生化处理厌氧反应器仍以常规的UASBAnaerobicAmmoniumOxidation），短程硝化-反硝化工为主，但UASB的低上升流速难以防止酵母细胞在厌氧艺，如SHARON工艺技术、OLAND工艺技术等。与传统反应器中的积累，同时酵母生产线清洗过程中排放的少的生物脱氮工艺相比，A/O脱氮工艺具有流程短、造价低量悬浮物也会对反应器的正常运行带来威胁。酵母属兼的优点，由于该工艺只有一个污泥回流系统，因而使好氧氧微生物，而厌氧污泥属厌氧微生物，酵母细胞在厌氧反异养菌、反硝化菌和硝化菌均处于缺氧-好氧交替的环境应器内的积累会导致厌氧颗粒污泥的洗出，时间一长，最中，其混合液为多种菌构成的混合菌群系统，虽可通过运终会导致厌氧系统的处理效率逐步下降，直至运行瘫痪。行条件的控制，使不同的菌属在不同的条件下发挥各自因此，在酵母低浓度废水处理上，厌氧反应器必须选择高的处理功能，但由于相互竞争的作用，在一定程度上削弱上升流速的厌氧反应器，这类厌氧反应器可有效避免此了各菌属的优势，因而也影响了其脱氮效率，在酵母废水现象的发生。的脱氮处理过程中采用A/O工艺，其污泥回流比和营养高上升流速的厌氧反应器主要有两种，即内循环厌盐的控制非常困难，氨氮的去除率最高可以达到75%。氧反应器（简称IC）和膨胀颗粒污泥床厌氧反应器（简称ANAMMOX细菌的发现，在生物界氮素循环中具EGSB），这类厌氧反应器由于内部厌氧污泥的颗粒化及有革命性的意义，这种细菌能够在氮素循环中形成一个高的上升流速，大大增加了厌氧反应器的耐冲击负荷能短路，即利用亚硝酸盐作为电子受体，直接将氨氮氧化成力，可将废水中的酵母以及悬浮物直接冲洗出反应器外，氮气。这一转换过程可称为厌氧氨氧化。对于酵母废水处与UASB反应器相比，IC反应器和EGSB反应器在其处理来讲，相对于传统的硝化-反硝化工艺，ANAMMOX理效能、运行稳定性、颗粒污泥特性等方面具有一系列的具有很大的优越性，其氨氮的去除率可以高达98%。优点。表2为IC反应器和UASB反应器在处理酵母废酵母废水的好氧处理作为厌氧处理和脱氮处理的后水时的具体性能比较。续处理单元，可以确保废水中污染物进一步处理，同时可
 以消除厌氧的异味。酵母废水中好氧处理工艺的选择并
没有固定模式，具体的工艺可以根据实际情况灵活运用。+生化处理技术采用在IC后续处理过程中增加生物, 脱氮技术，确保废水氨氮达标的同时，可以减轻氨氮对好!"#$%&’(+-./0氧微生物的抑制，最大效率地提高好氧处理环节COD )*12去除率。酵母废水的生化处理采用IC（或EGSB）+%+ANAMMOX+好氧工艺技术，IC厌氧处理COD去除率3478934:;<34@;345634=>?34可以达到70%以上，同时避免了酵母及其他悬浮物对厌DE7=F@AB#C氧系统的冲击，好氧处理COD去除率可以达到70%以G)HLMMCVMC上，氨氮去除率可以达到98%，最终处理出水COD可以IJNOPQRS%TUW)HIJXY维持在180～200mg/L水平。KIJ)HZ[F;2.2化学处理@AB]C!;^_$酵母废水的深度处理技术的选择主要是作为生化处理环节的补充，确保废水达标排放。生产原料糖蜜中的焦酵母在发酵过程中需要以氮源作为其自身新陈代谢（下转第92页）n92酿酒科技2010年第7期（总第193期）·LIQUOR－MAKINGSCIENCE＆TECHNOLOGY2010No．7(Tol．193)3结论tothedifferentionofRiasBaixasSpanishWhiteWines[J].JournalofAgricultrual&FoodChemistry，1995，43：764-768.经过2次诱变，得到玫瑰香葡萄酒专用酵母H9-24，[4]赵光鳌,尹卓容,张继民,等人译.葡萄酒酿造学-原理及应用与出发菌株H相比，专用酵母发酵生产玫瑰香葡萄酒中（第1版）[M].北京：轻工业出版社,2001.2-苯乙醇生成量提高了46.0%，高级醇生成量降低了[5]王方，王伟，尹吉泰,等.顶空固相微萃取-气相色谱/质谱对玫30.7%。瑰香葡萄酒挥发性成分的研究[J].现代仪器，2007,(3)：66-68.通过气相色谱/质谱联用技术对玫瑰香葡萄酒检测[6]SetkovaLucie,RisticevicSanja,PawliszynJanusz.Rapid分析，共定性检测出58种风味物质，其中选择了17种风headspacesolid-phasemicroextraction-gaschromatograph-味物质进行准确定量，玫瑰香专用酵母所产玫瑰香葡萄ic-time-of-flightmassspectrometricmethodforqualitativeprofilingoficewinevolatilefraction-II:Classificationof酒的萜烯类化合物和2-苯乙醇含量比生产用干酵母高，CanadianandCzechicewinesusingstatisticalevaluationofthe高级醇含量比生产用酵母有所降低。经对比品尝，玫瑰香data[J].JournalofChromatography,2007,A1147(2)：224-240.专用酵母所产葡萄酒更具有玫瑰香品种的典型性，因此[7]崔志峰，车智博,等.2-苯乙醇耐受性高产酵母菌株的选育[J].该酵母菌可以投入生产使用，生产出具有天津产地特点浙江工业大学学报，2008，(4)：427-430.的玫瑰香葡萄酒。[8]胡亚丽，肖冬光，张军,等.玫瑰香葡萄酒专用酵母菌株的选育参考文献：[J].酿酒科技，2009，(11)：42-45.[9]李华，王华，袁春龙,等.葡萄酒化学[M].北京：科学出版社，[1]张福庆，李巍，田卫东等.玫瑰香品种特性与汉沽产地特征分2005.析[J].中外葡萄与葡萄酒,2007,（5）：39-42.[10]陈嘉，李喜宏,等.不同破碎程度对玫瑰香干红葡萄酒风味的[2]李记明，贺普超，刘玲.优良品种葡萄酒的香气成分研究[J].西影响[J].中外葡萄与葡萄酒，2008，(5)：11-14.北农业大学学报，1998，26(6)：6-9.[11]李华.葡萄酒品尝学[M].北京：科学出版社，2006.[3]Garcea-JaresC,Garcea-MartinS，Cela-TorrijosR.Analysisof[12]R.N.Greenshields．Volatilesinhome-brewedbeersandwinesomehighlyvolatilecompoundsofwinebymeansofpurgeand[J].J.Sci.FdAgric，1974，(25)：1307-1312.coldtrapinginjectorcapillaryGasChromatographyapplication-------------------------------------------------（上接第88页）糖物质经过高温后形成，性质稳定，可生化处理的性能很[1]唐金鑫，王宗濂，黄立新.喷雾干燥工程的研究进展及其开发差，虽然含有糖蜜的废水大部分都已被蒸发浓缩后综合应用[J].南京林业大学学报,1997，21(S1)：10-14.[2]贺延龄.废水的厌氧生物处理[M].北京：中国轻工业出版社，利用，但车间清洗等过程中排放的废水中含有的少量发1998.色焦团经过生化处理，COD仍然达不到国家排放标准。[3]王宗濂，韩磊，唐金鑫.喷雾干燥热风分布器设计原则[J].干燥如果要达到100mg/L以下的COD排放标准，必须选择技术与设备，2003，(1)：40-42.化学处理模式作为后续深度处理。[4]王喜忠，于才渊，周才召.喷雾干燥[M].北京：化学工业出版化学处理技术的关键主要是药剂的选择，其次是分社，2003.离方式的选择。目前应用的最普遍的是浅层气浮，该技术[5]于景芝.酵母生产与应用手册[M].北京：中国轻工业出版社，对药剂的选择很重要，一般选择聚合硫酸铁，也可以采用2005.聚合氯化铝，但效果不如聚合硫酸铁，很少用三氯化铁，[6]MichaelM,MurphybK,KumarbS,etal.Effectsofprocessvari-因为三氯化铁会加重酵母废水最终处理出水的色度。浅ablesonthepowderyieldofspraydriedtrehaloseonalabora-toryspraydryer[J].EuropeanJournalofPharmaceuticsand层气浮系统的人为控制因素较多，对操作人员的经验要Biopharmaceutics;2005,59：565-573.求较高，所以容易造成出水的不稳定，但投资少。也有应[7]AlyssonLRR,WanderleyPO.Spraydryingconditionsand用比较先进的FENTON处理技术，直接使用硫酸亚铁和encapsulatingcompositioneffectsonformationandproperties双氧水，出水水质好，但投资较大。ofsodiumdiclofenacmicroparticles[J].PowderTechnology;3结束语2006,171：7-14.[8]韩磊，唐金鑫，吴亚飞，王宗濂.含糖类物料的喷雾干燥[M].北酵母废水处理的达标排放必须在实现综合利用的基京：林产化学与工业，2006.础上，再寻求经济有效的处理技术，笔者从多年的酵母废[9]沈耀良，王宝贞.废水生物处理新技术（理论与应用，第二版）水治理经验中，提出综合利用+生化处理的治理路线，[M].北京：中国环境科学出版社，2006.可以供大家研究和探讨。[10]周学永，高建保.喷雾干燥粘壁的原因与解决途径[M].北京：应用化工，2007.参考文献：