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生物发酵制酒精过程中直排冷却水的回用
摘 要：直排冷却水回用价值可观,如何能控制水量在合理的范围内是回用技术的关键.本文主要分为两部分：第一部分通过理论计算得出了直排冷却水回用起始时间点,从而得到对直排冷却水进行回收利用第一时间数据；第二部分通过生物发酵过程中酵母菌受冷却水温度变化影响的分析,提出缓冲生物发酵过程中因冷却水温变化对酵母菌产生波动的操作方法.
关键词：酒精；冷却水；回收利用
Abstract：The value of once-through cooling water reuse is really considerable in ethanol production.And the heart of the matter is how to balance the yield of water within a reasonable range. The essay can bedivided into two parts. The starting time of the reuse project has been calculated and the next step is to takeaction as soon as you get data of water according to the first part. The writers also analyzed the influence ofcooling water’s temperature on the saccharomycetes. Basing on this, the second part of the paper is abouthow to weaken the fluctuation of saccharomycetes which on account for water’s temperature during thefermentation process.
Key words：Alcohol; Cooling water; Reuse project中图分类号：TQ028.8
在工业规模化淀粉制酒精的生产过程中,水是理想的天然冷却介质,冷却水通常有两种：直排冷却水和循环冷却水.直冷水不经过二次利用,通常直接排放,水质没有发生化学变化,只是水温升高,在当前水资源紧缺的情况下,这种浪费将面临着工艺淘汰；同时,高温直冷水的直接排放将会产生热污染,导致江河水体发生变化.
1 直排冷却水的特点
一般的酒精生产企业夏季需要冷却水对发酵装置进行降温.当夏季循环冷却水给水温度≥ 25 ℃时,不能适应酵母繁殖的需要.在水源丰富的地区采用温度更适宜的粗过滤水作为换热器冷却用水.直排冷却水温度一般要求在21 ℃以下.此部分冷却水经换热器与酵母醪换热后,直接排入废水管线,被称为直排冷却水,排放量为800 ～ 2 400 m3/h,属于工业废水范畴.
如果要进行直排冷却水的回用,必须先要确定它的温度变化范围.现对一台发酵罐进行监测,并记录24 h 的相关指标,见表1,可以看出直排冷却水的给水温度、回水温度、水量与发酵罐温度相互影响.长期对运行指标的观察发现,随着气温的升高,直排冷却水的水用量增加,反之则减少（也要考虑气温变化对发酵罐温度的影响）.当原江水水温达到21 ℃以上时,直排冷却水的水量达到最大值.因此,在直排冷却水的回用过程中,水温、水量、水质是需要研究的主要内容.
2 直排冷却水的回用途径及价值
在生物发酵制取酒精的过程中,当前随着工艺的进步,都采用连续发酵工艺,所以酵母菌繁殖及转化过程中的能量释放是持续进行的,必须进行罐外冷却.如冷却不及时,当醪液温度高于34 ℃时,酵母会受到抑制.为了确保酵母菌的生长条件适宜,需要通过罐外冷却器对发酵醪进行冷却,使其温度维持在30 ～ 33 ℃.
春末夏初,粗过滤水的温度为9 ～ 13 ℃,低温的直排冷却水降温效果极其明显,但酵母菌的繁殖会由于温度过低而受到抑制,甚至出现酵母“休克”.为了避免这种情况,适当考虑将直排冷却水回收利用,通过混兑,提高粗过滤水的水温,在满足生产工艺降温的同时,又同时避免了由于温度骤降而对酵母产生的损伤,保证工艺安全.所以,对原水净化间再生处理的工艺过程成为主要研究内容.
在净化回用过程中,再生投放点成为关键控制点,通过将直排冷却水由净化间西侧DN500 的管线引入净化间后进入沉淀池顶部,并在3、4 系均匀布水,由沉降池出水的渠进入过滤池；当每一单系回用时都可实现均匀布水,直接进入沉降池出水渠,并在此和沉降后的江水混合进入过滤池,3、4 两系净水可实现自由切换.此方案的优点是,操作切换方便,因为可随时调整水量,所以回用水量易平衡,且不干扰原有工艺运行.
3 直排冷却水回用工艺路线的确定及回用流程
3.1 直排冷却水回用工艺路线的确定
季节为5 月末-10 月初,直排水冷却水经酒精发酵换热器换热后排出,其压力为0.26 ～ 0.34 MPa.此时由直排方式切换到回用方式,此过程要保证直排冷却水进入原水净化间时系统不会发生较大波动.因此,回用投放点选择至关重要,通过综合考虑,将其设在沉降池出水区前部（原江水加药反应之后）.优势：①原江水已经完成加药、絮凝、沉淀反应,沉降后的粗过滤水浊度≤ 3 NTU,与回用水的浊度基本相符,水质不会产生大的波动.②将两股水在进入滤池前充分混合,便于控制水温、水量,有利于净水系统生产稳定运行.在流程上,由于分两系运行,净化系统可随时切换,回用水也分可切换的两系设计,由两个支线阀和一个回用水总阀分别控制.当回用水量小于320 m3/h 时,由其中一系列接收回用水；当回用水量大于320 m3/h时,平均分两系接收.为了便于监测回用水的温度及流量,在净化间回用水总管线上,安装温度计和流量计,以便于监控.
3.2 直排冷却水回用流程
3.2.1 循环水切换直排冷却水
5 月下旬,随着外界温度升高,循环冷却水给水温度将超过高于24 ℃,已无法及时有效地给发酵醪换热降温,此时应考虑将循环冷却水切换为直排冷却水.需要注意的是,在回用前,需将管道内的锈泥排净,以保证水质不受污染.5 月25 日起,进行3 d 的置换排放；28 日,目测及分析水质色度指标良好后,如果水质浊度分析结果＜ 3 NTU,将直排冷却水引入净化间,开启本季回用序幕.
3.2.2 直排冷却水回用的初期效果
直排冷却水于5 月28 日开始回用,初始量为原江水量的1/7 ～ 1/6.由于高温天气将至,原江水将持续升温,回用量可适当增加,可保持供水水温＜ 18 ℃,而回用水温始终在22 ℃左右,满足生产条件.
3.2.3 高温天气回用效果
6—7 月, 随着气温逐渐升高, 江水水温可达15 ～ 21 ℃,需控制供水温度在22 ℃以下.因此回用水量将视来水条件而定,当供水水温、水量趋势稳定并满足条件时,说明控制已达到最佳值.直排水的回用对原江水量的不足形成了很好的补充,平均约占原江水量的25%.8 月,一般生物发酵工厂均要进行大检修,不再分析回用情况.
3.2.4 9—10 月回用效果及分析
检修结束后,生产趋于稳定,9 月中旬开始回用直排冷却水.由于此时环境温度已开始下降,昼夜温差14 ℃左右,供水温度与江水温度发生了变化,供水水温显著升高,此时回用水的水温、水量、浊度指标虽然保持稳定,但原江水需求量出现较大波动.当回用水量增加时,原江水需量也随之增加,同时原江水量的增加还提高了设备电耗及资源消耗.如果此时根据昼夜温度变化频繁切换直排冷却水及循环水,会影响循环水系统的安全性及稳定性.
当进入晚秋季节,江水水温也趋于下降,通过监测,受回用水温影响,供水水温明显升高,而整个循环水补水由于供水影响,水量增加,回用量与增加量基本持平.因此在10 月15 日停止回用,将直排冷却水切换为循环水冷却.
4 结语
本次直排冷却水在初期回用及夏季回用达到了预期的效果.其时间跨度为6 个月.在实际运行中,摸索出了原江水、粗过滤水、回用水的水量及水温的变化关系；本生产周期总计直排冷却水回用量为58 万t.从效益上来讲,气温低于15 ℃时回用价值不明显.气温高于22 ℃时回用价值较高,本周期有效回用时间为74 d.监测及研究发现,在直排冷却水的再生回用过程中,生物制酒精生产过程中的直排冷却水的再生回用技术是可靠的.
作者简介：邢建玲（1971—）,女,工程师；专业方向为工业发酵.
生物发酵论文范文结:
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