一种酒精糟液水与中温厌氧出水共回用发酵酒精的方法

摘要

本发明公开了一种酒精糟液水与中温厌氧出水共回用发酵酒精的方法，该工艺方法按料液重量比1：1.5～2.4的配比加入配料液，所述配料液由酒精糟液水、中温厌氧出水和补加清水组成，不仅回用了废液，且不需要外加氨水或硫酸，还可降低废液处理成本，本发明通过控制料水比，并调整酒精糟液水与中温厌氧出水比例来控制pH值，避免了传统工艺中需要对中温厌氧出水进行脱硫酸根、脱氨氮以及需要外加酸或碱调节pH值等既繁琐又增加成本的程序，极大地提高了生产效率、降低了生产成本，不仅极大地减少了酒精生产中的污水排放，节约了拌料用水成本及污水处理成本，更重要的是产出了更多的附加产品，带来了十分可观的市场经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及生物工程领域中酒精糟液水及中温厌氧出水再利用技术领域，尤其涉及一种酒精糟液水与中温厌氧出水共回用发酵酒精的方法。

背景技术

酒精作为一种可再生的战略性资源己进入国家重点发展的工业产品中，但酒精发酵行业目前却是对环境有着较大污染的行业。传统的发酵方法所产生的废水大多经过处理后排入自然水体中，虽然经过处理后排放水中的COD等多项指标均己达标，但与自然水相比仍有着较大的差距。酒精发酵行业是一种大宗产品生产行业，排放水计量单元通常为万吨级，对自然水仍然存在较大的污染。

中国专利2005年8月31日公开的申请号为200410066017.3的发明专利公开了一种清液发酵生产高浓度酒精的闭路循环工艺，其不足之处在于：该技术存在较大的缺陷，酒精糟直接回用造成料浆pH值偏低，需要加氨水进行调节，极大地增加了生产成本。中国专利2011年7月13日公开的申请号为201010576401.3的发明专利申请公开了一种中温厌氧出水水资源化生产酒精的方法，该技术的不足之处在于：需要大量的氧气或空气等氧化剂进行氧化处理，费时费工成本高，同时通过该技术处理，将产生大量的CO₂，排放到空气中，加重温室效应，对环境气候造成极大影响。

中国专利2011年7月6日公开的申请号为201010576411.7的发明专利专利公开的一种提高以中温厌氧出水为配料水的酒精生产方法，包含以下步骤:将原料按规定料水比与脱氨后的厌氧出水进行混合,调节pH后添加液化酶加热蒸煮液化,冷却后添加糖化酶糖化,再降温后接种发酵,发酵结束后进行蒸馏,在对蒸馏得到的蒸馏废液进行厌氧处理前,需要进行硫酸根的沉淀,在蒸馏废液经过厌氧处理后,中温厌氧出水pH值在8.0左右，在用作拌料水时，需要加入硫酸降低pH值，另外需要进行脱氨处理才能作为下一批酒精发酵的配料水，一方面硫酸根的处理极大地增加了生产成本，另一方面硫酸根的存在会对设备造成腐蚀，严重影响设备使用寿命，甚至造成设备的损坏。

发明内容

本发明的目的在于克服现在有技术中存在的不足，提供一种无需增加其它外源物，还可降低废液处理成本的酒精糟液水与中温厌氧出水共回用生产酒精的方法，该工艺方法不需要外加氨水或硫酸，通过调整酒精糟液水与中温厌氧出水比例控制配料PH值，是一种更为有效的绿色环保工艺。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：一种酒精糟液水与中温厌氧出水共回用发酵酒精的方法，其工艺步骤包括：

(1)取淀粉质原料经过粉碎，按料液重量比1：1.5～2.4的配比加入配料液，搅拌均匀制成混合浆料备用，所述配料液由酒精糟液水、中温厌氧出水和补加清水组成，所述配料液中酒精糟液水和中温厌氧出水的总量与所述补加清水的重量配比为30～91：9～70，搅拌混合过程中，通过调节酒精糟液水与中温厌氧出水的配比调整pH值5.0～6.5；

(2) 将所述混合浆料中加入12～18u/g_干料的高温淀粉酶，均匀搅拌并在90～100℃温度下进行液化处理，制得液化浆料；

(3) 将所述液化浆料降温至32～34℃加入160 ～250u/g_干料糖化酶,并接种活性干酵母进入酒精发酵，发酵温度控制在33～34℃，酒精发酵终了醪液进行蒸馏出生产酒精，并收集酒精糟；

(4) 将所述酒精糟经过固液分离后，糟渣他用，酒精糟液水一部分直接回用，另一部分进行高温、中温沼气发酵制备沼气，产生的中温厌氧出水直接回用；

（5）重复步骤（1）-（4）。

作为本发明进一步的优化方案：所述配料液中酒精糟液水与中温厌氧出水的重量配比为30～80：20～70。

作为本发明进一步的优化方案：所述淀粉质原料采用木薯、马铃薯、小麦、玉米、高梁中的一种或多种。

作为本发明再一步的优化方案：所述补加清水为自来水或/和蒸馏残液水，所述蒸馏残液水是指酒精发酵成熟醪在蒸馏塔内蒸馏后蒸馏塔釜内残留的含有极少量酒精的液体。

进一步再优化本发明的方案：所述步骤（4）中，酒精糟采用板框或卧式螺旋离心机进行固液分离。

根据发明人研究，工业生产酒精过程中所产生的废水主要为酒精糟液水及利用酒精糟生产沼气过程中产生的中温厌氧出水，大多经过处理后排入自然水体中，虽然经过处理后排放水中的COD等多项指标均己达标，但与自然水相比仍有着较大的差距，然而，这类废液对于酒精发酵来说，仍含有大量的有用成分，如酒精糟液水为PH值在3—5之间的偏酸性液体，其主要成分为乳酸、醋酸、水溶氨基氮，另含有少量不可发酵性糖类，如木糖、异麦芽糖、纤维二糖等，其属于酸性特点可抑制酒精发酵生酸，对发酵有利；而中温厌氧出水属偏碱性物质，主要成分为水溶氨基氮，能为酵母提供氮源，并能极大地提高发酵效率。因此，本发明采用酒精糟液水与中温厌氧出水混合使用，通过适当调节其配比，将配料pH值控制在最适宜酒精生产发酵的5.0～6.5范围内，中温厌氧出水为发酵提供氮源，可替代传统外加氮源，并可取代添加硫酸根来调节酸碱度的传统方法，同时也可省去后续的脱硫酸根、脱氨氮的工序，由此极大地节约成本，提高生产效率，发酵时间对比传统工艺缩短2-4小时，更为重要的是本发明所用的中温厌氧出水直接被回用，不再需要进行多级的厌氧出水的资源化处理，优化了酒精生产工艺环节，降低了处理成本，通过混配所述酒精糟液水，并补加少量的自来水或/和蒸馏残液水，极大的提高了水资源利用率。传统工艺每吨酒精拌料用自来水约6.6t,两种废水产生量为5.6t左右；若采用废水回用拌料，吨酒精拌料用自来水不超过0.6t，即可节约自来水6t，节水率达到90%以上。不可发酵性糖类会在沼气发酵中被分解利用，有效地提高了废料变废为宝再利用的利用率。

本发明通过控制料水比，并调整酒精糟液水与中温厌氧出水比例来控制配料后pH值，有效地避免了传统工艺中需要对中温厌氧出水进行脱硫酸根、脱氨氮以及需要外加酸或碱调节pH值等既繁琐又费工费时且增加成本的程序，也避免了传统工艺生产中硫酸根对设备造成腐蚀，严重影响设备使用寿命，甚至造成设备的损坏等情况的发生，极大地提高了生产效率、降低了生产成本，保障了设备的安全运行和使用寿命，极大地降低了设备停产维修的机率，提高设备产量；也避免了大量CO2排放到空气中加重温室效应情况的发生，极大地降低了对环境气候造成的影响；通过将酒精糟进行固液分离，糟渣用于生产饲料，所得酒精糟液水一部分直接回用于酒精发酵用的配料水，另一部分进行高温、中温两步沼气发酵，产生的沼气用于发电或车用燃气，极大地提高了酒精生产中废物利用率，变废为宝，不仅极大地减少了酒精生产中的污水排放，节约了拌料用水成本及污水处理成本，更重要的是转化产出了更多的附加产品，带来了十分可观的市场经济效益，本发明实现了酒精生产低成本、高环保、高产出的循环型节能环保生产的目的，走出了一条更为有效的绿色环保工艺路线，采用本发明所述工艺方法进行了精细的试验研究，并结合长期的大生产实践，制备的发酵成熟醪酒度超过15.20% (v/v)，残总糖可低于2.61%，废渣中淀粉含量仅2.93%，淀粉利用率可达96.0%以上，由此实现了淀粉原质清液酒精发酵的工业化生产的优化，同时大大提高提高淀粉质原料综合利用价值，具有很大的经济、社会和生态效益，值得普遍推广使用。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的酒精糟液水与中温厌氧出水共回用发酵酒精的方法步骤包括：取淀粉质原料粉碎；加入酒精糟液水和中温厌氧出水及补加水混配；加入高温淀粉酶液化；加入糖化酶、接种活性干酵母同步糖化发酵；蒸馏；酒精糟固液分离；沼气发酵；中温厌氧出水回用。

下面结合实施例做进一步说明。

实施例一

本发明分别采用马铃薯、小麦、玉米、高梁、木薯+小麦、马铃薯+玉米、高梁+玉米、木薯+高梁进行小实验，运用控制变量法的实验手段，实验所用的酒精糟液水、与中温厌氧出水均来自大生产残留；同时各组实验进行对比组试验，对比组采用单一的自来水进行拌料，其他步骤保持一致，其实验结果如下表：

 马铃薯小麦玉米高梁木薯+小麦马铃薯+玉米高梁+玉米木薯+高梁实验组成熟醪酒度15.27%14.92%14.74%13.85%15.33%14.68%14.20%14.90%实验组总糖2.71%2.90%2.14%2.33%2.99%2.73%2.25%2.50%对比组成熟醪酒度14.69%14.12%14.11%13.45%14.69%14.18%13.76%14.49%对比组总糖3.05%3.21%2.87%2.72%3.25%3.52%2.83%3.25%

由上述试实验结果可以得出，通过各种原料进行的实验结果（见上表）表明，采用本方法所述技术方案进行酒精生产，与现有技术相比，其生产过程中酒精醪的酒度普遍提高，酒糟的残总糖含量普遍降低，出品率提高。本发明的创造性的选用酒精糟液水与中温厌氧出水共回用拌料的方法，不会对发酵产生不良影响，具有良好的大生产基础。

实施例二

一种酒精糟液水与中温厌氧出水共回用发酵酒精的方法，包括以下工艺步骤：

（1）取木薯粉500kg，加入酒精糟液水560kg，加入中温厌氧出水350kg，补加自来水45kg,得到料浆pH值为5.0；

（2）加入14u/g_干料高温淀粉酶60g，搅拌均匀后加热，90℃保温液化120分钟；

（3）快速降温到34℃，然后加入180 u/g_干料糖化酶500g，接入1kg活性干酵母，33℃恒温培养发酵60hr发酵结束，成熟发酵液的体积为809L，酒精浓度为15.15% (v/v) ，经蒸馏后获得成品酒精107kg(95.7 % v/ v）；

（4）酒精糟经过滤得到糟渣和酒精糟液水560kg，其中270 kg用于下次拌料，其余进入沼气发酵，获得沼气；沼气作为燃料供给锅炉或联产热、电或经压缩用于车用燃气；中温厌氧发酵液自然沉降分离得清液即中温厌氧出水280 kg，回用于下一批发酵配料用水；

（5）重复步骤（1）-（4）。

依次循环15批次发酵正常。

本次生产节约用水13.65吨，节约成本34.7元，减少污水排放7.2吨，减少污水处理成本90元，与传统加硫加氨方法相比，节约成本约500元，并缩短了发酵周期1.5h。

实例三

一种酒精糟液水与中温厌氧出水共回用发酵酒精的方法，包括以下工艺步骤：

（1）取3：1的木薯与玉米混合粉480kg，加入酒精糟液水480kg，加入中温厌氧出水420kg，补加自来水75kg和蒸馏残液水12.5kg,得到料浆pH值为5.8；

（2）加入15u/g_干料高温淀粉酶50g，搅拌均匀后加热，95℃保温液化100分钟；

（3）快速降温到36℃，然后加入200 u/g_干料糖化酶500g，混匀后继续降温至35℃，接入1kg活性干酵母，34℃恒温培养发酵65hr发酵结束，成熟发酵液的体积为957 kg，酒精浓度为15.22% (v/v) ，经蒸馏、精馏后获得成品酒精109kg(95.6 % v/ v）；

（4）酒精糟经离心机分离得到糟渣和酒精糟液水610 kg，其中280 kg用于下次拌料，其余进入沼气发酵，获得沼气；沼气作为燃料供给锅炉或联产热、电或经压缩用于车用燃气；中温厌氧发酵液自然沉降分离得清液即中温厌氧出水290kg，回用于下一批发酵配料用水；

（5）重复步骤（1）-（4）。

依次循环25批次发酵正常。

本次生产节约用水22吨，节约成本55元，减少污水排放14.7吨，减少污水处理成本183元，与传统加硫加氨方法相比，节约成本约820元，，并缩短了发酵周期1.8h。

实例四

一种酒精糟液水与中温厌氧出水共回用发酵酒精的方法，包括以下工艺步骤：

（1）取5：2的木薯与高梁混合粉500kg，加入酒精糟液水425kg，加入中温厌氧出水580kg，补加自来水105kg,得到料浆pH值为5.7；

（2）加入14u/g_干料高温淀粉酶65g，搅拌均匀后加热，98℃保温液化110分钟；

（3）快速降温到34℃，然后加入160 u/g_干料糖化酶500g，混匀后继续降温至35℃，接入1kg活性干酵母，34℃恒温培养发酵60hr发酵结束，成熟发酵液的体积为840 kg，酒精浓度为15.12% (v/v) ，经蒸馏、精馏后获得成品酒精118kg(95.5 % v/ v）；

（4）酒精糟经离心机分离得到糟渣和酒精糟液水595 kg，其中290 kg用于下次拌料，其余进入沼气发酵，获得沼气；沼气作为燃料供给锅炉或联产热、电或经压缩用于车用燃气；中温厌氧发酵液自然沉降分离得清液即中温厌氧出水297kg，回用于下一批发酵配料用水；

（5）重复步骤（1）-（4）。

依次循环20批次发酵正常。

本次生产节约用水20.1吨，节约成本52.5元，减少污水排放11.9吨，减少污水处理成本160元，与传统加硫加氨方法相比，节约成本约650元，，并缩短了发酵周期1.2h。

本申请人仅有效地降低了生产成本、提高了生产效率，保障了设备的安全运行和使用寿命，极大地降低了设备停产维修的机率，提高设备产量；避免了大量CO2排放到空气中加重温室效应情况的发生，极大地降低了对环境气候造成的影响；不仅极大地减少了酒精生产中的污水排放，节约了拌料用水成本及污水处理成本，更重要的是产出了更多的附加产品，带来了十分可观的市场经济效益，本发明实现了酒精生产低成本、高环保、高产出的循环型节能环保生产，是一种更为有效的绿色环保工艺。