我國(guó)啤酒工業(yè)廢水處理實(shí)用實(shí)用工藝

1、我國(guó)啤酒工業(yè)廢水處理工藝淺析1.刖言啤酒行業(yè)是最耗水行業(yè)， 其產(chǎn)生的污水量占總耗水量 80%。啤酒工業(yè)廢水為高濃度有機(jī)、 無毒廢水，其成分組成隨釀造工藝的不同而改變。啤酒工業(yè)廢水主要包含乙醇、可溶性淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)、酒花殘?jiān)?、廢酵母液等無毒有機(jī)成分。BOD/COD1 般超過0.5。pH值也非定值，隨清潔系統(tǒng)的試劑種類、用量的不同而變化。且啤酒廢水氮磷無機(jī)鹽含量很高，直 接排入自然水體，會(huì)使水體富營(yíng)養(yǎng)化，微生物藻類大量繁殖，造成水體缺氧，加快水底沉積化合物厭氧分解過程，產(chǎn)生臭氣 1。嚴(yán)重污染地表與地下水質(zhì)，對(duì)我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖、工農(nóng)業(yè) 造成經(jīng)濟(jì)損失，并且飲用水源的污染， 嚴(yán)重危害我國(guó)人民的生存與發(fā)展

2、。針對(duì)啤酒廢水含有高濃度有機(jī)物這一特點(diǎn)， 通常使用生化法進(jìn)行處理。目前我國(guó)啤酒工業(yè)廢水處理工藝通常分為好氧和厭氧兩大類。這里淺析好氧的活性污泥法，SBR法，CASS法，生物接觸氧化法，生物轉(zhuǎn)盤法和生物濾池法。厭氧生物處理方法2啤酒工業(yè)廢水的產(chǎn)生及來源啤酒是以麥芽和啤酒花為原料，經(jīng)過發(fā)酵后產(chǎn)生二氧化碳的低酒精濃度的飲料。其生產(chǎn)工藝相對(duì)比較簡(jiǎn)單，主要分為四個(gè)部分：制麥、糖化、發(fā)酵、灌裝。第一步先將干凈的大麥制作 成麥芽，然后使用機(jī)器將麥芽粉碎再與經(jīng)過糊化的大米使用溫水進(jìn)行混合均勻后過濾煮沸， 待降溫后加酒花進(jìn)行糖化。當(dāng)糖化階段結(jié)束后回旋沉淀來除去麥糟。煮沸麥汁確保定型后除去酒花糟。等待溫度下降后靜

3、置澄清，一般待溫度下降到6.5-8.0 C,對(duì)其進(jìn)行接種酵母，然后密閉發(fā)酵，發(fā)酵過程一般可分為主發(fā)酵和后發(fā)酵這兩部分。經(jīng)過發(fā)酵后就會(huì)變成成熟的酒，然后進(jìn)行過濾，去除殘余的酵母和蛋白質(zhì)，得到比較潔凈的成熟酒。然后使用細(xì)小過濾膜對(duì)成熟酒再次進(jìn)行過濾，最后的成品就就是鮮 （生）啤酒。啤酒生產(chǎn)工藝流程圖見圖 1。各個(gè)工藝都將產(chǎn)生廢棄物和大量廢水2。麥芽勺二軸化 過濾酒花 加暨 回旋沉淀冷卻分銷 包裝=過濾 成熟發(fā)酵圖2.1啤酒生產(chǎn)工藝流程圖在進(jìn)行制麥和釀造這兩個(gè)階段都產(chǎn)生大量的冷卻水，經(jīng)過檢測(cè)，這些冷卻水比較干凈，到達(dá)可再利用的標(biāo)準(zhǔn)，可用于浸洗麥子工序3。啤酒廢水按照污染程度一般可以分 為低中高，可分

4、成三類 ：1 ）清潔廢水。這類水污染較低，可循環(huán)使用，用于浸洗麥 工序。如冷凍機(jī)冷卻水，在制冷、發(fā)酵、冷卻水和灌裝車間均有冷凍機(jī)。又如洗瓶機(jī)最 后沖洗水等。2 ）清洗廢水。含有不同濃度的有機(jī)物以及無機(jī)物。例如廢硅膠藻，廢酵 母，除菌劑和清洗劑等。多為各車間清洗生產(chǎn)裝置水、洗瓶機(jī)沖洗水、酵母漂洗水。3）含渣廢水。這類污水來自發(fā)酵車間、糖化車間、灌裝車間的含麥槽。含有冷熱凝固物、 剩余酵母等有機(jī)懸浮性固體。來自灌裝車間的含渣廢水帶有商標(biāo)碎片和酒瓶碎渣等無機(jī)物。啤酒廠有機(jī)污染物的主要來源見表1。表1啤酒廠有機(jī)污染物來源污染麥汁硅藻土 清酒罐過濾槽 沉淀槽 發(fā)酵罐來源 煮沸鍋過濾機(jī) 灌酒機(jī)麥汁和酵母殘

5、硅藻土糖化醪凝固物余物和酵母、污染物麥汁殘余啤酒殘余物沉渣凝固物蛋白質(zhì)沉渣等沉淀等2.2啤酒廢水的性質(zhì)特點(diǎn)51 ）耗水量大，隨生產(chǎn)水平、生產(chǎn)工藝和管理方式而不同。2）廢水類型多樣，來源復(fù)雜。3） 廢水中主要污染物成分：如脂肪、糖、氨基酸、果膠、啤酒花、維生素、蛋白 化合物及包裝車間的有機(jī)物以及少量無機(jī)鹽類等。其B0D5/ COD cr較高，一般超過 0.5。并有大量懸浮物，如麥渣。也常在消毒清潔過程中投入的堿性清洗劑、殺菌劑等。4）生產(chǎn)周期決定著水質(zhì)水量。因此水質(zhì)水量并非固定不變而是具有波動(dòng)性的，生產(chǎn)期廢水量極大，COD cr比較高，可達(dá)數(shù)千，pH值多為以微堿至中堿性。生產(chǎn)間歇期廢水量少，主要

6、是生活污水,COD cr是生產(chǎn)期的十分之一 ，pH值變?yōu)槲⑺嵝?。值得?出的是，現(xiàn)代啤酒廠常年生產(chǎn)不存在間歇期。啤酒工業(yè)廢水的來源與濃度見表2表2啤酒工業(yè)廢水的來源與濃度mg/L序廢水中COD cr濃度排放方式間歇排放間歇排放浸麥工序500-80020000-40000糖化工序發(fā)酵工序2000-300間歇排放包裝工序400-800連續(xù)排放3. 啤酒廢水治理技術(shù)現(xiàn)狀根據(jù)啤酒廢水可生化處理特點(diǎn)，好氧生物處理應(yīng)用較為廣泛。但啤酒廢水有機(jī)負(fù)荷 過高，好氧生物處理設(shè)備占地面積大等局限性，厭氧生物處理被進(jìn)一步應(yīng)用。厭氧生物 處理其優(yōu)點(diǎn)在于適用于高有機(jī)負(fù)荷廢水，缺點(diǎn)在于出水需要處理，在處理過程中還需添 加藥

7、劑。因此厭氧-好氧生物聯(lián)合處理作為新興技術(shù)出現(xiàn)，效果顯著。目前，國(guó)內(nèi)外常用的好氧處理方法有活性污泥法，以及改進(jìn)后的SBR法。生物氧化法也是常見的好氧生物處理法。國(guó)外普遍使用的啤酒廢水處理工藝為傳統(tǒng)活性污泥法、升流式流化床等。上世紀(jì) 70 年代出現(xiàn)的 UASB 反應(yīng)器(Upflow An aerobic Sludge Bia nket, UASB)處理技術(shù)，因其經(jīng)濟(jì)性而廣泛應(yīng)用于歐洲諸國(guó)，并被引進(jìn)亞洲。該技術(shù)的處理設(shè)施建設(shè)費(fèi)和 運(yùn)行費(fèi)用相較傳統(tǒng)工藝更低廉。為降低使用成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，提高利用率。在以UASB反應(yīng)器處理技術(shù)為基礎(chǔ)的前提條件下研發(fā)了許多新技術(shù)，例如厭氧顆粒污泥膨脹 床(Expa n

8、ded Gran ular Sludge Bed, EGSB) 和厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器 (In ternal Cycle, IC) 反應(yīng)器。這兩種反應(yīng)器具有較好的實(shí)用性，目前這兩者在啤酒生產(chǎn)過程中的廢水處理起 到了非常重要的作用，并取得很好的處理效果7。3.1啤酒廢水的好氧處理好氧處理按照處理的具體要求可分為可分為懸浮態(tài)處理和附著態(tài)處理兩種不同類型?；钚晕勰喾ㄒ话銓儆趹腋B(tài)，生物膜法一般屬于為附著態(tài)。啤酒廢水處理采用的好氧處理工藝有活性污泥法、序批式活性污泥反應(yīng)器法、CASS法、高負(fù)荷生物濾池和接觸氧化法?；钚晕勰喾▊鹘y(tǒng)活性污泥法因其工藝技術(shù)成熟在八十年代被廣泛采用。其最大的優(yōu)點(diǎn)可以節(jié)省很大一部分

9、的投資資金，比較容易啟動(dòng)，特別適合于濃度比較低的廢水處理過程，對(duì)中 低度效果最明顯。其技術(shù)指標(biāo)要求相對(duì)簡(jiǎn)單，進(jìn)水要求CODCr 般為1 000 1 500mg/L 時(shí),出水CODCr可降至50 100 mg/L,去除率為92% 96%,處理效果好。目前國(guó)內(nèi)很多家酒廠都采取這種技術(shù)工藝進(jìn)行處理。如煙臺(tái)啤酒有限責(zé)任公司、武漢啤 酒有限責(zé)任公司、長(zhǎng)春啤酒有限責(zé)任公司、珠江啤酒有限責(zé)任公司和益民啤酒有限責(zé)任 公司等8。但是傳統(tǒng)活性污泥法具有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，就是在處理過程中產(chǎn)生大量的泥，另外，處理設(shè)施建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用都比較高，給企業(yè)帶來很大的經(jīng)濟(jì)壓力，并且產(chǎn)生 的污泥處理比較麻煩，因此大多數(shù)廠家都不樂

10、意接受這個(gè)方法，因此對(duì)傳統(tǒng)活性污泥法 進(jìn)行改良研究。序批式活性污泥法序批式活性污泥法(Seque ncing Batch Activated Process)是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改良而創(chuàng)新出來，近十幾年來在我國(guó)廣泛應(yīng)用，受到廣大廠家的重視。序批式活性污泥法在 SBR（ Seque ncing Batch Reactor, SBR）序批式活性污泥反應(yīng)器中完成。與傳統(tǒng)的活性污泥法處理工藝流程有很大區(qū)別，并且具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）SBR法處理需要的建筑物比較少，可節(jié)省大量的資金投入，可省去調(diào)節(jié)池、初沉池、二沉池等。經(jīng)過多年的研發(fā)完善，設(shè)備的布置科學(xué)合理，在國(guó)內(nèi)有較多廠家在使用，（2）占地少，

11、設(shè)備少，運(yùn)行費(fèi)用低，如果是小水量工程可省去濃縮池。（3 ）處理過程中需要的曝氣時(shí)間比較短暫，處理效果非常高、處理后水質(zhì)比較好，并且耐沖擊負(fù)荷能力比較強(qiáng)（4 ）其運(yùn)行過程比較簡(jiǎn)單，靈活，適用性特別強(qiáng)?？梢愿鶕?jù)進(jìn)水水質(zhì)和水量變化來改變各處 理階段的運(yùn)行與操作時(shí)間。SBR法處理啤酒廢水的工藝流程見圖2。圖2 SBR法處理啤酒廢水的工藝流程圖啤酒廢水在進(jìn)入 SBR前必須進(jìn)行預(yù)處理，由圖 2可知。SBR是間歇性的有運(yùn)行周期。其一周期包括五個(gè)階段即進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、潷水和閑置。該工藝最佳時(shí)間分配為（啤酒廢水進(jìn)入量為 20 t）:進(jìn)水時(shí)間：曝氣時(shí)間：沉降時(shí)間：間斷排污時(shí)間 為1 : 4 : 10: 0.1

12、9，由邵玉海等通過對(duì)福建某啤酒廠研究分析得出。SBR法也有其不足之處：1）對(duì)自動(dòng)化控制要求非常高，需要配置專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行操作。2）運(yùn)行過程中，排水時(shí)間比較短，并且在排水過程中需要對(duì)沉淀池進(jìn)行攪拌，因此需要專門的排水設(shè)備潷水器，且對(duì)潷水器設(shè)備的技術(shù)要求非常高。3）后處理設(shè)備尺寸要求很大：例如進(jìn)行消毒的設(shè)備、接觸池的容積、排水管等均比較大。4）潷水深度要求達(dá)到 1-2米，因此造成了一定的浪費(fèi)，并且增加了總揚(yáng)程。5）由于精簡(jiǎn)了設(shè)備如初沉淀池，比較容易產(chǎn)生浮起渣，對(duì)這個(gè)問題目前尚未有十分有效的處理辦法。工藝CASS是（Cyclic Activated Sludge System）的縮寫，即周期循環(huán)

13、活性污泥法是將好氧生物選擇器與傳統(tǒng)SBR結(jié)合的優(yōu)化變形，該系統(tǒng)應(yīng)用比較早，從20世紀(jì)70年代便開始研究并且應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。該系統(tǒng)核心部分為 CASS反應(yīng)池，沒有曝氣池、二沉池和污泥回流系統(tǒng)。相當(dāng)于在SBR池前部放一個(gè)生物選擇器。整個(gè)CASS反應(yīng)池被隔墻分成三部分：選擇區(qū)、預(yù)反應(yīng)區(qū)及主反應(yīng)區(qū)10-11 。 C ASS反應(yīng)池每運(yùn)行一周期包括如下工序：1 ）曝氣期2）沉淀期3）潷水期4）閑置期。選擇區(qū)、預(yù)反應(yīng)區(qū)及主 反應(yīng)區(qū)可以交替進(jìn)水，更適于自動(dòng)化操作。CASS反應(yīng)器內(nèi)微生物處于好氧一一缺氧一厭氧周期性變化中。生物選擇區(qū)不曝氣，利用微生物高效降解廢水與回流污泥中的有 機(jī)負(fù)荷。好氧生物反應(yīng)器放在 CA

14、SS池的前端采用半限制性曝氣方式，為預(yù)反應(yīng)區(qū)，應(yīng) 控制DO在0. 5 mg/ L 以內(nèi)。主反應(yīng)區(qū)為好氧曝氣，控制DO在2- 3 mg/ L ，進(jìn)行有機(jī)物生化和氨氮硝化。目前CASS工藝處理啤酒廢水被很多廠家采用10，11，經(jīng)過檢測(cè)COD、BOD去除率在70%以上。處理負(fù)荷達(dá)2 000 mg/L ，處理后水質(zhì)達(dá)到污水 排放新擴(kuò)改二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 工程實(shí)踐顯示，在高寒地區(qū)采用 CASS工藝處理啤酒廢水是可行 的。進(jìn)水COD Cr低于1500 mg/L ，高于500 mg/L 時(shí)，處理后水質(zhì)可達(dá)到污水排放 標(biāo)準(zhǔn)的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。污泥的培養(yǎng)和馴化可在低溫下進(jìn)行。CASS工藝雖然流程短，工藝簡(jiǎn)單，操作方便和可自

15、動(dòng)化。 但是首次運(yùn)行調(diào)試時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)操作管理要求較高12。生物膜法生物膜法是基于生物處理發(fā)的一類統(tǒng)稱，其主要原理是通過微生物降解污水 中溶解性的有機(jī)污染物。其最明顯的特點(diǎn)均是通過附著在 “濾料”表面的微生物 形成的膠質(zhì)生物膜發(fā)揮作用，其主要通過吸附污水中的有機(jī)物和 DO而達(dá)到凈化 污水的目的。被吸附的有機(jī)物和溶解氧將進(jìn)一步被轉(zhuǎn)化為水、二氧化碳、氨氣和微生物細(xì)胞質(zhì)。生物膜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要有：具有明顯的蓬松絮狀結(jié)構(gòu)體，微孔數(shù)目 很多，總表面積非常大，具有很強(qiáng)的吸附能力。生物膜厚度一般控制在2-3毫米為宜，不宜過厚或者過薄。過厚容易造成孔徑堵塞。生物膜的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為 運(yùn)行管理方便，動(dòng)力能源消耗少，比較

16、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，另外產(chǎn)生的污泥比較少，具有 較好的處理能力，耐沖擊負(fù)荷明顯增強(qiáng)。但是也存在一些不足之處，容易發(fā)生堵 塞，有機(jī)物濾過比較低，去除效果不明顯。根據(jù)與廢水接觸的方式可以分為三種 類型：生物濾池法、生物轉(zhuǎn)盤法、接觸氧化法。生物濾池法根據(jù)生物濾池法的特點(diǎn)，其適合用于石油化工、化纖、焦化、冶金、造紙等行業(yè)。根據(jù)其土壤自凈作用的原理，污水直接噴淋于塊狀濾料，并在其外表形成一層生物膜，對(duì)水中有機(jī)物、氧進(jìn)行吸收降解。有報(bào)道稱，生物濾池-活性污泥法在處理 CODCr 800 1 500 mg/L的廢水時(shí)，效果良好，被衡陽啤酒廠采用。處理后水質(zhì)達(dá)到污水綜合 排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)13。但因自身缺陷并未廣泛推廣。

17、曝氣生物濾池是80年代末以生物濾池基礎(chǔ)發(fā)展的新技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)占地小，處理效果好，流程簡(jiǎn)單，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少。323生物接觸氧化法生物接觸氧化法是一種國(guó)內(nèi)應(yīng)用很普遍的啤酒廢水處理方法。類似于生物濾池法和活性污泥法的綜合體，也集二者優(yōu)點(diǎn)與一身。因其高效，低損耗，低處理設(shè)施建設(shè)費(fèi)和 運(yùn)行費(fèi)，備受中小型啤酒企業(yè)青睞，大有取代活性污泥法之勢(shì)14。與生物濾池不同之處 在于，內(nèi)置填料浸泡于廢水中，從而生成生物膜。有機(jī)廢水經(jīng)過充氧后流經(jīng)生物膜進(jìn)行 氧化分解。實(shí)踐表明，接觸氧化輔以氣浮工藝，效果良好。生物轉(zhuǎn)盤技術(shù)生物轉(zhuǎn)盤技術(shù)應(yīng)用較早，因低溫對(duì)其處理效果有影響，中國(guó)南部中小啤酒企業(yè)多采 用此工藝。該法穩(wěn)定性強(qiáng)，損耗小。

18、但會(huì)產(chǎn)生異味擾民，應(yīng)注意周邊環(huán)境，酒廠在居民 區(qū)周邊，不適用采用此法。3.3厭氧生物處理法厭氧生物處理法起源于 20世紀(jì)初德國(guó)，在丹麥得以應(yīng)用，上世紀(jì)70年代大幅發(fā)展。 歷經(jīng)三代歷程，第一代以厭氧消化池為代表，是傳統(tǒng)的厭氧發(fā)酵工藝，存在高耗能，低 處理效果的缺點(diǎn)。第二代以上流式厭氧污泥床(Upflow An aerobic Sludge Bla nket，UASB )為代表，開高速厭氧技術(shù)之先河，但培養(yǎng)不易，無法進(jìn)一步提高負(fù)荷。第三代 以厭氧顆粒污泥膨脹床(EGSB)和厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器(IC)為代表，二者皆以 UASB為基 礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn)，在繼承UASB的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)，使用范圍更廣，經(jīng)濟(jì)性更高。IC工

19、藝以被沈陽 華潤(rùn)雪花啤酒有限公司采用17。實(shí)際案例表明，IC工藝具有極佳的穩(wěn)定性和處理效果。厭氧生物處理法分類厭氧生物技術(shù)一般可分為兩大類：厭氧活性污泥法(An aerobic Activated SludgeProcess )和厭氧生物膜法(An aerobicBiofilm Process)。根據(jù)原理和使用設(shè)備不同我們進(jìn)一步將厭氧活性污泥法又可分為四種：1)完全混合厭氧消化法( CompletelyMixed An aerobic Digester，CMAD )。2)厭氧接觸法(An aerobic Con tact Reactor，ACR )。3)上流式厭氧污泥床(Upflow An a

20、erobic Sludge Bla nket，UASB ): UASB由污泥反應(yīng)區(qū)、氣液固三相分離器(包括沉淀區(qū))和氣室三部分組成。在底部反應(yīng)區(qū)內(nèi)存留大量厭氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥層。要處理的 污水從厭氧污泥床底部流入與污泥層中污泥進(jìn)行混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的有機(jī)物，把它轉(zhuǎn)化為沼氣。4)覆蓋式厭氧生物塘(Covered An aerobic Lagoo n，CAL )。厭氧活性污泥法共同點(diǎn)為：兼性厭氧和專性厭氧菌以絮狀或顆粒狀活性污泥懸 浮于反應(yīng)器中，完全與廢水混合接觸，降解有機(jī)物。厭氧生物膜法包括：1 )固定床厭氧生物膜法又稱厭氧生物濾池法，又分為

21、上流式固定床厭氧生物膜法(Upflow FixedAn aerobic Biofilm ， UFAB，或 An aerobic Filter， UAF )和下流式固定床厭氧生物膜法(Dow nflow Fixed An aerobic Biofilm，DFAB 或 DAF )。2)厭氧膨脹床(An aerobicExpa nded Bed ，AEB )。3)厭氧流化床(An aerobic Fluidized Bed ，AFB )。4)厭氧生物轉(zhuǎn)盤(An aerobic Rotati ng Disc, ARD )。厭氧生物處理法特點(diǎn)厭氧活性污泥法和厭氧生物膜法都具有應(yīng)用廣泛、運(yùn)行成本與能耗較低、負(fù)荷高的 優(yōu)點(diǎn)。普遍存在處理程度達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，需后接好氧工藝。4. 結(jié)語現(xiàn)階段啤酒廢水處理工藝多采用好氧-厭氧聯(lián)合工藝，并取得喜人效果。啤酒廢水為有害無毒廢水，在研究其處理工藝的同時(shí)，也可以換個(gè)思路，思考起可利用之處。隨 著啤酒產(chǎn)量的增加，污水量也會(huì)隨之增大，在清、濃廢水分開處理的同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)源頭 治理，本著清潔生產(chǎn)的思想，最大限度控制污染物排放。參考文獻(xiàn)1 張森林，等.酸化-序列活性污泥法處理 TMP生產(chǎn)廢水.給 水排水,1995(8) : 20- 21.2 2005 年中國(guó)啤酒行業(yè)研究報(bào)告，2005, 5.3 李家瑞，翁飛 工業(yè)企業(yè)環(huán)境保護(hù)M.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出