啤酒废水处理的研究_张季惠 6页

第25卷总第54期西北民族大学学报(自然科学版)Vol.25,No.32004年9月JournalofNorthwestUniversityforNationalities(NaturalScience)Sep,2004啤酒废水处理的研究张季惠(西北民族大学化工学院,甘肃兰州730030)[摘要]啤酒废水是一种高浓度的有机废水,文章主要针对啤酒废水的处理,采用了国内外广泛采用的厌氧—好氧联合工艺技术.其中厌氧过程采用了UASB反应器(上流式厌氧污泥床反应器),其结构简单、处理效果好.BOD、COD的去除率可达86%以上.好氧过程则选用生物转盘,其运行简单、易于管理,BOD、COD去除率可达72%.啤酒废水最终经过此处理工艺,达到出水水质要求并安全排放,以免影响环境.[关键词]啤酒废水;废水处理;UASB反应器;生物转盘[中图分类号]TQ589[文献标识码]A[文章编号]1009-2102(2004)03-0022-061绪言1.1啤酒废水的来源和性质随着人们生活水平的提高,我国啤酒业的迅速发展,啤酒产量较过去有了大幅度的提升.目前,我国已成为世界上五大啤酒生产国之一.制造啤酒所需的原料主要是大麦和大米,辅之以啤酒花和鲜酵母.啤酒制造过程需要消耗大量的新鲜水,相应地也会产生大量的高浓度有机废水.啤酒生产的所有工段几乎都会产生废水.废水的主要来源有清洁废水、低浓度有机废水、高浓度有机废水啤酒生产用水量相当大,管理和技术水平较高的啤酒厂吨酒耗水量为8～12t,我国生产啤酒的用水情况一般都大于该值(见表1).表1我国部分啤酒厂用水情况表单位年用水量(10×10333t/a)啤酒产量(10×10t/a)吨酒耗水量(10×10t/a)青岛啤酒厂108.396.319.17上海啤酒厂113.43.830.7杭州啤酒厂——2.021.772.525(老设备)北京啤酒厂1432510(新设备)北京五星啤酒厂1183.317.8北京燕京啤酒厂662.030.0上海华光啤酒厂71.73.117.45按全国的平均水平,每生产成品酒1t,排放COD污染物约25kg,BOD5污染物15kg,悬浮物固体15kg,其COD含量大多在1000～2500mg/L之间,BOD5含量在600～1500mg/L之间,BOD5与COD的比值高达0.5左右.这种废水有较高的生物可降解性,其中也含有一定量的凯氏氮和磷.[收稿日期]2004-06-30[作者简介]张季惠(1978—),女,甘肃武山人,助教,主要从事水处理方面的研究.—22—n表2我国部分啤酒厂的废水水质表单位pH值P(SS)(mg·L)污水量/(m3·d)COD/(mg·L)BOD/(mg·L)济南白马山啤酒厂6.520035001950600燕京啤酒厂6～920015001500800桂林啤酒厂5～8400——1000～1100700～800华光啤酒厂5.4436——13581233青岛啤酒厂——150——500～1000350～750沈阳啤酒厂——83～446——656～8147420～54101.2啤酒废水的特点¹冷却水:冷冻机、麦汁和发酵的冷却水等.这类水基本没受污染;º清洁废水:大麦浸渍废水、大麦发芽降温喷雾水、清洗生产装置废水、洗瓶机初期洗涤水、地面冲洗水等,此水受到不同程度的有机污染;»冲渣废水:如麦糟液、冷热凝固物、酒花糟、剩余酵母、酒泥、滤酒渣和残碱性洗涤液等.此水中有大量的悬浮物性固体有机物,工序中产生麦汁冷却水、装置洗涤水、麦糟、热凝固物和酒花糟,装置洗涤水主要是糖化锅洗涤水、过滤糟和沉淀糟洗涤水;¼罐装废水:在罐装酒时使废水中掺入大量的残酒,被更换下来的废喷淋水含防腐剂成分;½洗瓶废水:清洗瓶子的水中含有一定残余碱性洗涤剂纸浆、染料、浆糊、残酒和泥砂等.1.3啤酒生产的工艺流程此工艺流程包括啤酒生产和各部分废水处理.图1啤酒生产的工艺流程2啤酒废水的处理啤酒废水COD含量高、可生化性强,属高浓度有机物废水,可采用好氧处理、水解—好氧处理或厌氧—好氧联合处理等技术.国内现有啤酒废水处理工艺如表3所示.表3国内现有啤酒废水处理单位核心工艺处理水量/m3/d北京华都啤酒厂两段活性污泥法2400杭州啤酒厂二级充氧型生物转盘2100青岛啤酒厂三级生物接触氧化池2000广州啤酒厂普通活性污泥法4000上海江南啤酒厂塔滤+射流曝气3000长江啤酒厂两段表面曝气池3600—23—n2.1好氧处理啤酒废水处理采用的好氧处理工艺有活性污泥法、高负荷生物滤池和接触氧化法.近年来,SRB和氧化沟处理工艺也得到了很大强度的应用.2.1.1接触氧化工艺接触氧化法与普通活性污泥法相比有一定的优势,对高浓度有机废水,尤其在啤酒废水的处理中得到了广泛的应用.北京市环境科学研究院设计的北京某啤酒厂废水处理接触氧化工艺如图2.因为啤酒废水的COD值很高,所以采用了二级接触氧化工艺.图2啤酒厂废水处理接触氧化工艺采用接触氧化工艺代替普通活性污泥法,可以防止高糖含量废水引起的污泥膨胀现象,并且不用投3配N、P营养.负荷范围可以选择1.0～1.5kgBOD/(m·d),进、出水水质COD:1000]60mg/L,BOD:1000]10mg/L,SS:600]30mg/L.2.1.2SBR工艺SBR工艺(简歇式活性污泥工艺)不设二沉池及污泥回流设备.单个SBR池集储水、曝气和沉淀于一体,多个SBR池并联运行.它具有工艺简单、造价低,时间上具有理想的推流式反应器特性,运行灵活,脱氮除磷效果好等优点.它有很多更新型,如ICEAS工艺、CASS工艺、UNI-TANK工艺等.安徽某啤酒厂废水采用CASS工艺.如图3所示,CASS反应器包括选择区、预反应区、主反应区,其中体积比为1∶5∶20.污泥回流率30%～50%,鼓风曝气,曝气器选用可变微孔曝气器.图3某啤酒厂废水采用的CASS工艺其设计参数如下:1)进水水质COD=800～1500mg/L,BOD=400～800mg/L,SS=300～600mg/L.2)出水水质COD≤150mg/L,BOD≤60mg/L,SS≤200mg/L.3)污泥负荷:0.4kgBOD5/(kgMLSS·d).2.1.3氧化沟工艺氧化沟是20世纪50年代由荷兰工程师发明的一种新型活性污泥法,其曝气池呈封闭的沟渠状,污水和活性污泥在其中不断地循环流动,又称环型曝气池.它有以下优点:¹工艺流程简单、构筑物少、管理方便;º处理效果稳定、出水水质好;»基建费用低;¼产泥量少,污泥性能稳定;½承受冲击负荷能力强.—24—n2.1.4啤酒废水好氧工艺设计参数各种好氧工艺的设计参数见表4.表4啤酒废水好氧工艺设计参数容积负荷污泥负荷污泥浓度需氧量产污量BOD处理方法(kgBOD/m3)[kgBOD/(kg·MLSS·d)](mg/L)(kgO2/kgBOD)(kg/kg)去除率(%)生物接触氧化4～6———0.4～0.690～95两极生物1.5～2———0.3～0.595接触氧化氧化沟0.1～0.20.05～0.152～61.5～2.00.2～0.495～98SBR0.5～1.00.1～0.32～31.0～1.50.3～0.695活性污泥法0.3～10.10.2～0.420.8～1.10.2～0.490～952.2水解—好氧工艺水解是利用厌氧反应中的水解酸化阶段而放弃停留时间较长的产甲烷阶段.水解对有机物具有较高的去污率,特别是对悬浮物的去除率显著高于相同时间的初沉池.水解反应可使啤酒废水中的难降解有机物大分子转变为易降解的有机物小分子,出水的可生化性能得到改善,使后续处理工艺变得简单.其实上水解池是一种以水解产酸菌为主的厌氧污泥床,水解是多种好氧处理的预处理工艺.啤酒废水中含大量的污染物是可溶解性的糖类、乙醇等,这些物质是易生物降解的,一般并不需要水解酸化,但由于啤酒废水的悬浮性有机物成分较高,而水解池又具有有效截留去除悬浮颗粒物的特性,因而将其应用于啤酒废水的处理可除去相当一部分有机物,水解—好氧工艺的典型流程如图4.图4水解—好氧工艺的典型流程开封啤酒厂,厦门冷冻厂啤酒车间等均采用水解——好氧工艺,水解池的设计参数为:1)平均水力停留时间HRT=2.5～3.0h;2)最大上升流速Vmax=2.5m/h(持续时间不少于3h);3)水解池深度4.0～6.0m;4)污泥床的高床在水面之下1.0～1.5m;5)污泥排放口在污泥层中上部,即水面下2.0～2.5m.2.3厌氧—好氧联合处理技术厌氧处理是一种有效去除有机污泥物并使其矿化的技术,它将有机物转化为甲烷和二氧化碳.据1997年统计,全世界范围内共有914座厌氧处理厂,其中600座以上采用厌氧(UASB)反应器.现阶段此项技术的应用更为广泛,而且规模增大.我国部分啤酒厂采用UASB反应器的情况如材料所示.表5我国部分啤酒厂采用VBSB反应器的情况容积负荷COD去除率BOD去除率单位流量工艺[kgCOD/(m3·d)](%)(%)合肥啤酒厂1800～4000UASB———北京啤酒厂2400UASB———海南啤酒有限公司670UASB59090深圳啤酒厂(三期)1500UASB59090苏州狮王啤酒厂2200UASB59590深圳青岛啤酒有限公司910UASB59090—25—n啤酒废水处理与其他废水处理一样由好氧发展到水解—好氧,进一步发展为厌氧(UASB)—好氧处理.清华大学设计的北京啤酒厂废水处理工艺如图5.图5北京啤酒厂废水处理工艺3其厌氧(UASB)反应器的容积负荷为7～12kgCOD/(m·d),水力停留时间5～6h,COD去除率75%～93%,出水COD<500mg/L,根据城市具体排污标准进一步设计.根据以上分析,总结了厌氧—好氧处理工艺的特点:¹采用此工艺可使处理能力增加1～2倍;º此工艺回收的沼气经锅炉燃烧后所产生的蒸汽可供维持啤酒发酵温度利用,可降低能源消耗;»此工艺提供了工艺稳定性;¼运用这种处理方法可减少氮和磷的补充费用;½此工艺减少了剩余污泥的处理、处置费用;¾它减少了处理装置的总体积;¿节省了能源,确保生态和经济效益;À可减少污泥脱水的药剂费用.Biotim公司在越南胡志明市的Heincken啤酒厂的厌氧—好氧联合工艺设计,运行参数如表6所示,并与单纯好氧工艺进行比较:表6厌氧—好氧与单纯好氧的比较项目厌氧—好氧单纯好氧调节池容积/m315006497.903好氧池容积/m30003×30000厌氧池容积/m33000—沉淀池直径D/m202×20污泥干化场面积相对比110ˉ3能耗/kw·h·m0.8361.45污泥产量少80%—3厌氧—好氧处理工艺的去除效果:COD去除率可达93%,甲烷产量(75%纯甲烷)可达4300m/d.通过三种工艺的特点进行分析,可以看出好氧—厌氧工艺有以下优点:¹没有污泥膨胀问题;º厌氧—好氧工艺是好氧工艺的20%或是水解工艺的35%(污泥处置、处理费用);»N、P补充费用与啤酒废水相同;¼处理装置总体积是好氧(水解)工艺的45%(55%);½能源消耗是好氧(水解)工艺10%(15%);¾污泥脱水的药剂费用是好氧(水解)工艺的20%(60%).3经济比较:Q=10000m/d进水COD=2500mg/LBOD=1400mg/L表7三种工艺的经济比较运转费用好氧处理水解—好氧处理厌氧—好氧处理动力费/万元24518418药剂和人工费/万元634939吨水直接处理成本/元1.030.780.19吨水电耗/km·h·mˉ31.61.200.20—26—n附1.厌氧处理工艺及设备常用厌氧处理设备有升流式厌氧污泥反应器(UASB),厌氧消化池、厌氧流化床、厌氧转盘等工艺,现分析UASB的优点:¹负荷高,对水温、pH值、COD浓度的抗冲击负荷能力大,水力负荷能满足要求,反应器对不利条件的抗性增强;º去除率高,处理效果好,可省去搅拌和回流污泥所需设备能耗;»能耗低,可去除60%以上的有机污染物,可大幅度减轻后续好氧处理负荷,简化了工艺,节约了投资和运行费用;¼可回收沼气,不需要加填料载体,提高了容积利用率,避免了堵塞.2.生物转盘原理生物转盘在旋转过程中,当盘面某部分浸灭在污水中时,盘上的生物膜便对污水中的有机物进行吸附,当盘片离开液面暴露在空气中时,盘上的生物膜从空气中吸收氧气对有机物进行氧化.通过上述过程,氧化槽内污水中的有机物减少,污水得到净化.转盘上的生物膜也同样经过挂膜、生长、增厚和老化脱落的过程.脱落的生物膜可在二沉池中去除,生物转盘系统除有效地去除有机污染物外,如运行得当时,具有硝化、脱氮与除磷功能.参考文献:[1]高廷耀,顾国维.水污染控制工程[M].北京:高等教育出版社,1999.6-1.[2]唐受印,戴友艺,列忠义,周作明.食品工业废水处理[M].北京:化学工业出版社,2001.5.[3]曾科,卜秋平,陆少鸣.污水处理厂设计与运行[M].北京:化学工业出版社,2002.2.[4]王凯军,秦人伟.发酵工业废水处理[M].北京:化学工业出版社,2000.9.[5]佟玉衡.实用废水处理技术[M].北京:化学工业出版社,1998.[6]王凯军.厌氧(水解)—好氧处理工艺的理论与实践[M].北京:中国环境科学出版社,1998.[7]王凯军,左剑恶,甘海南,贾立敏.UASB工艺的理论与工程实践[M].北京:中国环境科学出版社,2000.12.[8]沈耀良,王宝贞.UASB污水生物处理技术、废水处理生物新技术——理论与应用[M].北京:中国环境科学出版社,2000.9.[9]朱月海.啤酒废水处理工艺浅析——给水排水[J].1999,25(1).[10]靳国正.啤酒废水处理设计剖析——给水排水[J].2001,27(2).[11]买文宁.生物化工废水处理技术及工程实例[M].北京:化学工业出版社,2002.7.[12]孙力平.污水处理新工艺与设计计算实例[M].北京:中国环境科学出版社,2002.[13]李海.城市污水处理技术及工程实例[Z].北京:化学工业出版社,2002.[14](美)R-E斯皮思.工业废水的厌氧生物技术[M].李亚新译,北京:中国建筑工业出版社,2001.[15]张统.污水处理工艺及工程方案设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.5.[16]丁亚兰.国内外废水处理工程设计实例[M].北京:化学工业出版社,2000.ResearchesonTreatmentMethodsofWastewaterinBreweryProcessingZHANGJi-hui(ChemistryEngineeringCollegeofNorthwestUniversityforNationalities,LanzhouGansu730030,China)[Abstract]Breweryprocessingwastewaterisakindoforganicwastewaterwhichishigherconcentra-tions.Thisdesignismainlyaimedathandlingbreweryprocessingwastewater.WeutilizedcombinedprocessapplyUASBreathon(UpflowAnaerobicSludgeBlanket),itsstructureissimpleandefficien-cyishigher.TheremovalratesforBODandCODaremorethan86%respectively.Anoxicprocessapplyrotatingbiologicalcontactor,itiseasytomanageanditsorbitissimple.ThereremovalratesforBODandCODaremorethan72%.Atlast,breweryprocessingwastewaterreachrequirementfordischargedwaterqualityandisdischargedsafelythroughthiscraft.Thistechnologycanavoidtoef-fectenvironment.[Keywords]Wastewaterinbreweryprocessing;wastewatertreatment;Upflowanaerobicsludgeblanketreathon;RotatingBiologicalContactor—27—