啤酒废水处理工艺概述 8页

摘要八十年代以来，我国啤酒工业得到迅速发展。1988年全国有啤酒厂800多家，年产啤酒663万t，位居世界第三;到1998年啤酒厂达到1000多家，年产啤酒1987万t，成为世界第二啤酒生产大国。随着人民生活水平的提高，我国啤酒消费量急剧增大，从1996年至2001年，全国啤酒总产量分别为1631.76万吨，1866.53万吨、1987.61万吨、2088.40万吨、2231.32万吨和2274万吨，年平均增长速度约7%，预计到2006年全国啤酒总产量达2600万吨，超过美国，居世界第一位。本文首先对啤酒废水的来源分类、废水水质特征进行了介绍，并介绍了目前国内外对啤酒废水处理的工艺，同时也对各类处理工艺辅以实例，最后对国内外研究趋势作简单的总结1前言随着经济的发展，在啤酒产量大幅提升的同时问题也随着而来，我国啤酒厂的吨酒耗水量较大，据统计，生产It啤酒产生废水为10~30t(因不同企业不同酒类而有所不同)，废水排放量接近于耗水量的90%若单以2001年，每吨啤酒耗水20吨计算，当年共排放废水量约4.1亿吨，可见啤酒行业排放废水量之巨大。啤酒废水含有较高浓度的有机物，如未经处理直接排入自然水体后，在自然降解的过程中使水中的微生物大量繁殖，从而消耗了自然水体中的溶解氧，造成水体缺氧，最终导致水质发黑变臭，严重污染环境。2啤酒生产废水来源、分类及特征图2-1啤酒生产工艺流程以及废水排放源2.1啤酒企业的废水主要来源n①麦芽生产过程中的洗麦、浸麦、发芽降温和各种洗涤水;②糖化过程的糖化、过滤和洗涤水;③发酵过程的发酵罐和过滤器洗涤水;④罐装过程洗瓶、灭菌及破瓶啤酒;⑤冷却水和成品车问洗涤水〕2.2啤酒废水的分类按有机物含量划分，啤酒废水可分为三类①清洁废水:冷冻机、麦汁、发酵等的冷却水及洗瓶机的冲洗水等，是可以回收利用的清洁水;②清洗废水:生产装置的清洗水、发酵车间的漂洗酵母水、灌装车间的洗瓶水等，含有不定量的有机物和无机物;③含渣废水:灌装车间的有机废水以及无机物废水;按生产工序划分，啤酒废水可分为三类:①冷却水，约占总水量的70%，可再利用的清洁水;②酉良造测洗废水:约占总量的5%~6%，属高浓度有机废水;③洗瓶“冲洗”杀菌水:约占总量的20%2.3啤酒废水的水质特征啤酒工业废水的具体特征有以下5点:①啤酒工业耗水量大，并且随生产工艺、生产水平等有差异;②啤酒废水的来源具有复杂性以及多样性的特点;③排放的水量大，有机物浓度高，色度较深，悬浮固体含量高，水质变化较大。④废水的pH,CODcr,BOD5:较为稳定，BOD5/COD值较高，可生化性较好。⑤啤酒废水中有机物的浓度较高，虽然无毒，但排入水体要消耗大量的溶解氧，对水体环境将造成严重危害3啤酒废水的处理工艺n3.1国内外啤酒废水处理技术进展目前，国内外啤酒废水的处理工艺，都是以生化法为中心的处理系统。与普通物化法、化学法相比较，生化处理法具有处理工艺成熟、处理效率高、处理成本低等优点。因此在啤酒废水的处理工艺中，生化处理得到了广泛的应用。随着科学技术的发展，人们在实际处理过程中对生物处理法、生物膜法、活性污泥法、好氧法、厌氧法、厌氧一好氧相结合法以及接触氧化法等各处理方法进行优化组合，以达到对啤酒废水的最佳处理效果。目前厌氧与好氧工艺在啤酒废水处理上的运用较为广泛，但随着经济的发展，人们更提倡低成本高效益的工艺因此也出现了菌藻共生系统。3.2好氧生物处理好氧生物处理是在氧气充足的条件下，利用好氧微生物的生命活动氧化啤酒废水中的有机物，其产物是二氧化碳、水及能量(释放于水中)。这类方法没有考虑到废水中有机物的利用问题，因此处理成本较高。活性污泥法、生物膜法、深井曝气法是较有代表性的好氧生物处理方法。活性污泥法活性污泥法是中、低浓度有机废水处理中使用最多、运行最可靠的方法，具有投资省、处理效果好等优点[1](记得写在右上角)。该处理工艺的主要部分是曝气池和沉淀池，废水进入曝气池后，与活性污泥(含大量好氧微生物)混合，在人工充氧的条件下，活性污泥吸附并氧化分解废水中的有机物，而污泥和水的分离则由沉淀池来完成。我国的珠江啤酒厂、广州啤酒厂、烟台啤酒厂、上海益民啤酒厂、武汉西湖啤酒厂和长春啤酒厂等厂家均采用此法处理啤酒废水。据报道，进水CODcr为1000~1500mg/L，出水CODcr可降至40~100mg/L，去除率为90%一96%。活性污泥法处理啤酒废水的缺点是动力消耗大，处理中常出现污泥膨胀。序批式活性污泥法(SBR)通过间歇曝气可以使动力耗费显著降低，同时，废水处理时间也短于普通活性污泥法。SBR法是一种改进型的活性污泥法，与其他活性污泥法相比，SBR法没有设置二沉池和污泥回流设备，布置更为紧凑，占地面积少，基建及运行费用较低，不易发生污泥膨胀问题，耐冲击负荷，处理效果稳定。采用此法处理啤酒废水，COD的去除率可达90%，出水COD<100mg/L，符合国家规定排放标准。例如，珠江啤酒厂引进比利时SBR专利技术，废水处理时间仅需19~20h，比普通活性污泥法缩短10}~11hCODcr的去除率也在96%以上。扬州啤酒厂和三明市大田啤酒厂采用SBR技术处理啤酒废水，也收到了同样的效果[2][3][4]nCASS反应池CASS是一种循环式活性污泥法，CASS反应池的运行一般包括三个部分:进水、曝气、回流阶段;沉淀阶段;潍水、排泥阶段。周期为4~12h，根据需要设计，反应池一般用隔墙分隔成三个区:生物选择区、预反应区、主反应区。生物选择区曝气，类似于SBR法中的限制性曝气阶段。在该区内，回流污泥中的微生物大量吸收有机物，能较迅速有效地降低废水中有机物浓度;预反应区采取半限制性曝气，DO保持在0.5mg/L左右，使该区存在着反硝化进程的可能;主反应区进行强制鼓风曝气，有机物及氨氮得到生化与硝化。安徽省某啤酒厂，采用CASS法，即循环式活性污泥法，出水可达标。内蒙古呼伦贝尔盟海拉尔市某啤酒厂的生产实践表明:即便在低温条件下也能顺利地进行污泥的培养和驯化且可使出水满足国家排放标准要求。生物膜法与活性污泥法不同，生物膜法是在处理池内加入软性填料，利用固着生长于填料表面的微生物对废水进行处理，最大优点是不会出现污泥膨胀的问题，且具有运转管理方便，剩余污泥量较少等优点。因而，生物膜法在啤酒废水处理工程中，尤其在处理一般规模的场合下，已受到很多厂家的欢迎并予以采用。生物接触氧化池和生物转盘是这类方法的代表，在啤酒废水治理中均被采用，主要是降低啤酒废水中的BOD5。国内采用生物接触氧化法处理啤酒废水的啤酒厂有青岛啤酒厂、抚顺啤酒厂、房山啤酒厂等。废水COD为1000~1200mg/L处理后出水COD为100mg/L，去除率达90%~92%。生物接触氧化法在国内应用很广，其主要优点是处理能力大，无污泥膨胀，运行管理方便等，但处理效果一般不及活性污泥法，建筑费用亦较高。采用生物转盘的工厂有杭州啤酒厂、上海华光啤酒厂等，进水COD为15OOmg/L，处理后出水COD为30~150mg/L，去除率90%~98%。生物转盘法是较早用来处理啤酒废水的方法，它的优点是处理效果比较稳定，运行费用低，动力消耗低，耐冲击负荷，无污泥膨胀等，但前期基建投资高，受气温变化影响大，不适合于气温偏低的地区使用。深井曝气法为了提高曝气过程中氧的利用率，节省能耗，加拿大安大略省的巴利啤酒厂、我国的上海啤酒厂和北京五星啤酒厂均采用深井曝气法(超深水曝气)处理啤酒废水。深井曝气实际上是以地下深井作为曝气池的活性污泥法，曝气池由下降管以及上升管组成，将废水和污泥引入下降管，在井内循环，空气注入下降管或同时注入两管中，混合液则由上升管排至固液分离装置，即废水循环是靠上升管和下降管的静水压力差进行的。其优点是:占地面积少，效能高，对氧的利用率大，无恶臭产生等，据测定，当进水BOD5浓度为2400mg/L时，出水浓度可降为5Omg/L，去除率高达97.92%。当然，深井曝气也有不足之处，如施工难度大，造价高，防渗漏技术不过关等。好氧生物处理还有氧化塘法和膜一生物反应器(MBR)，其中MBR是90年代兴起的一种废水生化处理的新技术，它是用膜组件替代传统二沉池进行固液分离的一种新型高效废水处理技术，与传统的活性污泥法相比，膜一生物反应器具有污染物去除效率高、出水水质稳定、装置容积负荷大、设备占地面积小、传氧效率高、污泥产量低、操作运行简便等优点。目前国内由于对膜一生物反应器的研究起步较晚，尚无实际应用的例子。3.3厌氧生物处理n传统的厌氧发酵工艺需要较高的温度、较长的停留时间，且处理效能低。20世纪60年代末以来世界上先后出现了厌氧滤池(AF)、升流式厌氧污泥床反应器(UASB)，两相厌氧消化(TPAD)等工艺，以其较高的容积负荷率和较短的水力停留时间受到人们的关注，被称为第二代厌氧反应器。经过实践证明，这类反应器完全适用于处理啤酒废水，而且厌氧消化工艺相似于啤酒酿造、发酵生产工艺，很容易被啤酒厂家所掌握。与好氧生物处理相比，厌氧生物处理的优点有:动力消耗低、剩余污泥量少、处理设备较便宜、能降解某些好氧处理难于降解的物质。其缺点分别是:厌氧污泥增殖缓慢、出水水质差、操作控制复杂以及废水浓度较低时产生的CH;回收价值小等。厌氧生物处理是在无氧条件下，靠厌氧细菌的作用分解有机物。它适用于高浓度有机废水(CODcr>2000mg/L,BOD5>1000mg/L)。在这一过程中，参加生物降解的有机基质有50%-90%转化为沼气，而发酵后的剩余物还可回收作为优质肥料和饲料。因此，厌氧生物处理啤酒废水已经受到了越来越多的关注。沼气发酵法大部分工厂采用好氧处理，但广泛开展沼气残余物的综合利用，可为改善生态环境发挥重要作用，并正在成为兼具能源、环境、经济、资源综合利用诸功能的综合系统工程，厌氧消化技术因而也正在被更深入、更广泛、更高层次地开发利用。厌氧消化技术将更广泛地应用于高浓度、高悬浮物的工业有机废水处理升流式厌氧污泥床(UASB)UASB是由荷兰Wageninger农业大学Lettinga教授提出。它利用厌氧微生物降解废水中的有机物，其主体分为配水系统，反应区，气、液、固三相分离系统，排水系统与排泥系统，沼气收集系统四个部分，具有效能高，处理费用低，电耗省，投资少，占地面积小等一系列优点，完全适用于高浓度啤酒废水的治理。至1990年9月，全世界己建成30座生产性UASB反应器用于处理啤酒废水，总容积达60600m3。据不完全统计，在1997年全世界范围内共有914座厌氧处理厂，其中有600座以上采用UASB。国内已有北京啤酒厂、沈阳啤酒厂等厂家利用UASB来处理啤酒废水，荷兰、美国的某些公司所设计的UASB反应器对啤酒废水CODcr的去除率为80~86%北京啤酒厂UASB处理装置的中试结果也保持在这一水平，而且其沼气产率为0.3-0.5m3/kg。清华大学在常温条件下利用UASB厌氧处理啤酒废水的研究结果表明，进水CODcr浓度为2000mg/L时，去除率为85%~90%。沈阳啤酒厂采用回收固形物及厌氧消化综合治理工艺，实行清污分流，集中收集CODcr大于5000mg/L的高浓度有机废水送入UASB进行厌氧处理，废水中CODcr的质能利用率可达91.93%内循环厌氧反应器(InternalCirculation,IC)内循环厌氧反应器于20世纪80年代中期由荷兰PAQUES公司开发研制成功，它是在UASB反应器的基础上发展而来的，和UASB反应器一样，可以形成高生物活性的厌氧颗粒污泥，但不同的是这种反应器内部还能够形成流体循环。此类反应器高度约为I6~25米，容积负荷为普通升流式厌氧污泥床(UASB)的4倍左右，占地面积少，基建投资省，有机负荷高，抗冲击负荷能力强，运行稳定性好。沈阳华润雪花啤酒有限公司1996n年从荷兰PAQUES公司引进IC技术处理啤酒生产废水设计日处理高浓度有机废水400m3,CODcr负荷2000kg/d,CODcr去除率达80%，包括配套设施在内全部设施仅占地245平方米。上海富仕达啤酒厂采用IC厌氧反应器后接好氧处理系统，总出水CODcr为75mg/L,CODcr的去除率为96.3%3.4厌氧和好氧技术的联合运用近年，水处理工作打破传统工艺，联合运用好氧和厌氧技术处理废水，取得了突出的效果[(291。啤酒废水中有很多复杂的有机物，对于好氧生物处理而言是属于难生物降解或不能降解的，但这些有机物往往可以通过厌氧菌分解为较小分子的有机物，而那些较小分子的有机物可以通过好氧菌进一步降解。采用厌氧与好氧工艺相结合的流程(A/O法，A20法等)，可以达到生物脱氮的目的。具体的工艺有:水解酸化一生物接触氧化法[5];IC-CIRCOX反应器法[6]UASB-SBR组合工艺[7]；内循环UASB反应器十氧化沟工艺串联法[8]等。3.5菌藻共生系统3.5.1微藻处理啤酒废水的研究现状近年来，我国啤酒产业发展迅速，因此啤酒工业废水的产生量也越来越大，对环境造成了很大的负荷，所以急需一种低成本、高效的啤酒废水处理办法。传统的啤酒废水处理工艺或多或少的存在缺点，例如不能将啤酒废水中的营养物进行资源化利用，以及废水处理运行费用高，处理废水的效果不理想等问题。因此，在如何能够资源化利用啤酒废水这一问题方面，利用微藻来净化啤酒废水是一种低成本、高效益的技术，可以实现环境与经济效益的最大化。曲春波等[9]利用由啤酒废水配制的含10g/L'葡萄糖的培养液来异养培养小球藻，微藻生物量达到5.3g-L"'，并且啤酒废水中污染物的去除效果也非常明显，CODcr,BOD5,N03--N,NH4+-N的去除率分别为92.2%,85.1%,98.5%,92.3%，证明小球藻能够高效的净化啤酒废水中的污染物并且同时得到具有高经济价值的藻细胞。朱国洪等[10]在啤酒废水中添加不同物质，在不同的营养条件下培养钝顶螺旋藻，结果显示，啤酒废水中氮源、磷源、碳源、pH,温度和光照均在螺旋藻最适的条件下，曝气培养10天后的螺旋藻生物量达5.56g/L，蛋白质含量达41.8%，CODcr去除率为71.43%。TMMata等用斜生栅藻来处理啤酒废水同时获得微藻生物质，研究发现，在斜生栅藻最适的光照时间、光照强度的条件下，往啤酒废水中曝气培养斜生栅藻，在9天后藻细胞获得最高生物量0.9g/L，对废水中COD和TN的去除率达到最高，分别为57.5%和20.8%。利用微藻(如螺旋藻、小球藻、塔胞藻等)进行啤酒废水的生物净化，方法简便，废水处理投资低，且微藻繁殖速度快，培养成本降低。微藻对啤酒废水中的有机物、氮、磷等物质去除率高，可有效降低其COD,nBOD值;而且啤酒废水有毒物质含量低，废水处理结束后收获的微藻生物质没有毒副作用，是一种具有高环境价值和经济价值的废水处理方法。3.5.2菌藻共生系统处理废水原理菌藻共生技术是一种利用微藻和细菌、真菌等微生物结合起来共同处理废水的一种生物处理方法，最早由Oswald和Gotaas等提出，他们的研究成果对于后人研究微藻处理废水具有重要的影响，奠定了微藻生物处理废水技术的基础。藻类是一类分布广泛、适应能力强的自养生物，他们能通过光合作用将太阳能转化为化学能，并且吸收二氧化碳和氮、磷无机盐，将其转化为自身复杂的有机物储存起来。菌藻共生技术(见图1.3)是将微藻对污水中氮、磷的高效利用率以及细菌和真菌对污水中复杂有机物的降解能力结合起来的生物处理技术，在菌藻共生系统中，好氧细菌和真菌能将含碳的复杂有机物降解为二氧化碳和水或者降解为低分子有机物，而二氧化碳和低分子有机物可以作为碳源被微藻利用;有些好氧细菌如氨化细菌和硝化细菌等能对含氮有机物进行氨化，继而进行硝化，生成硝酸盐供藻类利用，促进微藻的光合作用和生长代谢;微藻利用二氧化碳和废水中的碳酸盐，通过光合作用将细菌代谢产生的无机物同化为有机物储存在细胞内，并且释放出氧气，增加水中的溶氧量，营造好氧环境，促进好氧细菌和真菌的生长繁殖，藻和菌之间形成了互利互惠的共生关系，更有利于废水的净化处理3.5.3菌藻共生系统处理废水的研究进展国内外已经有用单一的细菌、真菌或混合菌群和藻类共生处理废水的报道，藻类和混合菌群处理废水，其中应用最为广泛的是将微藻和活性污泥处理废水结合起来，将活性污泥与高浓度的藻液混合培养，形成类似于活性污泥一样的具有良好絮凝沉淀性能的混合微生物群落，并采用与活性污泥法类似的工艺流程来处理各种工业废水和生活污水，以达到去除废水中的有机物和氮、磷等污染物的目的，这就是“活性藻”方法，其实质是藻菌共生处理废水[11]利用菌藻之间的协同作用，共同净化废水，提高了废水中有机物和氮、磷等物质的利用率，方法简便，提高了废水处理的效率，而且在废水处理过程中，与微藻共生的菌类并不影响微藻的生长，在废水处理结束后，可将微藻收获，若采用的菌类也可以生产有经济价值的物质，可以将菌藻共同收获，提取其中高价值的成分或者直接进行后期加工，制作成动物饲料和鱼类饵料等，是一种低成本、高效益的净化和利用废水的方法，有巨大的环境效益和经济效益。4总结国内外研究发展趋势n啤酒废水处理技术正朝着综合治理方向发展。啤酒废水综合治理可考虑从以下几方面着手:(])要减少生产用水、降低排放量;(2)实行清洁生产，降低废水排放负荷，同时做到清浊分流和循环使用，减轻处理压力，控制洗糟水量，加强冷、热凝固蛋白及酵母的回收，减少酒损等降低污染负荷的措施;(3)还要合理利用，变废为宝，以降低废水处理成本.(4)实现啤酒废水治理的环境效益和经济效益统一，一种或两种以上技术结合使用，如生化与物化相结合、厌氧与好氧相结合、水解酸化与SBR相组合工艺、菌藻共生系统等，这是解决啤酒废水污染问题的根本出路;(5)加强啤酒酒废水的利用技术研究，如啤酒废水的土地利用和植物净化技术等;(6)利用生态工程学原理，通过多级模拟生物净化系统及相伴随的物理、化学多种过程，使啤酒废水中有机污染物、营养元素和其它污染物进行多级转换、利用和去除，实现啤酒废水无害化，资源化与再利用。参考文献：[1]梅荣武、刘想之.高深度活性污泥法处理啤酒永[J]给水排水，2000,26(4):39-40[2]纪荣平.SBR法在扬州啤酒厂废水处理中的应用[J]，环境工程，1996,14(6):8-11[3]王水生.SBR法处理啤酒废水[J]，环境保护，1997(8):21-22[4]付敏宁，吴万友，邹武杰.填料式SBR技术在啤酒废水处理工程中的应用[J]江西气象科技，2000,23(1):41-42[5]王松林，汪大庆内循环L`ASB反应器+氧化沟工艺在啤酒废水处理中的应用[J]，工业用水与废水，2001,32(2):23-24[6]周焕祥.水解酸化—生物接触氧化法处理啤酒废水[J]工业水处理，1998(2):36-39[7]何晓娟.IC-CIXCOX工艺及其在啤酒废水处理中的应用[J].给水排水1997，23(5):26-28[8]张振家，周长波，熊庆明.BASE-SBR工艺处理啤酒生产废水[J]中国给排水，2001，17(9):9-11[9]曲春波，史贤明.利用啤酒废水小球藻异养培养[J]微生物学报，2009,49(6):780-785.[10]朱国洪，刘振华，尹国，等.啤酒厂中段废水培养螺旋藻的研究[J]广西轻工业，2000,(3):35-39.[11]穆寄林，马华继，熊振湖.藻菌共生系统在城市污水处理中的研究与应用[J]南平师专学报2005,24(2):64-67.