啤酒工業(yè)廢水處理與利用技術(shù)研究進(jìn)展(1)

啤酒工業(yè)廢水處理與利用技術(shù)研究進(jìn)展(1) 摘要：啤酒廢水中有機(jī)物的含量較高，如直接排放，既污染 環(huán)境，又降低啤酒工業(yè)的原料利用率.為此，許多學(xué)者和廠家對(duì)啤酒廢水的處理與利用技術(shù) 進(jìn)行了研究.本文在闡述啤酒廢水的來(lái)源及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)幾種常見(jiàn)的處理利用技術(shù)進(jìn)行 了比較，結(jié)論是：?jiǎn)我坏奶幚砗屠眉夹g(shù)不能從根本上解決啤酒廢水的污染問(wèn)題，只有將多 種技術(shù)結(jié)合使用，才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一. 關(guān)鍵詞：啤酒工業(yè) 廢水處理 廢水綜合利用 Advances on the Treatment and Utilization of Brewery Wastewater ABSTRACTBeing a liquid containing high organic pollutants, brewery wastewater may not only lead to environmental pollution,but also decreas e the utilization ratio of raw material used in beer production.Therefore,many sc holars and breweries have paid much attention to developing new techniques for t reating and making use of brewery wastewater.This paper makes a comparison among various new techniques on the basis of analyzing the sources and characteristic s of brewery wastewater.It is concluded that a single technique can not effectiv ely remove the contamination from brewery wastewater,and only the combination of various techniques can achieve great benefits both in economy and in environment.Thus, several proposals are put forward for future research. KEY WORDSbrewery industry,wastewater treatment,wastewater utilization隨著人民生活水平的提高，我國(guó)啤酒工業(yè)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，其產(chǎn)量逐年上升.1988年全國(guó)有 啤酒廠800多家，年產(chǎn)啤酒663萬(wàn)t1，位居世界第三；經(jīng)過(guò)近十年的發(fā)展，目前已 達(dá)到1000多家，年產(chǎn)啤酒1000多萬(wàn)t，成為世界第二大啤酒生產(chǎn)國(guó)2.但是在啤酒 產(chǎn)量大幅度提高的同時(shí)，也向環(huán)境中排放了大量的有機(jī)廢水.據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)1 t啤酒需要10 30 t新鮮水，相應(yīng)地產(chǎn)生1020 t廢水3.我國(guó)現(xiàn)在每年排放的啤酒廢水已達(dá)1. 5億t4.由于這種廢水含有較高濃度的蛋白質(zhì)、脂肪、纖維、碳水化合物、廢酵母 .酒花殘?jiān)扔袡C(jī)無(wú)毒成分，排入天然水體后將消耗水中的溶解氧，既造成水體缺氧，還 能促使水底沉積化合物的厭氧分解，產(chǎn)生臭氣，惡化水質(zhì)5.另外，上述成分多來(lái) 自啤酒生產(chǎn)原料，棄之不用不僅造成資源的巨大浪費(fèi)，也降低了啤酒生產(chǎn)的原料利用率.因 此，在糧食缺乏，水和資源供應(yīng)緊張的今天，如何既有效地處理啤酒廢水又充分利用其中的 有用資源，已成為環(huán)境保護(hù)的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容.本文根據(jù)前人的研究結(jié)果綜述了啤酒廢水 的處理和利用現(xiàn)狀，以便為進(jìn)一步探討效益資源型處理技術(shù)提供借鑒.1啤酒廢水的產(chǎn)生與特點(diǎn) 啤酒生產(chǎn)工藝流程包括制麥和釀造兩部分.二者均有冷卻水產(chǎn)生，約占啤酒廠總排水量的65% ，水質(zhì)較好，可循環(huán)用于浸洗麥工序7.中、高污染負(fù)荷的廢水主要來(lái)自制麥 中的浸麥工序和釀造中的糖化、發(fā)酵、過(guò)濾、包裝工序，其化學(xué)需氧量在50040000 mg.L-1之間，除了包裝工序的廢水連續(xù)排放以外，其它廢水均以間歇方式排放8（見(jiàn)表1）.表1啤酒工業(yè)中、高污染負(fù)荷廢水的來(lái)源與濃度 Table 1Sources and contents of brewery wastewater with high or middle pollution load工序廢水中CODcr濃度 /（mg.L-1）排放方式浸麥工序500800間歇排放糖化工序2000040000間歇排放發(fā)酵工序20003000間歇排放包裝工序500800連續(xù)排放啤酒廠總排水屬于中、高濃度的有機(jī)廢水，呈酸性，pH值為4.56.57,其中 的主要污染因子是化學(xué)需氧量（CODcr）、生化需氧量（BOD5）和懸浮物（SS），濃 度分別為10001500，5001000和220440 mg.L-13.啤酒廢水的可生化性（BOD5/CODcr）較大，為0.40.67，因此很多治理技術(shù)的主體部分是生 化處理. 2啤酒廢水處理技術(shù) 目前，國(guó)內(nèi)外普遍采用生化法處理啤酒廢水.根據(jù)處理過(guò)程中是否需要曝氣，可把生物處理 法分為好氧生物處理和厭氧生物處理兩大類. 2.1好氧生物處理 好氧生物處理是在氧氣充足的條件下，利用好氧微生物的生命活動(dòng)氧化啤酒廢水中的有 機(jī)物，其產(chǎn)物是二氧化碳、水及能量（釋放于水中）.這類方法沒(méi)有考慮到廢水中有機(jī)物的 利用問(wèn)題，因此處理成本較高.活性污泥法、生物膜法、深井曝氣法是較有代表性的好氧生 物處理方法. 2.1.1活性污泥法活性污泥法是中、低濃度有機(jī)廢水處理中使用最多 、運(yùn)行最可靠的方 法，具有投資省、處理效果好等優(yōu)點(diǎn).該處理工藝的主要部分是曝氣池和沉淀池.廢水進(jìn)入 曝氣池后，與活性污泥（含大量的好氧微生物）混合，在人工充氧的條件下，活性污泥吸附 并氧化分解廢水中的有機(jī)物，而污泥和水的分離則由沉淀池來(lái)完成.我國(guó)的珠江啤酒廠、煙 臺(tái)啤酒廠、上海益民啤酒廠、武漢西湖啤酒廠、廣州啤酒廠和長(zhǎng)春啤酒廠等廠家均采用此法 處理啤酒廢水6,7.據(jù)報(bào)道，進(jìn)水CODcr為12001500 mg.L-1時(shí)，出水 CODcr可降至50100 mg.L-1，去除率為92%96% .活性污泥法處理啤酒廢水的缺 點(diǎn)是動(dòng)力消耗大，處理中常出現(xiàn)污泥膨脹. 污泥膨脹的原因是啤酒廢水中碳水化合物含量過(guò)高，而N，P，F(xiàn)e等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏，各營(yíng) 養(yǎng)成分比例失調(diào)，導(dǎo)致微生物不能正常生長(zhǎng)而死亡.解決的辦法是投加含N，P的化學(xué)藥劑， 但這將使處理成本提高.而較為經(jīng)濟(jì)的方法是把生活污水（其中N，P濃度較大）和啤酒廢水混合. 間歇式活性污泥法（SBR）通過(guò)間歇曝氣可以使動(dòng)力耗費(fèi)顯著降低，同時(shí)，廢水處理時(shí) 間也短于普通活性污泥法.例如，珠江啤酒廠引進(jìn)比利時(shí)SBR專利技術(shù)，廢水處理時(shí)間僅需1920 h ,比普通活性污泥法縮短1011 h，CODcr的去除率也在96%以上9.揚(yáng)州 啤酒廠和三明市大田啤酒廠采用SBR技術(shù)處理啤酒廢水，也收到了同樣的效果10,11 .劉永淞等認(rèn)為9，SBR法對(duì)廢水的稀釋程度低，反應(yīng)基質(zhì)濃度高，吸附和反應(yīng) 速率都較大，因而能在較短時(shí)間內(nèi)使污泥獲得再生. 2.1.2深井曝氣法為了提高曝氣過(guò)程中氧的利用率，節(jié)省能耗，加 拿大安大略省的巴利啤酒廠12、我國(guó)的上海啤酒廠和北京五星啤酒廠7 均采用深井曝氣法(超深水曝氣)處理 啤酒廢水.深井曝氣實(shí)際上是以地下深井作為曝氣池的活性污泥法，曝氣池由下降管以及上 升管組成.將廢水和污泥引入下降管，在井內(nèi)循環(huán)，空氣注入下降管或同時(shí)注入兩管中，混 合液則由上升管排至固液分離裝置，即廢水循環(huán)是靠上升管和下降管的靜水壓力差進(jìn)行的. 其優(yōu)點(diǎn)是：占地面積少，效能高，對(duì)氧的利用率大，無(wú)惡臭產(chǎn)生等.據(jù)測(cè)定12， 當(dāng)進(jìn)水BOD5濃度為2400 mg.L-1時(shí)，出水濃度可降為50 mg.L-1，去除率高達(dá)97.92% .當(dāng)然，深井曝氣也有不足之處，如施工難度大，造價(jià)高，防滲漏技術(shù)不過(guò)關(guān)等. 2.1.3生物膜法與活性污泥法不同，生物膜法是在處理池內(nèi)加入軟性 填料，利用固著生長(zhǎng)于填料表面的微生物對(duì)廢水進(jìn)行處理，不會(huì)出現(xiàn)污泥膨脹的問(wèn)題.生物 接觸氧化池和生物轉(zhuǎn)盤是這類方法的代表，在啤酒廢水治理中均被采用，主要是降低啤酒廢 水中的BOD5. 生物接觸氧化池是在微生物固著生長(zhǎng)的同時(shí)，加以人工曝氣.這種方法可以得到很高的 生物固體濃度和較高的有機(jī)負(fù)荷，因此處理效率高，占地面積也小于活性污泥法.國(guó)內(nèi)的淄 博啤酒廠、青島啤酒廠、渤海啤酒廠和徐州釀酒總廠等廠家的廢水治理中采用了這種技術(shù) 7.青島啤酒廠在二段生物接觸氧化之后輔以混凝氣浮處理，啤酒廢水中CODcr和B OD5的去除率分別在80% 和90%以上13.在此基礎(chǔ)上，山東省環(huán)科所改常壓曝氣 為加壓曝氣（P=0.250.30 MPa），目的在于強(qiáng)化氧的傳質(zhì)，有效提高廢水中的溶解氧 濃度，以滿足中、高濃度廢水中微生物和有機(jī)物氧化分解的需要.結(jié)果表明，當(dāng)容積負(fù)荷1 3.33 kg.m-3.d-1COD,停留時(shí)間為34 h時(shí)，COD和BOD平均去除率分別達(dá)到 93.5 2%和99.03% .由于停留時(shí)間縮短為原來(lái)的1/31/4，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用也較低14. 生物轉(zhuǎn)盤是較早用以處理啤酒廢水的方法.它主要由盤片、氧化槽、轉(zhuǎn)動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)裝置 等部分組成，依靠盤片的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)廢水與盤上生物膜的接觸和充氧.該法運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、動(dòng)力 消耗少，但低溫對(duì)運(yùn)行影響大，在處理高濃度廢水時(shí)需增加轉(zhuǎn)盤組數(shù).該方法在美國(guó)應(yīng)用較 為普及，國(guó)內(nèi)的杭州啤酒廠、上海華光啤酒廠和浙江慈溪啤酒廠也在使用7.據(jù) 報(bào)道，廢水中BOD5的去除率在80%以上13. 2.2厭氧生物處理 厭氧生物處理適用于高濃度有機(jī)廢水（CODcr2000 mg.L-1, BOD51000 mg.L-1）.它是在無(wú)氧條件下，靠厭氣細(xì)菌的作用分解有機(jī)物.在這一過(guò)程中，參加生物降解的有機(jī)基質(zhì)有50%90%轉(zhuǎn)化為沼氣（甲烷），而發(fā)酵后的剩余物又可作為優(yōu)質(zhì)肥料和飼料15.因此，啤酒廢水的厭氧生物處理受到了越來(lái)越多的關(guān)注. 厭氧生物處理包括多種方法，但以升流式厭氧污泥床（UASB）技術(shù)在啤酒廢水的治理方 面應(yīng)用最為成熟.UASB的主要組成部分是反應(yīng)器，其底部為絮凝和沉淀性能良好的厭氧污泥 構(gòu)成的污泥床，上部設(shè)置了一個(gè)專用的氣-液-固分離系統(tǒng)（三相分離室）16.廢 水從反應(yīng)器底部加入，在上向流、穿過(guò)生物顆粒組成的污泥床時(shí)得到降解，同時(shí)生成沼氣（氣泡）.氣、液、固（懸浮污泥顆粒）一同升入三相分離室，氣體被收集在氣罩里，而污泥 顆粒受重力作用下沉至反應(yīng)器底部，水則經(jīng)出流堰排出. 截止1990年9月，全世界已建成30座生產(chǎn)性UASB反應(yīng)器用于處理啤酒廢水，總?cè)莘e達(dá)60 600 m317.國(guó)內(nèi)已有北京啤酒廠4,7,18、沈陽(yáng)啤酒廠7,15 等廠家利用UASB來(lái)處理啤酒 廢水.荷蘭、美國(guó)的某些公司所設(shè)計(jì)的UASB反應(yīng)器對(duì)啤酒廢水CODcr的去除率為80%86% 13,19,20,北京啤酒廠UASB處理裝置的中試結(jié)果也保持在這一水平，而且其沼氣 產(chǎn)率為0.30.5 m3.kg-1(COD)8.清華大學(xué)在常溫條件下利用UASB厭氧 處理啤酒廢水的研究結(jié)果表明，進(jìn)水CODcr濃度為2000 mg.L-1時(shí)，去除率為85% 90%21.沈陽(yáng)啤酒廠采用回收固形物及厭氧消化綜合治理工藝，實(shí)行清污分流，集中收集CODcr大于5000 mg.L-1的高濃度有機(jī)廢水送入U(xiǎn)ASB進(jìn)行厭氧處理，廢水 中CODcr的質(zhì)能利用率可達(dá)91.93%15. 實(shí)踐證明，UASB成功處理高濃度啤酒廢水的關(guān)鍵是培養(yǎng)出沉降性能良好的厭氧顆粒污泥 .顆粒污泥的形成是厭氧細(xì)菌群不斷繁殖、積累的結(jié)果，較多的污泥負(fù)荷有利于細(xì)菌獲得充 足的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)，故對(duì)顆粒污泥的形成和發(fā)展具有決定性的促進(jìn)作用；適當(dāng)高的水力負(fù)荷將產(chǎn) 生污泥的水力篩選，淘汰沉降性能差的絮體污泥而留下沉降性能好的污泥，同時(shí)產(chǎn)生剪切力 ，使污泥不斷旋轉(zhuǎn)，有利于絲狀菌互相纏繞成球.此外，一定的進(jìn)水堿度也是顆粒污泥形成 的必要條件，因?yàn)閰捬跎锏纳L(zhǎng)要求適當(dāng)高的堿度，例如：產(chǎn)甲烷細(xì)菌生長(zhǎng)的最適宜pH值 為6.87.2.一定的堿度既能維持細(xì)菌生長(zhǎng)所需的pH值，又能保證足夠的平衡緩沖能力 22,23.由于啤酒廢水的堿度一般為500800 mg.L-1(以CaCO3計(jì))24，堿度不足，所以需投加工業(yè)碳酸鈉或氧化鈣加以補(bǔ)充.研究表明4,21，在 UASB啟動(dòng)階段，保持進(jìn)水堿度不低于1000 mg.L-1對(duì)于顆粒污泥的培養(yǎng)和反應(yīng)器在 高 負(fù)荷下的良好運(yùn)行十分必要.應(yīng)該指出，啤酒廢水中的乙醇是一種有效的顆粒化促進(jìn)劑 25，它為UASB的成功運(yùn)行提供了十分有利的條件. 總之，UASB具有效能高，處理費(fèi)用低，電耗省，投資少，占地面積小等一系列優(yōu)點(diǎn)，完全適用于高濃度啤酒廢水的治理.其不足之處是出水CODcr的濃度仍達(dá)500 mg.L-1左右，需進(jìn)行再處理或與好氧處理串聯(lián)才能達(dá)標(biāo)排放.共2頁(yè): 1 2 下一頁(yè) 論文出處(作者):