1、本科毕业论文 文献综述 环境 工程 啤酒废水处理工艺的研究进展 摘要 ：在现如今流行的啤酒废水处理工艺中，多数采用生化法来处理啤酒废水 。本文从厌氧工艺和好氧工艺两方面介绍啤酒废水的主要处理技术及其处理效果，综述了一些有代表性的文章对啤酒废水处理工艺进行研究。 关键词 ：啤酒废水； 厌氧工艺；好氧工艺；研究 进展 1. 啤酒废水的性质与危害 啤酒生产过程中用水量很大，特别是酿造、灌装工艺过程，大量使用新鲜水，相应产生大量废水，大约生产 1t 啤酒会产生 6 10t 废水 1。啤酒废水主要含醇类、糖类等有机物，悬浮物浓度高，无毒 ，易腐败， COD 含量较高。啤酒厂废水主要来源 2见表 1。 表
2、 1 啤酒厂废水主要来源 2 污染来源 BOD(mg/L) SS(mg/L) 污染物 麦汁煮沸锅 过滤槽 旋流沉淀槽 发酵罐 硅藻土过滤机 清酒罐 装酒机 废酵母 硅藻土滤饼 杀菌机溢流废水 150 6900 42400 66000 15000 3400 3000 130000 50000 10 低 2000 28000 / 40000 / / / / 20 麦汁残余 糖化醪残余物 麦汁和凝固物沉渣 酵母物残余物和凝固物沉渣等 硅藻土、酵母、蛋 白质沉淀等 啤酒 啤酒 少量啤酒及其他固形物 啤酒废水的危害性很大，若未经处理的废水直接排入自然水体，会造成收纳水体水质恶化，在自然降解的过程中使水中
3、的微生物大量繁殖，消耗自然水体中的溶解氧，从而造成水体缺氧，影响水生生物的生长，最终导致水质发黑变臭，严重污染环境。 2. 啤酒废水的主要处理工艺 啤酒废水的水量大，水中的有机物浓度高， BOD/COD 值较高 3，可生化性良好，目前国内的啤酒企业多数采用生化法 4来处理啤酒废水，可分为厌氧工艺和好氧工艺。 2.1厌氧工艺 厌氧工艺 (Anaerobic Process)是在厌氧条件下 ， 形成 了 厌氧微生物所需要的营养条件和环境条件 ， 利用这类微生物分解废水中的有机物并产生甲烷和二氧化碳的过程 5。 厌氧工艺高效、节能、产泥少，适用于高浓度的有机废水 (COD2000mg/L，BOD10
4、00mg/L)，在厌氧过程中，参加生物降解的有机质有 50%90%转化为沼气 6，同时发酵产物也可以用于制作饲料与肥料，因而使用厌氧处理工艺处理啤酒废水，受到越来越多的关注。 2.1.1升流式厌氧污泥床 升流式厌氧污泥床 (Upflow Anaerobic Sludge Bed，简称 UASB)， 由 Lettinga等于 19741978年研究成功的一项新工艺 7，是世界上发展最快的消化器 。 由于该消化器结构简单，运行费用低，处理效率高而引起人们的普遍兴趣 。 其主体分为配水系统，反应区，气、液、固三相分离系统，主要特点 8-10为：(1)污泥的颗粒化使反应器内的平均浓度 50gVSS/L
5、以上，污泥龄 30天以上； (2) 水力停留时间短； (3)容积负荷高； (4)适用于不同浓度的废水； (5) UASB反应器集生物反应和沉淀分离于一体，结构紧凑； (6)无需设置填料，节省了费用，提高了容积利 用率； (7)一般无需设置搅拌设备，上升水流和沼气产生的上升气流起到搅拌的作用； (8)构造简单，操作运行方便。 山东银河酒业 9采用固液分离结合厌氧消化， COD 去除率高，且大大降低了工程投资和运行费用。沈阳啤酒厂 10实行清污分流，集中收集 COD5000mg/L的高浓度有机废水送入 UASB进行厌氧处理，废水中 COD的利用率可达 91.93%。但出水 COD不能达到国家排放标
6、准，需要结合好氧工艺才能达标排放。 2.1.2内循环厌氧反应器 内循环厌氧反应器 (Internal Circulation，简称 IC)， 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 11，是在 UASB反应器基础上发展起来的高效反应器，它依靠沼气在升流管和刚流管间产生的密度差在反应器内部形成流体循环。内循环加强了废水中有机物和颗粒污泥间的传质，使得处理同类废水时，该反应器的有机负荷达到 UASB反应器的 2-4倍 12。 IC 反应器一般由 5 部分组成：混合区、第 1 反应区、第 2 反应区、内循环系统和出水区，其主要优点 13有： (1)容积负荷高，为普通
7、厌氧反应器的 3 倍以上； (2)节省投资和占地面积； (3)抗冲击负荷能力强； (4)抗低温能力强； (5)具有缓冲 pH值的能力； (6)内部自动循环，不必外加动力。 全球已建成的 IC 厌氧反应器大部分用于处理啤酒废水 14，目前沈阳华润雪花啤酒有限公司 15、奥克啤酒厂 16、上海富士达啤酒厂 17等引进了此工艺。其中沈阳华润雪花啤酒有限公司 15引进 IC 技术处理啤酒生产废水，其反应容积为70m3 ，设计日处理高浓度有机废水为 400m3 ， COD 容积负荷达25kg/(m3d)30kg/(m3d)， COD去除率 80%。此外， J. H. F. Pereboom等人分别采用
8、UASB 反应器 和 IC 反应器处理相同的啤酒废水，来比较两者的工艺参数 18。见表 2。 表 2 UASB反应器与 IC 反应器处理相同啤酒废水的参数比较 反应类型 体积 / m3 高度 /m HRT COD 体积负荷/kg/(m3d) 进水 COD /m3/L COD 去除率/% UASB IC 1400 6162 6.4 20 6 2.1 6.8 24 1700 2000 80 80 从上表可以看出 IC 反应器水力停留时间较短，容积负荷高；处理相同 COD时， IC 反应器的体积小，投资省，节约占地面积，因而 IC 反应器有明显优势，同 时其抗负荷能力强，又具有缓冲 pH的能力，出水
9、稳定性好等优点。但对于进水水质不太稳定的厂，易导致 IC 出水水量不稳定，出水水质也相对不稳定，有时可能还会出现短暂不出水的现象 19,20，从而对后序处理的工艺产生影响。因此，需要结合好氧工艺来使废水达标排放。 2.2 好氧工艺 好氧工艺 (Aerobic Process)，是在有游离氧 (分子氧 )存在的条件下，好氧微生物降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。微生物利用废水中存在的有机污染物 (以溶解状与胶体状的为主 )，作为营养源进行好氧代谢 21。 好氧工艺的反应 速度较快，所需的反应时间较短，处理构筑物容积较小。且处理过程中散发的臭气较少。但好氧工艺难以考虑有机物的利用问题，因此处
10、理成本相对较高。 2.2.1 传统活性污泥法 活性污泥法于 1914 年由英国人 Ardernh 和 Lock-ett 实验成功 22，是一种传统的废水处理方法。较多应用于中、低浓度的有机废水处理中，运行可靠。在早期啤酒废水的处理中，因其投资少，处理效果好，工艺技术成熟等优点而受到一些企业的欢迎。目前，中国的烟台啤酒厂 23、上海益民啤酒厂 24、武汉西湖啤酒厂 25、无锡啤酒厂 25和广州啤酒厂 26等厂家均采用活性污泥法处理啤酒废水。 但传统活性污泥法在空气曝气时容易产生泡沫，难以充氧，管理不当易产生污泥膨胀，此外还因动力消耗高、占地面积较大等缺点也限制了其应用，对啤酒废水水质、水量变化的
11、适应性也较差，且因污泥产量高，处置麻烦，不耐冲击负荷，还需要额外大量充氧，增加了运行的费用。 2.2.2 SBR 法 SBR是序列间歇式活性污泥法（ Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水 处理技术，又称序批式活性污泥法 27。 SBR 工艺典型的操作工序 28为：进水、反应、沉淀、排水、闲置等 5 个工序，整个工序经厌氧、好氧、缺氧 3个阶段。 SBR工艺的特点 29,30是：采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀
12、。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作， SBR技术的核心是 SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。与常规的活性污泥法相比， SBR 工艺无需另设二次沉淀池、污泥回流及污泥回流设备，也 可不设调节池。因而投资费用低，同时设备具有工作稳定，运行灵活，耐冲击负荷，污泥性能好等优点。有资料显示 31，SBR的主要构筑物容积为常规活性污泥工艺的 50%60%，运行费用及占地面积均可减少 20 %左右 32。 SBR工艺这些特点，特别适合排放量小，有机物浓度高且不易降解，间歇排放的废水。 目前，在我国啤酒废水好氧处理中， SBR工艺被采用的较多，如 珠江啤酒厂 3
13、3、扬州啤酒厂 34、华都啤酒厂 35、 三明市大田啤酒厂 36等。其中珠江啤酒厂 33引进比利时 SBR专利技术，废水处理时间仅需 1920 h，比普通活性污泥法缩短 1011 h， COD的去除率也在 96%，以上出水 COD100mg/ L，符合啤酒工业污染物排放标准 37。 2.2.3 MBR 工艺 MBR 又称膜生物反应器 (Membrane Bio-Reactor)，是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术 38。它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物截留住，省掉二沉池。膜 -生物反应器工艺通过膜的分离技术大大强化了生物反应器的功能，使活性污泥浓度大大
14、提高，其水力停留时间 (HRT)和污泥停留时间 (SRT)可以分别控制。 MBR 工艺通过将分离工程中的膜分离技术与传统废水生物处理技术有机结合，不仅省去了二沉池的建设，而且大大提高了固液分离效率，并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌 (特别是优势菌群 ) 的出现，提高了生化反应速率。同时，通过降低 F/M 比减少剩余污泥产生量 (甚至为零 ) 39，从而基本解决了传统活性污泥法存在的许多突出问题。 金威 (天津 )啤酒厂 40，由于采用了 MBR 工艺，大大提高了反应池的活性污泥浓度，有效提高了有机污染物的去除效果。 根据 金威 (天津 )啤酒厂 正常运行数据的监测统 计，并对其
15、进行计算分析 ， MBR进水来自 UASB系统出水，出水效果见表 3。 表 3 MBR工艺废水进出水水质监测结果 COD/mg/L NH3-N/mg/L PH TP/mg/L TN/mg/L 进水 出水 1018.95 40.20 23.69 1.903 7.69 8.35 7.3 0.5 30.3 1.45 根据数据计算可知， COD的去除率为 96.05%，氨氮的去除率为 91.97%，表明使用 MBR工艺，废水的处理效果好， MBR工艺为微生物降解 COD和脱氮提供了良好的条件。该工艺能满足排水的要求，符 合啤酒工业污染物排放标准 37，实现达标排放。 3 总结 近年来，啤酒废水处理工艺
16、得到了很大的发展。厌氧工艺对有机废水具有极佳的处理效果，好氧工艺提供了实用的技术手段，因而厌氧 +好氧组合工艺在啤酒处理工艺中具有优势，与此同时，一些新兴的生物处理技术对处理工艺的设计、优化具有实际的指导意义，为我们开辟了新的思路。在处理过程中，一方面应联系生产实际，从啤酒废水产生的源头加强控制，科学管理，结合现行啤酒企业预防污染的技术与清洁生产的要求，以预防为主，进而优化生产工艺，提高回收利用率，实现啤酒废水减量化和资源化。 另一方面，在处理工艺设计时应掌握新技术、新工艺的原理及优缺点，在具体工程实践中具有前瞻性，充分考虑经济、能耗、技术等因素，从而实现啤酒废水处理经济效益与环境效益统一。
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