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我国啤酒工业废水处理工艺浅析

1.前言
啤酒行业是最耗水行业，其产生的污水量占总耗水量80%。啤酒工业废水为高浓度有机、无毒废水，其成分组成随酿造工艺的不同而改变。啤酒工业废水主要包含乙醇、可溶性淀粉、脂肪、蛋白质、酒花残渣、废酵母液等无毒有机成分。BOD/COD1一般超过0.5。pH值也非定值，随清洁系统的试剂种类、用量的不同而变化。且啤酒废水氮磷无机盐含量很高，直接排入自然水体，会使水体富营养化，微生物藻类大量繁殖，造成水体缺氧，加快水底沉积化合物厌氧分解过程，产生臭气[1]。严重污染地表与地下水质，对我国水产养殖、工农业造成经济损失，并且饮用水源的污染，严重危害我国人民的生存与发展。针对啤酒废水含有高浓度有机物这一特点，通常使用生化法进行处理。目前我国啤酒工业废水处理工艺通常分为好氧和厌氧两大类。这里浅析好氧的活性污泥法，SBR法，CASS法，生物接触氧化法，生物转盘法和生物滤池法。厌氧生物处理方法
2.12啤酒工业废水的产生及来源

啤酒是以麦芽和啤酒花为原料，经过发酵后产生二氧化碳的低酒精浓度的饮料。其生产工艺相对比较简单，主要分为四个部分：制麦、糖化、发酵、灌装。第一步先将干净的大麦制作成麦芽，然后使用机器将麦芽粉碎再与经过糊化的大米使用温水进行混合均匀后过滤煮沸，待降温后加酒花进行糖化生产工艺包括制麦、糖化、发酵、罐装四个部分。首先将大麦制成麦芽。然后将麦芽粉碎再与糊化的大米用温水混合后过滤煮沸加酒花进行糖化。当糖化阶段结束后回旋沉淀来除去麦糟。煮沸麦汁确保定型后除去酒花糟。等待温度下降后静置澄清，一般待温度下降到6.5-8.0℃，对其进行接种酵母，然后密闭发酵，发酵过程一般可分为主发酵和后发酵这两部分。经过发酵后就会变成成熟的酒，然后进行过滤，去除残余的酵母和蛋白质，得到比较洁净的成熟酒。 然后使用细小过滤膜对成熟酒再次进行过滤，最后的成品就就是鲜（生）啤酒最后冷却并澄清。当澄清的麦汁冷却到6.5～8.0℃, 接种酵母, 进行发酵。发酵分主发酵和后发酵。经过后发酵的成熟酒,经过过滤，去除残余酵母和蛋白质。过滤后的成品酒, 就是鲜( 生) 啤酒。啤酒生产工艺流程图见 图1。各个工艺都将产生废弃物和大量废水[2]。

图1 2.1啤酒生产工艺流程图

在进行制麦和酿造这两个阶段都产生大量的冷却水，经过检测，这些冷却水比较干净，到达可再利用的标准，可用于浸洗麦子工序[3]。在制麦与酿造阶段都有冷却水产生，水质较好，占总排水量的65%，可循环使用，用于浸洗麦工序[3]。啤酒废水按照污染程度一般可以分为按污染程度分低中高，可分成三类[4]：1）清洁废水。这类水污染较低，可循环使用，用于浸洗麦工序。如冷冻机冷却水，在制冷、发酵、冷却水和灌装车间均有冷冻机。又如洗瓶机最后冲洗水等。2）清洗废水。含有不同浓度的有机物以及无机物。例如废硅胶藻，废酵母，除菌剂和清洗剂等。多为各车间清洗生产装置水、洗瓶机冲洗水、酵母漂洗水。3）含渣废水。这类污水来自发酵车间、糖化车间、灌装车间的含麦槽。含有冷热凝固物、剩余酵母等有机悬浮性固体。来自灌装车间的含渣废水带有商标碎片和酒瓶碎渣等无机物。
啤酒厂有机污染物的主要来源见表1。

表1 啤酒厂有机污染物来源
污染
麦汁
过滤槽
沉淀槽
发酵罐
硅藻土
清酒罐
来源
煮沸锅
过滤机
灌酒机
污染物
麦汁残余

麦汁和
酵母残
硅藻土、
啤酒
糖化醪
凝固物
余物和
酵母、
残余物
沉 渣
凝固物
蛋白质

沉渣等
沉淀等

2.2啤酒废水的性质特点[5]
1）耗水量大，随生产水平、生产工艺和管理方式而不同。
2）废水类型多样，来源复杂。
3）废水中主要污染物成分: 如脂肪、糖、氨基酸、果胶、啤酒花、维生素、蛋白化合物及包装车间的有机物以及少量无机盐类等。其BOD5/ CODcr 较高, 一般超过0.5。并有大量悬浮物, 如麦渣。也常在消毒清洁过程中投入的碱性清洗剂、杀菌剂等。
4) 生产周期决定着水质水量。因此水质水量并非固定不变而是具有波动性的，生产期废水量极大， CODcr 比较高，可达数千, pH 值多为以微碱至中碱性。 生产间歇期废水量少, 主要是生活污水,CODcr是生产期的十分之一, pH 值变为微酸性。值得指出的是，现代啤酒厂常年生产不存在间歇期。
啤酒工业废水的来源与浓度见表2
表2 啤酒工业废水的来源与浓度 mg/L
工􀀁序
序废水中CODcr
浓度排放方式
浸麦工序
500-800
间歇排放
糖化工序
20000-40000
间歇排放
发酵工序
2000-300
间歇排放
包装工序
400-800
连续排放
3.啤酒废水治理技术现状
根据啤酒废水可生化处理特点，好氧生物处理应用较为广泛。但啤酒废水有机负荷过高，好氧生物处理设备占地面积大等局限性，厌氧生物处理被进一步应用。厌氧生物处理其优点在于适用于高有机负荷废水，缺点在于出水需要处理，在处理过程中还需添加药剂。因此厌氧-好氧生物联合处理作为新兴技术出现，效果显著[6]。目前，国内外常用的好氧处理方法有活性污泥法，以及改进后的SBR法。生物氧化法也是常见的好氧生物处理法。国外普遍使用的啤酒废水处理工艺为传统活性污泥法、升流式流化床等。上世纪70年代出现的UASB反应器( Upflow Anaerobic Sludge Blanket, UASB)处理技术，因其经济性而广泛应用于欧洲诸国，并被引进亚洲。该技术的处理设施建设费和运行费用相较传统工艺更低廉。为降低使用成本，提高经济效益，提高利用率。提高经济适用性，降低处理成本，在以以UASB反应器处理技术为基础的前提条件下研发了许多新技术，后续出现厌氧颗粒污泥膨胀床例如厌氧颗粒污泥膨胀床( Expanded Granular Sludge Bed, EGSB) 和厌氧内循环反应器( Internal Cycle, IC) 反应器。这两种反应器具有较好的实用性，目前这两者在啤酒生产过程中的废水处理起到了非常重要的作用，并取得很好的处理效果以EGSB和IC为代表的第三代反应器，已在啤酒废水处理的实际工程应用中取得了良好的效果[7]。
3.1啤酒废水的好氧处理
好氧处理按照处理的具体要求可分为可分为悬浮态处理和附着态处理两种不同类型。两类。活性污泥法一般属于为悬浮态，生物膜法一般属于为附着态。
啤酒废水处理采用的好氧处理工艺有活性污泥法、序批式活性污泥反应器法、CASS法、高负荷生物滤池和接触氧化法。
3.1.1活性污泥法
传统活性污泥法因其工艺技术成熟在八十年代被广泛采用。其最大的优点可以节省很大一部分的投资资金，比较容易启动，特别适合于浓度比较低的废水处理过程，对中低度效果最明显。其技术指标要求相对简单，进水要求其优点在于投资省，易启动，适用于中、低浓度废水处理，进水CODCr一般为1 000 ~ 1 500 mg/L 时, 出水CODCr 可降至50 ~100 mg/L, 去除率为92% ~ 96%,处理效果好。目前国内很多家酒厂都采取这种技术工艺进行处理。国内多家酒厂采用此工艺，如烟台啤酒厂有限责任公司、武汉啤酒有限责任公司厂、长春啤酒有限责任公司厂、珠江啤酒有限责任公司厂和益民啤酒有限责任公司厂等[8]。但是传统活性污泥法具有一个明显的缺点，就是在处理过程中产生大量的泥，另外，处理设施建设费用和运转费用都比较高，给企业带来很大的经济压力，并且产生的污泥处理比较麻烦，因此大多数厂家都不乐意接受这个方法，因此对传统活性污泥法进行改良研究。
但传统活性污泥法产泥量大，处理设施建设费和运行费用较高，且易产生污泥膨胀让多数厂家望而却步。进而在传统活性污泥法上有了新的改进。
3.1.2 序批式活性污泥法
序批式活性污泥法( Sequencing Batch Activated Process) 是在对传统活性污泥法的基础上进行改良而创新出来，近十几年来在我国广泛应用，受到广大厂家的重视。改进,我国近十几年来才引起广泛重视。序批式活性污泥法在SBR( Sequencing Batch Reactor, SBR)序批式活性污泥反应器中完成。与传统的活性污泥法处理工艺流程有很大区别，并且具有以下优点：(1)SBR法处理需要的建筑物比较少，可节省大量的资金投入，可省去调节池、初沉池、二沉池等。经过多年的研发完善，设备的布置科学合理，在国内有较多厂家在使用，（2）与普通活性污泥法相比，1）SBR法处理构筑物少，投资省，可省调节池、初沉池、二沉池等。经过数年完善，设备布置紧凑，已有多例应用实例。2）占地少，设备少，运行费用低，如果是小水量工程可省去浓缩池。（3）处理过程中需要的曝气时间比较短暂，处理效果非常高、处理后水质比较好，并且耐冲击负荷能力比较强（4）其运行过程比较简单，灵活，适用性特别强。3）具有曝气时间短，效率高，出水水质好，耐冲击负荷能力强等优点。4）其运行灵活，适应性强。可以根据进水水质和水量变化来改变各处理阶段的运行与操作时间。SBR 法处理啤酒废水的工艺流程见 图2。

图2 SBR 法处理啤酒废水的工艺流程图

啤酒废水在进入SBR前必须进行预处理，由图2可知。SBR是间歇性的有运行周期。其一周期包括五个阶段即进水、反应、沉淀、滗水和闲置。该工艺最佳时间分配为( 啤酒废水进入量为20 t) : 进水时间：曝气时间：沉降时间：间断排污时间 为1：4 : 10: 0.1 [9]，由邵玉海等通过对福建某啤酒厂研究分析得出。SBR法也有其不足之处：1）对自动化控制要求非常高，需要配置专业的技术人员进行操作。自动化控制要求高2）运行过程中，排水时间比较短，并且在排水过程中需要对沉淀池进行搅拌，因此需要专门的排水设备滗水器，且对滗水器设备的技术要求非常高。排水时间短（间歇排水时），并且排水时要求不搅动沉淀污泥层，因而需要专门的排水设备（滗水器），且对滗水器的要求很高。3）后处理设备尺寸要求很大:例如进行消毒的设备、接触池的容积、排水管等均比较大。如消毒设备很大，接触池容积也很大，排水设施如排水管道也很大。4）滗水深度要求达到一般为1-2米，因此造成了一定的浪费，并且这部分水头损失被白白浪费，增加了总扬程。5）由于精简了设备如初沉淀池，比较容易产生浮起渣，对这个问题目前尚未有十分有效的处理办法。
由于不设初沉池，易产生浮渣，浮渣问题尚未妥善解决。
3.1.3 CASS工艺
CASS是（Cyclic Activated Sludge System）的缩写，即周期循环活性污泥法。是将好氧生物选择器与传统SBR结合的优化变形，该系统应用比较早，从20世纪70年代便开始研究并且应用于实际生产。 在20 世纪70 年代开始得到研究和应用。该系统核心部分为CASS反应池，没有曝气池、二沉池和污泥回流系统。相当于在SBR池前部放一个生物选择器。整个CASS反应池被隔墙分成三部分：选择区、预反应区及主反应区[10-11] 。C ASS反应池每运行一周期包括如下工序：1）曝气期 2）沉淀期 3）滗水期 4）闲置期。选择区、预反应区及主反应区可以交替进水，更适于自动化操作。CASS反应器内微 生物处于好氧——缺氧——厌氧周期性变化中。生物选择区不曝气，利用微生物高效降解废水与回流污泥中的有机负荷。好氧生物反应器放在CASS池的前端采用半限制性曝气方式，为预反应区，应控制DO在0. 5 mg/ L 以内。主反应区为好氧曝气，控制DO在2- 3 mg/ L， 进行有机物生化和氨氮硝化。目前CASS 工艺处理啤酒废水被很多厂家采用 [10, 11] ，经过检测COD、BOD去除率在70%以上。处理负荷达2 000 mg/L，处理后水质达到污水排放新扩改二级标准。工程实践显示表明, 在高寒地区采用CASS工艺处理啤酒废水是可行的。进水CODCr低于1500 mg/L，高于500 mg/L时，处理后水质可达到《污水排放标准》的一级排放 标准。污泥的培养和驯化可在低温下进行。CASS工艺虽然流程短，工艺简单，操作方便和可自动化。但是首次运行调试时间较长，对操作管理要求较高[12]。
3.2.1 生物膜法
生物膜法是基于生物处理发的一类统称，其主要原理是通过微生物降解污水中溶解性的有机污染物。其最明显的特点均是通过附着在“滤料”表面的微生物形成的胶质生物膜发挥作用，其主要通过吸附污水中的有机物和DO而达到净化污水的目的。被吸附的有机物和溶解氧将进一步被转化为水、二氧化碳、氨气和微生物细胞质。生物膜结构特点主要有：具有明显的蓬松絮状结构体，微孔数目很多，总表面积非常大，具有很强的吸附能力。 生物膜厚度一般控制在2-3毫米为宜，不宜过厚或者过薄。过厚容易造成孔径堵塞。生物膜的优点主要表现为运行管理方便，动力能源消耗少，比较经济实惠，另外产生的污泥比较少，具有较好的处理能力，耐冲击负荷明显增强。但是也存在一些不足之处，容易发生堵塞，有机物滤过比较低，去除效果不明显。根据与废水接触的方式可以分为三种类型：生物滤池法、生物转盘法、接触氧化法。

生物膜法是一大类生物处理法的统称，主要用于降解污水中的溶解性有机污染物。其共同点为附着在“滤料”表面的微生物形成胶质相连生物膜，吸附污水中的有机物和DO从而达到净化污水的目的。被吸附的有机物和溶解氧将转化为H2O、CO2、NH3和微生物细胞物质。生物膜的特点为蓬松絮状结构，微孔多、表面积大，具有很强的吸附能力。其组成为细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及一些肉眼可见的蠕虫、昆虫的幼虫。生物膜虽然需要保证足够数量，但是厚度介于2-3mm为宜，过厚会引起堵塞。共同优点运行管理方便，动力消耗较少，剩余污泥少，具有较大处理能力，耐冲击负荷强。当然不足之处是易发生堵塞，有机物去除率较低。按废水与生物膜接触方式分类：1）生物滤池法2）生物转盘法3）接触氧化法。
3.2.2生物滤池法
根据生物滤池法的特点，其适合用于适用于石油化工、化纤、焦化、冶金、造纸等行业。。根据其依据为土壤自净作用的原理，污水直接喷淋于块状滤料，并在其外表形成一层生物膜，对水中有机物、氧进行吸收降解。 块状滤料经污水长期滴状喷洒，表面形成生物膜，吸附水中有机物，进行降解。有报道称，生物滤池-活性污泥法在处理CODCr 800 ~1 500 mg/L的废水时，效果良好，被衡阳啤酒厂采用。处理后水质达到《污水综合排放标准》一级标准[13]。但因自身缺陷并未广泛推广。曝气生物滤池是80 年代末以生物滤池基础发展的新技术，其优点占地小，处理效果好，流程简单，国内应用较少。
3.2.3生物接触氧化法
生物接触氧化法是一种国内应用很普遍的啤酒废水处理方法。类似于生物滤池法和活性污泥法的综合体，也集二者优点与一身。因其高效，低损耗，低处理设施建设费和运行费，备受中小型啤酒企业青睐，大有取代活性污泥法之势[14]。与生物滤池不同之处在于，内置填料浸泡于废水中，从而生成生物膜。有机废水经过充氧后流经生物膜进行氧化分解。实践表明，接触氧化辅以气浮工艺，效果良好。已经有杭州中策啤酒股份有限公司[15]，淄博啤酒厂、青岛啤酒厂、渤海啤酒厂和徐州酿酒总厂等厂家采用了这种技术[3] ，CODcr去除率在86.5%以上。青岛啤酒厂采用该工艺啤酒废水中CODcr 和BOD5的去除率分别在80%和90%以上[16] 。
山东省环科所 [17]对生物接触氧化法进行加压改造，用于处理啤酒废水。当进水CODCr在1 600 mg/L时, 常压曝气改为加压曝气( P=0.25～0.30MPa) ,停留时间在6~ 7 h, COD 和BOD平均去除率分别达到93.5 2%和99.03%。加压的目的在于提高废水中DO浓度，高效处理高浓度有机废水。同时，停留时间缩短为原来的1/3,运行费用也因此较低。
3.2.4生物转盘技术
生物转盘技术应用较早，因低温对其处理效果有影响，中国南部中小啤酒企业多采用此工艺。生物转盘主要由转动轴、转盘、废水处理槽和驱动装置等组成。目前使用该处理法的酒厂有：杭州啤酒厂、浙江慈溪啤酒厂和上海华光啤酒厂。该法稳定性强，损耗小。但会产生异味扰民，应注意周边环境，酒厂在居民区周边，不适用采用此法。
3.3厌氧生物处理法
厌氧生物处理法起源于20世纪初德国，在丹麦得以应用，上世纪70年代大幅发展。历经三代历程，第一代以厌氧消化池为代表，是传统的厌氧发酵工艺，存在高耗能，低处理效果的缺点。第二代以上流式厌氧污泥床（Upflow Anaerobic Sludge Blanket，UASB ）为代表，开高速厌氧技术之先河，但培养不易，无法进一步提高负荷。第三代以厌氧颗粒污泥膨胀床( EGSB) 和厌氧内循环反应器( IC)为代表，二者皆以UASB为基础进行改进，在继承UASB的优点同时，使用范围更广，经济性更高。IC工艺以被沈阳华润雪花啤酒有限公司采用[17]。实际案例表明，IC工艺具有极佳的稳定性和处理效果。
3.3.1厌氧生物处理法分类
厌氧生物技术一般可分为两大类：厌氧活性污泥法（Anaerobic Activated Sludge Process）和和厌氧生物膜法（Anaerobic Biofilm Process）。根据原理和使用设备不同我们进一步将厌氧活性污泥法又可分为四种：1）完全混合厌氧消化法（Completely Mixed Anaerobic Digester，CMAD）。2）厌氧接触法（Anaerobic Contact Reactor，ACR）。3）上流式厌氧污泥床（Upflow Anaerobic Sludge Blanket，UASB ）：UASB由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。。4）覆盖式厌氧生物塘（Covered Anaerobic Lagoon，CAL ）。厌氧活性污泥法共同点为：兼性厌氧和专性厌氧菌以絮状或颗粒状活性污泥悬浮于反应器中，完全与废水混合接触，降解有机物。厌氧生物膜法包括：1）固定床厌氧生物膜法又称厌氧生物滤池法，又分为上流式固定床厌氧生物膜法（Upflow Fixed Anaerobic Biofilm，UFAB，或Anaerobic Filter，UAF）和下流式固定床厌氧生物膜法（Downflow Fixed Anaerobic Biofilm，DFAB或DAF）。2）厌氧膨胀床（Anaerobic Expanded Bed，AEB）。3）厌氧流化床（Anaerobic Fluidized Bed，AFB）。4）厌氧生物转盘（Anaerobic Rotating Disc，ARD）。
3.3.2厌氧生物处理法特点
厌氧活性污泥法和厌氧生物膜法都具有应用广泛、运行成本与能耗较低、负荷高的优点。普遍存在处理程度达不到排放标准，需后接好氧工艺。
4．．结语
现阶段啤酒废水处理工艺多采用好氧-厌氧联合工艺，并取得喜人效果。啤酒废水为有害无毒废水，在研究其处理工艺的同时，也可以换个思路，思考起可利用之处。随着啤酒产量的增加，污水量也会随之增大，在清、浓废水分开处理的同时，应加强源头治理，本着清洁生产的思想，最大限度控制污染物排放。( 可以增加字数)

参考文献
[1]张森林, 等. 酸化- 序列活性污泥法处理TMP 生产废水. 给水排水, 1995(8) : 20- 21.
[2]2005 年中国啤酒行业研究报告, 2005, 5.
[3]李家瑞, 翁飞 工业企业环境保护[M] . 上海: 上海科学技术出版社, 1992.160- 166.
[4]张崇岱. 啤酒污水处理的几个问题评述[J].工业用水与废水.2000.31(1):1-2.
[5]李家瑞, 翁 飞. 工业企业环境保护[M] . 上海: 上海科学技术出版社, 1992.160- 166.
[6]郝瑞霞, 贾胜温. 我国啤酒工业废水治理技术现状及发展趋势. 北化工学院学报, 1998(19) : 75- 79.
[7]申立贤.高浓度有机废水厌氧处理技术[M].北京: 中国环境科学出版社.1992.68～70
[8]李科林, 孟范平 啤酒工业废水处理与利用技术研究进展[J] 中南林学院学报, 1999, 19(1) : 71-75
[9]邵玉海. 用SBR 法处理啤酒生产废水. 环境科学与技术, 1998(3):31- 32
[10]强绍杰,黄政新. CASS 工艺在啤酒废水处理中的应用. 给水排水,1998. 24(3): 30~ 32.
[11]徐立根. CASS 法在啤酒废水治理中的应用. 环境保护, 1999. (12):14~ 15.
[12]郝民杰, 杨文峰. 啤酒废水生物处理工艺综合评价. 河南科学,2001. 19(4): 417~ 420.
[13]熊正为, 谢水波. 生物滤池􀀁活性污泥法处理啤酒废水的实践. 工业水处理, 2000. 20(10) : 37~ 38. 􀀂
[14]胡金凌. 小型啤酒厂污水处理技术. 饮料工业, 1999. 2( 1) : 44~ 46.
[15]曹翠荣. 生物接触氧化加气浮法处理啤酒废水. 环境工程,12( 2) : 7~ 9.
[16]周焕祥. 啤酒废水处理技术的现状及发展趋势[J].工业水处理, 1993,3(3):8～10
[17]胡金波, 孔献珍. 加压接触氧化法处理啤酒废水技术. 环境科学研究, 1995. 8( 6) : 29~ 31
[18]吴允, 张勇. 啤酒生产废水处理新技术.内循环反应器. 环境保护, 1997. 9: 18~ 19.

让我们看到了如何去做才叫坚定了理想信念，如何去做才算做到了奉献、坚守，做到了一名优秀共产党员应该做到的。rational concept to allow network more in line with the objective laws of the future development of the city. 1.5.2 planning research areas: throughout the city, with an area of 13,000 km2, cover 2 districts and 8 counties of the city, including downtown and city levels. Planning range: main for City Center City, area for 1268km2, North to cases field Xiang, and Jin Pingzhen, and Gao Dian Zhen, and huangshazhen, and Liu home town North Township territories, East Nan XI Zhen, and Jiangnan East Township territories, South to horse home, and song home, and Li Zhuang Zhen, and South wide town, and Zhao field Street do South administrative border, West to baixizhen, and dish dam town, and thought slope Xiang West Township territories. 1.6 planning target 1.6.1 General target this items research to will Yibin city built Yangtze River upstream chuan Yunnan Guizhou combined Department Regional Center City, support city space of ordered expand for target, reference Yibin city integrated traffic planning (2014-2030 years) and the Yibin City City general planning (2013-2030 years) of research results, using science, and advanced of network research method, building more level, and more mode of track traffic system, Meet at different levels of the city's rail transportation needs and quality requirements. 1.6.2 target 1, refined urban development axis of urban development concepts, judgments, rail-guided downtown from solo to group-development of the network, from one Center to center city with axial development. 2, network planning adapted to Yibin City status and future development needs, demonstrates rational scale of rail transport to meet the needs