啤酒废水处理工艺概述

摘要摘要 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啤酒企业的废水主要来源 麦芽生产过程中的洗麦 浸麦 发芽降温和各种洗涤水 糖化过程的糖化 过滤和 洗涤水 发酵过程的发酵罐和过滤器洗涤水 罐装过程洗瓶 灭菌及破瓶啤酒 冷却水 和成品车问洗涤水 2 2 啤酒废水的分类啤酒废水的分类 按有机物含量划分 啤酒废水可分为三类 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 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 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 冷却水 约占总水量的 70 可再利用的清洁水 酉良造测洗废水 约占总量的 5 6 属高浓度有机废水 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废水的水质特征 啤酒工业废水的具体特征有以下 5 点 啤酒工业耗水量大 并且随生产工艺 生产水平等有差异 啤酒废水的来源具有复杂性以及多样性的特点 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 废水的 pH CODcr BOD5 较为稳定 BOD5 COD 值较高 可生化性较好 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啤酒废水的处理工艺 3 1 国内外啤酒废水处理技术进展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 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 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 Internal Circulation 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 1996 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 菌藻共生系统菌藻共生系统 3 5 1 微藻处理啤酒废水的研究现状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 10 g L 葡萄糖的培养液来异养培养小球藻 微藻 生物量达到 5 3 g 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 56 g L 蛋 白质含量达 41 8 CODcr 去除率为 71 43 TM Mata 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 BOD 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 总结总结 国内外研究发展趋势国内外研究发展趋势 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