摘要：隨著改革開放的發(fā)展，90年代初完整的厭氧技術也在國內啤酒、飲料行業(yè)得到應用。這里所說完整的意義在于除厭氧生化技術外，沼氣通過自動化系統(tǒng)得到燃燒，這是厭氧系統(tǒng)安全運行和不產生二次污染的重要保證，這也是國內外開發(fā)厭氧技術和設備應充分引起重視的問題。厭氧技術的引進與應用能耗節(jié)約70%以上。
關鍵詞：啤酒廢水 SBR法 好氧接觸 新型接觸 生物接觸 UASB+SBR法 相關站中站： SBR（序列間歇式活性污泥法）工藝技術設備 一、前言： 啤酒廢水主要來自麥芽車間（浸麥廢水），糖化車間（糖化，過濾洗滌廢水），發(fā)酵車間（發(fā)酵罐洗滌，過濾洗滌廢水），灌裝車間（洗瓶，滅菌廢水及瓶子破碎流出的啤酒）以及生產用冷卻廢水等。 啤酒工業(yè)廢水主要含糖類，醇類等有機物，有機物濃度較高，雖然無毒，但易于腐敗，排入水體要消耗大量的溶解氧，對水體環(huán)境造成嚴重危害。啤酒廢水的水質和水量在不同季節(jié)有一定差別，處于高峰流量時的啤酒廢水，有機物含量也處于高峰。國內啤酒廠廢水中：CODcr含量為：1000～2500mg/L，BOD5含量為：600～1500 mg/L，該廢水具有較高的生物可降解性，且含有一定量的凱氏氮和磷。 啤酒廢水按有機物含量可分為3類：①清潔廢水如冷凍機冷卻水，麥汁冷卻水等。這類廢水基本上未受污染。②清洗廢水如漂洗酵母水、洗瓶水、生產裝置清洗水等，這類廢水受到不同程度污染。③含渣廢水如麥糟液、冷熱凝固物。剩余酵母等，這類廢水含有大量有機懸浮性固體。 二、啤酒廢水處理方法： 鑒于啤酒廢水自身的特性，啤酒廢水不能直接排入水體，據統(tǒng)計，啤酒廠工業(yè)廢水如不經處理，每生產100噸啤酒所排放出的BOD值相當于14000人生活污水的BOD值，懸浮固體SS值相當于8000人生活污水的SS，其污染程度是相當嚴重的，所以要對啤酒廢水進行一定的處理。 目前常根據BOD5/CODcr比值來判斷廢水的可生化性，即：當BOD5/CODcr>0.3時易生化處理，當BOD5/CODcr>0.25時可生化處理，當BOD5/CODcr<0.25難生化處理，而啤酒廢水的bod5>0.3所以，處理啤酒廢水的方法多是采用好氧生物處理，也可先采用厭氧處理，降低污染負荷，再用好氧生物處理。目前國內的啤酒廠工業(yè)廢水的污水處理工藝，都是以生物化學方法為中心的處理系統(tǒng)。80年代中前期，多數處理系統(tǒng)以好氧生化處理為主。由于受場地、氣溫、初次投資限制，除少數采用塔式生物濾池，生物轉盤靠自然充氧外，多數采用機械曝氣充氧，其電耗高及運行費用高制約了污水處理工程的發(fā)展和限制了已有工程的正常使用或運行。 隨著人們對于節(jié)能價值和意義的認識不斷變化與提高，開發(fā)節(jié)能工藝與產品引起了國內環(huán)保界的重視。1988年開封啤酒廠國內首次將厭氧酸化技術成功的引用到啤酒廠工業(yè)廢水處理工程中，節(jié)能效果明顯，約節(jié)能30～50%，而且使整個工藝達標排放更加容易和可靠。隨著改革開放的發(fā)展，90年代初完整的厭氧技術也在國內啤酒、飲料行業(yè)得到應用。這里所說完整的意義在于除厭氧生化技術外，沼氣通過自動化系統(tǒng)得到燃燒，這是厭氧系統(tǒng)安全運行和不產生二次污染的重要保證，這也是國內外開發(fā)厭氧技術和設備應充分引起重視的問題。厭氧技術的引進與應用能耗節(jié)約70%以上。 下面主要介紹一下處理啤酒廢水常用的幾種方法： （一）、酸化—SBR法處理啤酒廢水：其主要處理設備是酸化柱和SBR反應器。這種方法在處理啤酒廢水時，在厭氧反應中，放棄反應時間長、控制條件要求高的甲烷發(fā)酵階段，將反應控制在酸化階段，這樣較之全過程的厭氧反應具有以下優(yōu)點： （1）由于反應控制在水解、酸化階段反應迅速，故水解池體積??； （2）不需要收集產生的沼氣，簡化了構造，降低了造價，便于維護，易于放大； （3）對于污泥的降解功能完全和消化池一樣，產生的剩余污泥量少。同時，經水解反應后溶解性COD比例大幅度增加，有利于微生物對基質的攝取，在微生物的代謝過程中減少了一個重要環(huán)節(jié)，這將加速有機物的降解，為后續(xù)生物處理創(chuàng)造更為有利的條件。 （4）酸化—SBR法處理高濃度啤酒廢水效果比較理想，去除率均在94%以上，最高達99%以上。 要想使此方法在處理啤酒廢水達到理想的效果時運行環(huán)境要達到下列要求： （1）酸化—SBR法處理中高濃度啤酒廢水，酸化至關重要，它具有兩個方面的作用，其一是對廢水的有機成分進行改性，提高廢水的可生化性；其二是對有機物中易降解的污染物有不可忽視的去除作用。酸化效果的好壞直接影響SBR反應器的處理效果，有機物去 除主要集中在SBR反應器中。 （2）酸化—SBR法處理啤酒廢水受進水堿度和反應溫度的影響，最佳溫度是24℃，最佳堿度范圍是500～750mg/L。視原水水質情況，如堿度不足，采取預調堿度方法進行本工藝處理；若溫度差別不大，運行參數可不做調整，若溫度差別較大，視具體情況而定。 （二）、UASB—好氧接觸氧化工藝處理啤酒廢水：此處理工藝中主要處理設備是上流式厭氧污泥床和好氧接觸氧化池，處理主要過程為：廢水經過轉鼓過濾機，轉鼓過濾機對SS的 去除率達10%以上，隨著麥殼類有機物的去除，廢水中的有機物濃度也有所降低。調節(jié)池既有調節(jié)水質、水量的作用，還由于廢水在池中的停留時間較長而有沉淀和厭氧發(fā)酵作用。由于增加了厭氧處理單元，該工藝的處理效果非常好。上流式厭氧污泥床能耗低、運行穩(wěn)定、出水水質好，有效地降低了好氧生化單元的處理負荷和運行能耗(因為好氧處理單元的能耗直接和處理負荷成正比)。好氧處理(包括好氧生物接觸氧化池和斜板沉淀池)對廢水中SS和COD均有較高的去除率，這是因為廢水經過厭氧處理后仍含有許多易生物降解的有機物。 該工藝處理效果好、操作簡單、穩(wěn)定性高。上流式厭氧污泥床和好氧接觸氧化池相串聯的啤酒廢水處理工藝具有處理效率高、運行穩(wěn)定 、能耗低、容易調試和易于每年的重新啟動等特點。只要投加占厭氧池體積1/3的厭氧污泥菌種，就能夠保證污泥菌種的平穩(wěn)增長，經過3個月的調試UASB即可達到滿負荷運行。整個工藝對COD的去除率達96.6%，對懸浮物的去除率達97.3%～98%，該工藝非常適合在啤酒廢水處理中推廣應用。 （三）、新型接觸氧化法處理啤酒廢水：此方法處理過程為：廢水首先通過微濾機去除大部分懸浮物，出水進入調節(jié)池，然后中提升泵打入VTBR反應器中進行生化處理，通過風機強制供風使廢水與填料接觸，維持生化反應的需氧量，VTBR反應器出水進入沉淀器，去除一部分脫落的生物膜以減輕氣浮設備的處理負荷，之后流人氣浮設備去除剩余的生物膜，污泥及浮渣送往污泥池濃縮后脫水。 該處理工藝有以下主要特點：①VTBR反應器由廢舊酒精罐改造而成，節(jié)省了投資。與鋼筋混凝土結構相比，具有一次性投資低，運行穩(wěn)定，處理效果好等特點。 ②冬季運行時，在VTBR反應器外部加了一層保溫材料，使罐中始終保持較高的溫度，提高了生物的活性。 ③因 VTBR反應器高達10m左右，水深大，所選用風機為高壓風機，風壓為98kPa，N＝75kw，耗電量大。 （四）、生物接觸氧化法處理啤酒廢水：該工藝采用水解酸化作為生物接觸氧化的預處理，水解酸化菌通過新陳代謝將水中的固體物質水解為溶解性物質，將大分子有機物降解為小分子有機物。水解酸化不僅能去除部分有機污染物，而且提高了廢水的可生化性，有益于后續(xù)的好氧生物接觸氧化處理。 該工藝在處理方法、工藝組合及參數選擇上是比較合理的，充分利用各工序的優(yōu)勢將污染物質轉化、去除。然而，如果由于某些構筑物的構造設計考慮不周會影響運行效果，致使出水水質不理想，使生物接觸氧化池的出水(靜沉30 min的澄清液)COD為500～600 mg/L，經混凝氣浮處理后出水COD仍高達300 mg/L，遠高于排放要求(150 mg/L)。 但是此處理方法在設計和運行中會出現以下問題： （1）水解酸化池存在的問題主要是沉淀污泥不能及時排除。由于該廢水中懸浮物濃度較高，因而池內污泥產量很大，而原工藝僅在水解酸化池前端設計了污泥斗，所以池子的后部很快就淤滿了污泥。另外，隨著微生物量的增加在軟性生物填料的中間部位形成了污泥團，使得傳質面積減小。針對污泥淤積情況，在水解酸化池前可增設一級混凝氣浮以去除水中的懸浮物，經此改進后水解酸化池能長期、穩(wěn)定、有效地運行，其出水COD也從1100～1200 mg/L降至900 ～1000mg/L，收到了較好的效果。不過，增設混凝氣浮增加了運行費用，而且氣浮過程中溶入的O2還可能對水解酸化產生不利影響。因此，在設計采用水解酸化處理懸浮物濃度高的污水時，可增設污泥斗的數量以便及時排除沉淀污泥。此外，為防止填料表面形成污泥團應采用比表面積大、不結泥團的半軟性填料。 （2）如果廢水中污染物濃度較高或前處理效果不理想，生物接觸氧化池前端的有機物負荷較高，使得供氧相對不足，此時該處的生物膜呈灰白色，處于嚴重的缺氧狀態(tài)，而池末端成熟的好氧生物膜呈琥珀黃色。同時，水中的生物活性抑制性物質濃度也較高，對微生物也有一定的抑制作用。這些因素使得生物接觸氧化池沒有發(fā)揮出應有的作用，處理效果不理想。鑒于此，可一采取階段曝氣措施即多點進水，污水沿池長多點流入生物接觸氧化池以均分負荷，消除前端缺氧及抑制性物質濃度較高的不利影響。改為多點進水并經過一段時間的穩(wěn)定運行后，生物接觸氧化池的出水(30 min的澄清液)COD為200～300 mg/L。再經混凝氣浮工序處理后最終出水COD＜150 mg/L(一般在130 mg/L)，達到了排放要求。 （3）在調試運行過程中，生物接觸氧化池中生物膜脫落、氣泡直徑變大(曝氣方式為微孔曝氣)、出水渾濁、處理效果惡化的現象時有發(fā)生。經研究、分析、驗證發(fā)現這是由于負荷波動或操作不當造成溶解氧不足而引起的。溶解氧不足使得生物膜由好氧狀態(tài)轉變?yōu)閰捬鯛顟B(tài)，其附著力下降，在空氣氣泡的攪動下生物膜大量脫落，導致水粘度增加、氣泡直徑增大、氧轉移效率下降，這又進一步造成缺氧，如此形成惡性循環(huán)致使處理效果惡化。 （4）在調試運行初期，發(fā)生這種現象時一般是增大供氣量以提高供氧能力來消除缺氧，結果由于氣泡攪動強度增大，造成了更大范圍的生物膜脫落、水粘度更大、氧轉移效率更低，非但沒 能提高供氧能力反而使情況更糟。正確的處理措施應是減小曝氣量，待脫落的生物膜隨水流 流出后再逐漸增加曝氣量使溶解氧濃度恢復到原有水平，若水溫適宜則2～3 d后生物膜就可恢復正常。 因此當采用此工藝處理啤酒廢水時要遵循下列要求：①采用水解酸化作為預處理工序時應考慮懸浮物去除措施。②采用推流式生物接觸氧化池時，為避免前端有機物負荷過高可采用多點進水。③應嚴格控制溶解氧濃度，供氧不足會造成生物膜大范圍脫落，導致運行失敗。 （五）、內循環(huán)UASB反應器＋氧化溝工藝處理啤酒廢水：此工藝采用厭氧和好氧相串聯的方式，厭氧采用內循環(huán)UASB技術，好氧處理用地有一處狹長形池塘，為了降低土建費用，因地制宜，采用氧化溝工藝。本處理工藝的關鍵設備是UASB反應器。該反應器是利用厭氧微生物降解廢水中的有機物，其主體分為配水系統(tǒng)，反應區(qū)，氣、液、固三相分離系統(tǒng)，沼氣收集系統(tǒng)四個部分。厭氧微生物對水質的要求不象好氧微生物那么寬，最佳pH為6.5－7.8，最佳溫度為35℃－40℃[2]，而本工程的啤酒廢水水質超出了這個范圍。這就要求廢水進入UASB反應器之前必需進行酸度和溫度的調節(jié)。這無形中增加了電器。儀表專業(yè)的設備投資和設計難度。 內循環(huán)UASB技術是在普通UASB技術的基礎上增加一套內循環(huán)系統(tǒng)，它包括回流水池及回流水泵。UASB反應器的出水水質一般都比較穩(wěn)定，在回流系統(tǒng)的作用下重新回到配水系統(tǒng)。這樣一來能提高UASB反應器對進水水溫、pH值和COD濃度的適應能力，只需在UASB反應器進水前對其pH和溫度做一粗調即可。 UASB反應器采用環(huán)狀穿孔管配水，通過三相分離器出水，并在三相分離器的上方增加側向流絮凝反應沉淀器，它由玻璃鋼板成60°安裝而成，能在最大程度上截留三相分離出水中的顆粒污泥。 此處理工藝主要有以下特點：①實踐證明，采用內循環(huán)UASB反應器＋氧化溝工藝處理啤酒廢水是可行的，其運行結果表明CODCr總去除率高達95％以上。②由于采用的是內循環(huán)UASB反應器和氧化溝工藝串聯組合的方式，可根據啤酒生產的季節(jié)性、水質和水量的情況調整UASB反應器或氧化溝處理運行組合，以便進一步降低運行費用。 （六）、UASB+SBR法處理啤酒廢水：本處理工藝主要包括UASB反應器和SBR反應器。將UASB和SBR兩種處理單元進行組合，所形成的處理工藝突出了各自處理單元的優(yōu)點，使處理流程簡潔，節(jié)省了運行費用，而把UASB作為整個廢水達標排放的一個預處理單元，在降低廢水濃度的同時，可回收所產沼氣作為能源利用。同時，由于大幅度減少了進入好氧處理階段的有機物量，因此降低了好氧處理階段的曝氣能耗和剩余污泥產量，從而使整個廢水處理過程的費用大幅度減少。采用該工藝既降低處理成本，又能產生經濟效益。并且UASB池正常運行后，每天產生大量的沼氣，將其回收作為熱風爐的燃料，可供飼料烘干使用。UASB去除COD達7 500 kg/d，以沼氣產率為0.5m3/kgCOD計算，UASB產氣量為3 500m3/d(甲烷含量為55%～65%)。沼氣的熱值約為22 680kJ/m3，煤的熱值為21 000 kJ/t計算，則1m3沼氣的熱值相當于1 kg原煤，這樣可節(jié)煤約4 t/d左右，年收益約為39.6萬元。 UASB+SBR法處理工藝與水解酸化+SBR處理工藝相比有以下優(yōu)點：①節(jié)約廢水處理費用。UASB取代原水解酸化池作為整個廢水達標排放的一個預處理單元，削減了全部進水COD的75%，從而降低后續(xù)SBR池的處理負荷，使SBR池在廢水處理量增加的情況下，運行周期同樣為12 h，廢水也能達標排放。也就是說，耗電量并沒有隨廢水處理量的增加而增加。同原工藝相比較，每天實際節(jié)約1 500～2 500 m3廢水的處理費用，節(jié)約能耗約21.4 萬元/a。②節(jié)約污泥處理費用。廢水經過UASB處理后，75%的有機物被去除，使SBR處理負荷大大降低，產泥量相應減少。水解酸化+SBR處理工藝工藝計算，產泥量達17 t/d(產泥率為0.3 kg污泥/kgCOD，污泥含水率為80%)，UASB+SBR法處理工藝產泥量只有5 t/d(含水率為80%)左右，只有水解酸化+SBR處理工藝的1/3，污泥處理費用大大減少，節(jié)約污泥處理費用約為20元/a。 三、結論： 啤酒廠工業(yè)廢水處理的工藝選擇，必須因地制宜，謹防生搬硬套。各種工藝確定時，應充分調查工廠排水水質、水量、排水規(guī)律和特點，必要時應取樣化驗確認；應考察工廠提供的建設場地地形條件和面積大??；考察工廠所能承受的一次性投資及運行成本情況；考察工廠的管理水平和工人素質條件以及確定廠外排水條件及水電增容條件等進行適合本地區(qū)建設污水場并能長期達標運行的方案比選。比選中簡單適用、運行可靠、達標穩(wěn)定、節(jié)約能耗、投資經濟是最重要的工藝原則。 參考文獻： [ 1 ] 袁惠民.杜綠君 啤酒技術及管理[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，1994. 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