啤酒厂污水UASB法处理工艺

1总论改革开放后中国啤酒销量大幅增长，自1999年起市场容量超越美国成为全世界最大啤酒市场。现在中国是世界上最大的啤酒生产国和啤酒消费国。根据中国酿酒工业协会的统计，2012啤酒生产总量的全球排名是中国第一，其次的国家是美国、巴西、俄罗斯和德国，中国的啤酒产量约5000万千升，占全球啤酒产量的25%，消费总量多年来也一直保持在世界第一位，2013年中国的啤酒年总销量约为5000万千升，2013年1-12月的产量同比增长4.6%，12月单月的同比上升为7.7%；1-12月份累计产量5062万千升，同比增长4.6%，增速要比2012年同期上升1.5个百分点；12月单月产量292万千升，同比上升7.7%，增速比11月上升6.5个百分点，比2012年同期上升13.8个百分点【1】（1）。世界最大的啤酒生产国和啤酒消费市场是中国。啤酒产业在中国的迅速发展也意味着啤酒废水对环境的影响日益严重，啤酒工业排放的废水量在2012年超过2亿吨。单位产品废水产生量达到4.3立方米/千升，单位产品COD产生量9.0公斤/千升，单位产品BOD产生量5.5公斤/千升，单位产品废水排放量3.8立方米/千升【2】。1.1啤酒生产流程和啤酒废水1.1.1啤酒生产工艺大麦和大米是啤酒生产的主要原料，辅助原料啤酒花和鲜酵母。啤酒生产的过程是先将大麦制做成麦芽，将麦芽进行粉碎与糊化过的大米用温水混合进行糖化，糖化结束之后立即进行过滤，除去麦糟，然后进行冷却和澄清，澄清的麦汁冷却至6.5~8.0℃，再接种酵母，进行发酵，发酵分为主发酵和后发酵，主发酵是将糖化转化为乙醇（C2H5OH）和二氧化碳（CO2）；后发酵是将主酵嫩酒送至后酵罐，进行长期的低温贮藏，以完成残糖的最后发酵以及澄清啤酒和促进成熟，经过后发酵的成熟酒，需经过滤或分离来去除残余的酵母和蛋白质【3】（2）。过滤后的成品酒，若是作为鲜啤酒出售的话，可直接装桶来进行销售，就是我们所知道的的纯生啤酒，或者是生啤。若是外运的或出口的啤酒，则必须经过杀菌，用来保证其生物的稳定性，杀菌后的啤酒则为熟啤酒。1.21.2废水的来源啤酒厂废水主要来源有：麦芽生产过程的洗麦水，浸麦水，发芽降温用的喷雾水，麦槽水，凝固物的洗涤水；糖化过程的糖化、过滤用的洗涤水；发酵过程中用的的发酵罐洗涤水、过滤洗涤水；灌装过程中的洗瓶水、灭菌水及破瓶啤酒；冷却用水和成品车间所用的洗涤水；以及来自办公室、食堂、宿舍和浴室等的生活污水等。1.1.3废水特点啤酒生产过程用水量很大，特别是酿造、罐装的工序过程，由于使用大量的清洁水，相应生产大量的污水废水。由于啤酒生产工序比较多，不同的啤酒厂生产过程中每吨耗水量和水质的相差比较大。一般管理和技术水平比较高的啤酒厂吨酒耗水量为8—12吨，我国啤酒厂的吨酒耗水量一般是达不到该数值的。国内每吨啤酒从洗麦到灌装结束总耗水一般10—20吨。啤酒工业废水可分为以下几类：（1）清洁废水：冷冻机、麦汁和发酵冷却水等。此类废水基本上未受污染；（2）清洗废水：如大麦浸渍废水、大麦发芽降的温喷雾水、清洗生产装置的废水、漂洗酵母产生的废水、洗瓶机初期的洗涤水、酒罐消毒废液等。这类废水受到不同程度的有机污染；（3）冲渣废水：如麦糟液、冷热凝固物、酒花糟、滤酒渣和残碱性洗涤液等；这类废水中含有大量的悬浮性固体有机物；工段中将产生麦汁冷却水、麦糟、装置洗涤水、热凝固物和酒花糟；（4）装酒废水：在罐装酒时，机器的跑冒滴漏时有发生，还经常出现冒酒；废水中掺杂了大量残酒，另外喷淋时造成炸瓶现象使大量啤酒洒在喷淋水中；（5）洗瓶废水：清洗瓶子时先用碱性洗涤剂浸泡，然后用压力水初洗和终洗；瓶子清洗水中含参与碱性洗涤剂、残酒和泥砂等；因此废碱性洗涤剂应先进入调节、沉淀装置进行单独处理，以此来节省污水处理药剂用量【4】[3]。污水的主要成分为糖类和蛋白质，主要水质指标为：BOD5=700—1500mg/L；CODcr=1000—25000mg/L；SS=300—600mg/L；PH=5—6，呈现偏酸性。属于中等浓度可生物降解的有机废水，其中不含有有毒物质，且糖化废水和废酵母液的有机物浓度较高，CODcr可达到1000mg/L以上。作为啤酒厂的综合废水，由于加入了大量冷却水和生活污水，使总排放口的浓度有所降低。啤酒的生产工艺决定了废水排放的间歇性，生产一吨啤酒的废水量为8—20m3，耗水量的大小与生产规模和管理水平有关。1.2水质指标水质污染指标是评价水质污染程度、进行污水处理工程设计、反应污水处理厂处理效果、开展水污染控制的基本依据【5】。污水所含的污染富成分复杂，可通过分析检测方法对污染物质作出定性定量的评价。污水污染指标一般可分为物理性质、化学性质和生物性质三类。1.2.1物理性质和污染指标表示污水物理性质的污染物指标主要有温度、色度、嗅和味、固体物质等。（1）温度许多工业企业排放的废水都具有较高的温度，排放这些污水会使水体温度升高，引起热污染。溶解氧浓度随水温升高而降低，高温水会导致水体缺氧造成水质恶化。（2）色度色度是一项感官性指标。将有色污水用蒸馏水稀释后与蒸馏水对在比色管中对比，一直稀释到两个水样没有色差，此时污水的稀释倍数即为色度。（3）嗅和味水的异臭来自还原性硫和氮的化合物、氮气和挥发性有机物等污染物质。盐分也会给水带来异味，嗅和味也是一种感官性指标。（4）固体物质水中所有残渣的总和叫做总固体（TS），包括溶解性固体（DS）和悬浮固体（SS）。固体残渣根据挥发性能可分为挥发性固体（VS）和固定性固体（FS），SS和VS都是污水厂设计的重要指标。1.2.2化学性质和污染指标表示污水化学性质的污染指标可分为有机物指标和无机物指标。（1）有机物有机物在分解过程中需要大量的氧，所以属于耗氧污染物。好氧有机污染是导致水体发黑发臭的主要因素之一。有机物的主要危害是消耗水中的溶解氧。主要包括以下几个方面：①生化需氧量（BOD）：水中有机物被好氧微生物分解时所需要的氧量，间接反映了水中可生物降解的有机物量。②化学需氧量（COD）：用化学氧化剂氧化水中有机污染物时消耗的氧化剂的量。③总有机碳（TOC）与总需氧量（TOD）：总有机碳包括水样中所有有机污染物的含碳量。④油类污染物：分为动物油脂和植物油脂两类。⑤酚类污染物：酚类化合物是有毒有害污染物。⑥表面活性剂⑦有机酸减⑧有机农药⑨苯类化合物（2）无机物①pH：表示水的酸碱性。②植物营养元素：磷和氮等植物营养元素，过多会造成水体的富营养化。③重金属④无机性非金属有毒有害物1.2.3污水的生物性质与污染指标（1）细菌总数（2）大肠菌群（3）病毒1.3啤酒废水处理方法目前，国内外普遍采取生化法处理啤酒废水。根据处理过程中是否需要曝气，可以把生化处理法分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类。1.3.1好氧生物处理好氧生物处理是在氧气充足的情况下，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），这种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【】[5]。1.3.1.1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，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（含大量的好氧微生物）混合，在人工充氧的条件下，活性污泥吸附并氧化分解水中的有机物，而污泥和水的分离则由沉淀池来完成【】[6]。我国的珠江啤酒厂，烟台啤酒厂，上海益民啤酒厂，武汉西湖啤酒厂。广州啤酒厂和长春啤酒厂等厂家均采用此法处理啤酒废水。通常，进水的CODcr为1200－1500mg/L时出水CODcr可降至50－100mg/L，去除率可达到94%－96%。活性污泥处理啤酒废水的缺点时动力消耗大，处理中常出现污泥膨胀。污泥膨胀的原因是啤酒废水中碳水化合物含量过高，而氮磷铁等营养物质缺乏，各营养成分比例失调，导致微生物不能正常生长而死亡。解决的办法是投加含氮磷的化学药剂，但这将会提高成本。而较为经济的方法是把生活污水（富含氮磷）和啤酒废水混合。间歇式活性污泥法（SBR）通过间歇曝气可以使动力消耗显著降低，同时，废水处理时间也短于普通活性污泥法。例如。珠江啤酒厂引进比利时SBR专利技术，废水厂处理时间仅需19－20h，比普通活性污泥法缩短10－11h,CODcr的去除率也在96%以上,扬州啤酒厂和三明市大田啤酒厂采用的SBR技术处理啤酒废水，也收到了同样的效果。1.3.1.2深井曝气法为了提高曝气过程中氧的利用率，节省能耗，加拿大安大略省的巴利啤酒厂，我国的上海啤酒厂和北京五星啤酒厂均采用深井曝气法（超深水曝气）处理啤酒废水，深井曝气实际上是以地下深井作为曝气池的活性污泥法，曝气池由下降管以及上升管组成，将废水和污泥引入下降管，在井内循环，空气注入下降管或同时注入两管中，混合液则由上升管排至固液分离装置，即废水循环是靠上升管和下降管的静水压力差进行的【】[7]。其优点是：占地面积少，效能高，对氧的利用率大，无恶臭产生等。据测定，当进水BOD5浓度为2400mg/L时，出水浓度可降为50mg/L,去除率高达97．92%。当然，深井曝气也有不足之处，如施工难度大，造价高，防渗漏技术不过关等。1.3.1.3生物膜法与活性污泥法生物膜法时在处理池内加入软性填料，利用固着生长于填料表面的微生物对废水进行处理，不会出现污泥膨胀的问题，生物接触氧化池和生物转盘是这类方法的代表，在啤酒废水治理中均被采用，主要是降低啤酒废水中的BOD5，生物接触氧化池是在微生物固着生长的同时，加以人工曝气，这种方法可以得到很高的固体浓度和较高的有机负荷，因此处理效果高，占地面积也小于活性污泥法【】[8]。国内的淄博啤酒厂，青岛啤酒厂，渤海啤酒厂荷徐州酿酒总厂等厂家的废水处理中采用了这种技术。青岛啤酒厂在二段生物接触氧化之后辅以混凝气浮处理，啤酒废水中CODcr和BOD5的取出率分别在80%和90%以上。在此基础上，山东省环科所改常压曝气为加压曝气（P＝0.25～0.30MPa）,目的在于强化氧的传质，有效提高废水中溶解氧的浓度，以满足中高浓度废水中微生物和有机物氧化分解的需要,结果表明，当容积负荷≤13.33kg·m-3·d-1COD,停留时间为3～4小时，CODcr和BOD5平均去除率分别达到93.52%和99.03%,由于停留时间缩短为原来的1/3～1/4，运转费用也随之降低【】[9]。生物转盘是较早用以处理啤酒废水的方法,他主要由盘片、氧化槽转动轴和驱动装置等部分组成，依靠盘片的转动来实现废水与盘上生物膜的接触和充氧。,该法运转稳定动力消耗少，但低温对运行影响大，在处理高浓度废水是需增加转盘组数【】[10]。该方法在美国应用较普及，国内的杭州啤酒厂、上海华光啤酒厂和浙江慈溪啤酒厂也在使用。废水中BOD5的去除率在80%以上。1.3.2厌氧生物处理厌氧生物处理适用于高浓度有机废水（CODcr2000mg·L-1,BOD51000mg·L-1）。它是在无氧条件下，靠厌氧细菌的作用分解有机物。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（甲烷），而发酵后的剩余物又可作为优质肥料和饲料，因此，啤酒废水的厌氧生物处理受到了越来越多的关注，厌氧生物处理包括多种方法，但以升流式厌氧污泥床(UASB)技术在啤酒废水的治理方面应用最为成熟，UASB的主要组成部分是反应器，其底部为絮凝和沉淀性能良好的厌氧污泥构成的污泥床，上部设置了一个专用的气－液－固分离系统（三相分离室），废水从反应器底部加入，在向上流穿过生物颗粒组成的污泥床时得到降解，同时生成沼气（气泡），气，液，固（悬浮污泥颗粒）一同升入三相分离室，气体被收集在气罩里，而污泥颗粒受重力作用下沉至反应器底部，水则经出流堰排出【】[11]。1.4处理系统的设计说明1.4.1设计依据根据城市的气象、水文、水质、水量、污水排放标准并结合国家的有关政策、法律、法规、文献资料，以及给排水的相关设计知识、手册、规范等进行设计【】[1