工厂设计5(10章)

第十章啤酒工厂副产物的利用和三废治理啤酒生产副产物的利用啤酒生产三废治理思考题1、啤酒厂中二氧化碳的用途？二氧化碳回收方法有那几种？适用范围和特点？2、废麦糟的处理方法？3、列举三个废啤酒酵母回收的例子？4、啤酒厂减少废水污染的途径？5、啤酒厂废水常用的处理方法？举出一个例子。第一节啤酒生产副产物的利用为避免和减少环境污染、使宝贵的资源得到最大限度地有效利用，必须把生产中的废气、废渣、废水回收和利用，进一步开发加工制成有价值的产品，特别是注意“新蛋白资源”的开发。“逐步建立无废排放的食品工业”。一、麦糟的利用麦糟:由麦芽和不发芽谷物原料在啤酒糖化中不溶解物质构成的，主要是由麦芽的皮壳、叶芽、不溶性蛋白质、半纤维素、脂肪、灰分及少量的未分解淀粉和未洗出的可溶性浸出物等组成，麦糟收率是随原料浸出物收率提高而降低。麦糟是有价值的饲料，含适度分解的蛋白质，作为饲料，消化率极高，特别适合作牛、马饲料。若作猪饲料，需配合淀粉质原料后使用。糖和淀粉占干物质5％~6％，主要是纤维素、半纤维素、β-葡聚糖，而猪对这类物质消化率低。如用70％麦芽(无水浸出率为75％，水分为5％)、30％大米(无水浸出率为90％，水分为14％)，糖化料利用率为98.5％，则每吨投料可得麦糟干物质：195kg(干物质)、若采用过滤槽过滤，干式排麦糟，麦糟含水分为83％，则可得湿麦糟为：195/(1-83％)＝1147kg国内外啤酒厂麦糟处理：湿态出售大多数干制出售混合饲料出售珠江啤酒厂混合饲料流程干燥颗粒饲料规格：挥发物≤13.0％，粒形8~20mm，体积质量650kg/m3粗蛋白≥14％，粗纤维≤17％，灰分≤5.0％mm二、啤酒酵母的回收和利用啤酒酵母是重要的副产物，大罐发酵，生产每立方啤酒可得湿酵母泥20kg(水82％、3.6kg干物质)或3.9kg干燥酵母。若全球总量1.3亿t，全部回收可得到50万t的干酵母，我国全部回收也可得到5.8万t干酵母。酵母中八种人体必需氨基酸的含量均很高，特别是甲硫氨酸含量为1.1g/100g，高于大豆的一倍。啤酒酵母核酸含量较高，可制备5’核苷酸，也可制备复合核苷。复合氨基酸在调料中、高浓酿造啤酒中有广泛的应用前途。酵母体内含有四种蛋白酶。利用酵母自身的蛋白酶，酶解使酵母细胞中70％以上蛋白质水解成氨基酸，每1000kg湿酵母泥，可制得100kg复合氨基酸粉。酵母富含蛋白质作为动物饲料。三、二氧化碳的回收CO2是啤酒发酵中最主要的副产物，同时又是啤酒酿造必不可少的重要原材料。合理应用对改进酿造工艺、提高啤酒的质量起着重要作用。CO2的用途：碳酸饮料、快速冷冻、食品保鲜、气体保护焊、超临界萃取等。啤酒中CO2用途：1)清酒中充入CO2，在短时间内溶解和过饱和，控制成品啤酒中CO2的含量。2)制成“稀释用饱和碳酸水”，高浓酿造啤酒技术中，利用CO2置换稀释用水中氧。使用CO2直接进入啤酒中，必需要高纯度(含量99.9％)，一般应由液化二氧化碳，蒸发成气态后再应用。3)洗涤啤酒：使用凝聚性酵母、锥形罐发酵工艺中，在双乙酰还原期，常常采用从锥底通入CO2，洗涤啤酒，促使挥发性双乙酰、硫化物、醛类等被CO2拖带排走，使凝聚的酵母重新悬浮，促进双乙酰的还原，加速啤酒的成熟。4)用CO2作背压：啤酒转罐、过滤、清酒罐及装瓶、装桶等操作中，避免啤酒接触空气中氧，减少溶解氧、CO2作背压、备压、提高啤酒的非生物稳定性和风味稳定性。在上述各用途中使用二氧化碳，需要有一定压力(0.2MPa)，纯度99.5％。可以直接使用回收的CO2，经过处理，压缩后再应用。啤酒发酵中二氧化碳的回收量C12H22O11+H2O4C2H5OH+4CO2↑当发酵效率为96％时，每100g麦芽糖发酵可形成49.4gCO2。年产3万t啤酒厂，每天麦芽汁最高产量为150m3时，理论可回收二氧化碳4.81t/d若回收率为65％，每天工作时间为21h，需配备回收能力：4.8l×65％÷21×l000＝150kg/h配备150kg/h回收能力装置，日回收能力为3150~3600kg之间。高浓稀释啤酒生产工艺，若全部啤酒稀释率为15％～20％，稀释水用CO2取代法除氧及碳酸化，则每m3啤酒需消耗20~22kgCO2。实际啤酒发酵每m312OP啤酒仅能回收CO2为14.5~15.0kgCO2CO2原始纯度：99.2％～99.5％还有乙醇0.45％~0.59％、挥发酸、酯、水分等少量杂质。经简单吸附过滤就可制得高纯度(99.9％)的CO2。啤酒生产中二氧化碳的回收方法流程：收集一洗涤一压缩一净化一干燥一冷却一液化一贮存或装瓶在液化回收常采用三种方法:高压回收6.334MPa～7.110MPa25～30℃中压回收1.6MPa～2.2MPa，冷却-25~-15℃，低压回收0.6~0.8MPa，冷却-42~-50℃。一般冷冻机无法将他们液化，已淘汰。高压回收最传统方法,压力高，可常温液化。在25～30℃、压力6.334MPa～7.110MPa下回收，经冷却、液化、直接充装到高压钢瓶中。酒精工业广泛采用。特点：不需制冷机冷却(一般深井水)；一般需3～4级压缩，贮存于小型钢瓶中，大容器贮存不经济。中压回收啤酒厂广泛采用，CO2经过二级压缩至1.6MPa～2.2MPa，冷却到-25~-15℃，液化。特点：压力低，设备维护费低，安全性高。液化CO2可贮存在数立方米至20m3的保温高压贮罐中，也可装钢瓶，应用方便。但必需配有高压气态二氧化碳冷却系统。第二节啤酒生产三废治理啤酒生产的废水属有害而无毒性废水，属二类废水，其长远影响小于第一类有害物质。但由于每生产100t啤酒，排放废水中BOD量相当于1.4万人的生活污水，每瓶啤酒的BOD相当于1个人每天生活的污水。虽然并不产生有毒害的废水、废气、废渣(除工业锅炉三废以外)，但由于啤酒工厂生产规模大，废水、废渣又特别多(和产品之比为1：30以上)，严重污染了生态环境。因此，减少、治理和利用三废，日益受到社会和企业的重视。废水排放标准我国从1974年颁布GBJ4-73，以后经过修订，工业废水排放标准麦芽与啤酒厂的废水属二类废水，其长远影响小于第一类有害物质，工厂排放水质应符合14项细则，对啤酒工业有限制性的仅前面四项：最高允许排放浓度l、pH6~92、TSS≤200~300mg/L3、BOD5≤200~300mg/L4、CODCr≤350~450mg/L麦芽与啤酒厂的废水来源(1)洗麦废水。(2)浸麦更换水。(3)设备、容器、管道清洗水。(4)设备、容器、管道内残留麦汁。(5)糖化过滤槽出糟排放带的水。(6)糖化回旋沉淀槽热凝固物。(7)发酵池、罐残留废弃酵母。(8)硅藻土过滤机硅藻土排放。(9)洗瓶机碱性废水、啤酒巴氏消毒机热废水。(10)车间地面、墙壁、设备外表清洗水。(11)锅炉排渣、烟道除尘废水。(12)啤酒工厂非工艺生活污水。(13)冷冻机、空压机冷却水。(14)麦汁、啤酒冷却器冷却水。(15)厂区雨雪水。其中(13)、(14)冷却水和(15)雨雪水很少受污染，其余均受到不同程度的污染。啤酒厂废水的污染程度：我国某年产6.0万t的啤酒厂(含8000t/a麦芽)，每天排放废水为3600t：生产废水2800t、生活废水800t。废水平均COD2000mg/L、BOD1200mg/L、TSS60mg/L、pH5.8～6.6。BOD/COD＝0.6～0.67BOD/P＝100：0.5BOD/N＝100：20～3.0废水生物处理之最佳比值为：BOD：N：P＝100：5.0：1.0因此，啤酒工业废水中氮磷处于低水平，需和生活污水混合处理效果更好。啤酒工厂减少废水污染的途径一、减少生产用水(1)浸麦废水重复利用浸麦时需换水6～8次，每吨大麦浸麦耗水约10～15t。采用长断水加喷雾浸麦延长空气休止时间，可减少浸麦水50％。浸麦水污染少，可回收、沉淀、过滤、充氧(通入空气)等手段重复利用，可减少麦芽生产用水80％。(2)糖化车间洗锅、洗管道水作投料水糖化每批结束后用锅容积5％～10％水冲洗设备及管道，这部分水完全可以作投料水回收利用。(3)干式排麦糟法用脉冲式气流输送，干式快速排麦糟。水力冲洗法排糟，用水量约为其用水量的2～5倍，造成麦糟中可溶性有机物流失，降低麦糟的饲料价值，并增加污水量。(4)水啤酒回收在啤酒过滤、清酒罐、装瓶机等形成的水和啤酒混合物，可通过适当处理全部回收，以减少污水量。啤酒工业废水处理的途径啤酒工业废水性质十分接近生活污水的性质，处理方法也很接近。废水中污染物处理方法悬浮固体(1)沉淀法(2)各种过滤法(3)浮选法(4)投入化学药品凝聚法可生物降解的有机物(1)各种活性污泥法(好氧悬浮生长处理法)(2)生物滤池法滴滤池(好氧附着生长法)生物接触转盘填充状反应器固定化反应器(3)各种生物氧化塘法(4)厌氧消化法(5)土地灌溉处理系统严重污染物的预处理啤酒生产形成的麦糟、酒花糟、热凝固物、废酵母、硅藻土滤饼等污染物的预处理，这是大大降低啤酒废水污染源的重要途径。啤酒工厂废处理方法比较效果BOD(5d)降低率(1)机械处理10％～20％(2)化学处理20％～40％(3)生物厌氧消化60％～80％(4)生物需氧处理80％～98％机械处理，主要是消除悬浮固体，作为首级处理。其它可以根据废水性质任意组合使用。啤酒工厂废水处理采用的方法1）初级沉淀池含有悬浮固体的废水相对静止沉降，可减少悬浮固体。设计运行良好的初级沉淀池可减少的悬浮固体50％~70％，BOD5降低20％～25％。一般矩形(25～40)×(6～10)×(3～4)m或圆筒直径12~45m，深3.0～4.5m。废水在池中停留时间为1.5～2.5h(后接生物处理也可短至0.5～1.0h)。沉淀池效率以表面负荷为基础、即每平方米表面积，每天流过废水的体积，一般设计平均流量为32～48m3/(m2.d)，高峰流量为80～120m3/(m2.d)。初级沉淀池底部有机械活板，定期清除沉淀物。2）活性污泥法活性污泥是由各种微生物及一些原生动物被吸附在水中悬浮物所所成，具有吸附、氧化废水中的有机物，使达到安定化的机能，利用此一活性污泥分散於水中，在好氧状态下，处理废水或排放水者，称之为活性污泥法。包括吸附、吸收和置换三步。废水生物需氧处理法，应用最广泛。活性污泥曝气处理法(悬浮生长生物处理法之一)。一般由曝气池和澄清池组成。中等污泥负荷设计参数如下：最佳温度℃20~25有机物负荷kgBOD/(kgSS.d)0.2悬浮物浓度kg/m34需氧量kg/kgBOD2.6污泥产率kg/kgBOD0.5澄清池液体表面负荷m3/(m2h)0.7总电源消耗kW.h/kgBOD1.23）滴滤池法滴滤池法是利用废水散布于滤床时，滤床上之微生物因而利用废水所混入之氧气及有机物，將废水中之有机物分解得使水质净化再利用之方法。采用高负荷滤池流程：回流回流进水初级沉淀池一级滴滤池二级滴滤池澄清池出水二池串联的负荷:一级滴滤池2~2.6kgBOD/(m3.d)，二级0.5~1.0kgBOD/(m3.d)。污泥产量为0.6~0.9kgTSS/kgBOD。澄清池滞留时间:2h，表面负荷为0.7m3/(m2.h)，总能耗为0.3kW.h/kgBOD。4)生物氧化塘法水深较浅(0.15～2.0m)土池塘,按其中生物活动性质分好氧塘/厌氧塘/好氧一厌氧塘。废水处理要求排放废水BOD5小于10，采用活性污泥法或生物滤池法难以达到，需配合好氧塘(熟化塘)处理。如无锡啤酒厂，经过曝气处理的废水，在好氧塘中停留5~20d，水深为l～1.5m，生化需氧负荷为BOD5kg/(ha.d)5）厌氧处理法常作为高浓度有机废水的初级处理，可以产生可燃气体，并较少产生污泥。生物厌氧处理包括：1、高分子的悬浮有机物和可溶性有机物生物降解形成各种挥发性脂肪酸；2、脂肪酸进一步生物降解成甲烷和少量氢气。要求：处理排水BOD浓度≥200～400mg/L厌氧反应器参数如下：有机物容积负荷kgCOD/(m3.d)3~6厌氧消化温度℃47~50产气量m3C