酒精废水

啤酒废水的生物处理技术摘要：本文介绍了啤酒废水的几种生物处理技术，通过国内外的研究进展从好氧和厌氧两方面来评述啤酒废水的可生化性。关键词：啤酒废水；生物处理；可生化性BiologicalTreatmentTechnologyofBeerWastewaterAbstract:Thispaperdescribesthebeerwastewaterseveralbiologicaltreatmenttechnologies,throughbothaerobicandanaerobicwastewatertreatmentstocommentsbeerbiodegradability.Keywords:beerwastewater;biologicaltreatment;biodegradability1前言啤酒是世界上最通用的酒精饮料，2010年，全国共有规模以上啤酒生产企业586户，从业人员24.21万人，啤酒产量达4200至4300万千升，蝉联世界第一，实现九连冠。然而啤酒企业是用水大户，特别是酿造、灌装工艺过程需要大量使用新水，使用后废水中含有大量的糖类、醇类等有机物，浓度较高，排入水体后天然水体的微生物的代谢活动旺盛，需要大量消耗水中的溶解氧，使溶解氧的消耗速度大于水体复氧速度，造成水体中的溶解氧浓度迅速降低，从而使水体处于缺氧状态，导致水体中的生物如鱼类，藻类植物等水生生物缺氧而死亡，对水体环境造成严重损害，所以啤酒废水的处理十分必要。2废水处理现状在啤酒酿造过程中往往会产生大量的废水排放和必须加以处置关闭或处于成本最低和最安全的方式，以满足那些由政府机构设置为保护生命（包括人类和动物的严格的排放法规处理固体废物）和环境。废水大多来自酿造，漂洗和冷却过程。此后，该水必须被丢弃掉或安全处理以便重复使用[1]。废水处理中第一处理方法是物理单元操作，其中物理力施加以除去污染物。物理方法去除粗大固体物质，而不是溶解的污染物。它是一个被动的过程，如沉淀，使悬浮污染物沉降或漂浮到顶部自然。一般情况下，这些方法都成效甚微；最经常导致不完全去除污染物和/或分离。化学预处理可能涉及pH值调整或混凝和絮凝。废水的酸度或碱度会影响废水处理和环境。低pH值表示酸度增加，而高pH值表示增加碱度。废水的pH值需要保持6和9之间，以保护生物。混凝和絮凝的物理化学过程通常用于从去除胶体材料或颜色的水和废水。混凝/絮凝可用于增强对水的再利用和减少结垢的过滤性能，截留分子为孔径的一个属性[2]。这是因为凝固/絮凝降低杂质的浓度，从而提高沉降后的渗透通量[3]。在水和废水处理，混凝意味着其中的颗粒是由混凝剂动摇了一步，而这可能包括由布朗运动（布朗运动凝血）形成小的聚集体。另一方面，在该较大的聚集体（絮凝物）通过剪切而形成的后续处理当时称为絮凝，凝聚后的小颗粒都形成较大的聚集体，胶体材料随后可以更容易地通过物理分离方法如沉淀，浮选，并过滤除去，但化学处理仍会给增加废水处理的费用且去除污染物不彻底。生物处理才是啤酒废水处理过程中发挥核心作用方式，它可将有机污染物生物降解以彻底消除废物污染，因此，啤酒厂后废水经历物理和化学预处理，在然后废水可进行生物处理。相比物理或化学方法，生物学方法有三种优点[4]：（1）治疗技术是成熟的；（2）高在COD和BOD的去除，范围从80至90%；以及（3）效率低投资成本。然而，虽然生物处理过程是用于废水处理的特别有效的，它们需要高能量输入。废水生物处理可以是有氧运动（与空气/氧气供应）或厌氧（缺氧）[1]。3啤酒废水的好氧生物处理技术通过好氧微生物（主要是细菌）来分解废水中的有机物，从而产生更多的微生物和无机的最终产品（主要是CO2，H2O和NH3），好氧处理采用生物处理工艺，其中微生物将非沉降型固体转化为沉降型固体；而沉淀通常是将沉降型固体进行沉降和分离[1]。3.1活性污泥法在活性污泥法中，废水流入搅拌罐与活性污泥法混合、通气。包含细菌、真菌、原生动物和其他微生物的复杂混合物统称为生物量。在这个过程中，在曝气池好氧微生物的悬浮液通过曝气装置，与提供氧气的生物悬浮液剧烈混合。3.2附着生长（生物膜）第二类型的有氧生物处理系统被称作“附着生长（生物膜）过程”并与附着到位的微生物固定在固体表面。这种“附着生长型”好氧生物消化过程中创建一个支撑环境中.此“附着生长型”好氧生物处理过程为喜欢附着在固体材料的微生物创造生长环境。3.3生物滤池在滴流过滤过程中，废水被喷在床粗固体（如砾石，岩石，或塑料）的表面，并允许“滴漏”通过微生物覆盖的介质。一个滴滤过程的变化是生物过滤塔或以其他方式被称为生物塔。该生物塔包装用塑料或含所附微生物生长的红木媒体。高炉粉尘粘土硅酸钠陶瓷颗粒（BCSCP）和商业的陶瓷颗粒（CCP）[5]被施加到消化啤酒废水的升流式生物曝气生物滤池（BAF）。BCSCP的最佳制备条件，通过正交试验获得的。水力停留时间（HRT）对去除化学需氧量（COD）和氨氮（NH3-N）的影响和空气-液体比（A/L）进行了调查。根据选择的操作参数，与过滤介质CCP反应器相比较，BCSCP反应器中COD和NH3-N中平均去除率更好。扫描电子显微镜（SEM）分析表明，BCSCP相较于CCP有较高的孔隙率和较大的总表面积，微生物更容易在BCSCP上生长，因此，BCSCP使啤酒废水处理效果更佳，BCSCP是用作BAF废水处理的一个潜在材料。3.4生物转盘旋转生物接触过程由一系列连接到一个共同的轴的塑料盘。3.5泻湖这些都是缓慢的，便宜的，并且相对低效的，但也可以用于各种类型的废水。它们依赖于太阳光，藻类，微生物和氧（有时加气）的相互作用。有人[6]做微藻斜生栅藻（SO）的啤酒废水处理和生物质生产潜力。对化学需氧量（COD），总氮（TN）和总碳（TC）进行研究，具有相对高的减少废水污染物（57.5％的COD和20.8％的全氮，经过14天，56.9％的总℃，经过13天）。COD和总氮的最终值（1692毫克氧/升和47毫克N/L）比在环（150毫克氧/升和15毫克N/L）允许排出的合法值更高。因此，通过微藻（SO）污水处理可以做到无论是在二级或治疗的第三阶段，结合其他治疗技术。所得到的藻类生物量然后可以收集和再种植，在特别是用于生产生物柴油，这将是一个目标未来的研究。还有二级光自养异养混合模式[7]被最大限度地用于开发Chlorellasp两种淡水株脂质的生产力。可发现生长在啤酒废水（BWW）的内源性Chlorellasp，隔离型BWW比野生型小球藻（UTEX-265）有较高的增长速度，而小球藻（UTEX-265）具有比内源性Chlorellasp更高的最大生物量和脂肪含量，该法可用以去除N和P。4啤酒废水的厌氧生物处理技术厌氧消化（AD）[8]的废水处理中作为低技术，成本效益，替代传统的好氧技术的出现表示，因此，在废水处理领域的显著进步。AD的比较优势包括：更高的有机负荷；减少反应器体积；显著较低量的污泥产生；生产可用燃料（生物气是甲烷）；及生产无害的稳定和活性污泥中，向其中后处理技术可被应用于，以促进营养素的回收。在AD中，复杂的大分子有机物转化通过各种微生物（细菌和古细菌）营养类群，其催化的顺序通过协调活动来实现：第一，水解，二酸化，三产乙酸，四是甲烷。可从化合物如脂肪酸，醇和氨基酸的甲烷转化的能量，是非常低的。厌氧消化特征是有机化合物在厌氧微生物的转化下的生出沼气，它可以被用作燃料，主要是甲烷55-75%（体积）和二氧化碳在25-40%（体积），也有少量硫化氢。在酿酒厂，沼气在锅炉直接利用通常是首选的解决方案。这样做的原因是，对于一个热电联产机组（热电联产）投资成本较高，需要更广泛的沼气处理。在啤酒厂的能源消耗通常表示某方面的特殊能量消耗[9]，在减少化石燃料储备的情况下，厌氧废水处理使得啤酒更独立于外部燃料供应。此外，它有助于更可持续的酿造工艺。高效厌氧反应器可基于生物质保留的方式进行分类，例如：先用膜分离（如厌氧膜反应器（AMBR））；第二，附着生长系统（如厌氧滤池[AF]）悬浮生长系统；第三，颗粒污泥的系统（例如，膨胀颗粒污泥床[EGSB]反应器）。杂交组合也已经被开发，包括污泥床，固定床反应器和反应器中的颗粒与外部膜单元。4.1上流式厌氧污泥床最流行的厌氧过程的是上流式厌氧污泥床[1]（UASB）。在UASB反应器中，废水进入一个垂直槽的底部，废水经过一个密集的厌氧污泥床，其中污泥中的微生物接触到污水底物接触的向上传递。污泥颗粒1-4mm，具有优异的沉降特性。在溶液中的有机材料，是由微生物，其释放的沼气攻击。由于沼气的上升，它承载了一些颗粒状微生物毯。在UASB反应器的顶部，一个所谓的三相分离器分离从生物气体和废水的生物量。4.2流化床一个流化床反应器（FBR），废水流中，通过在反应器的底部，并向上通过一介质（通常为砂或活性炭），是由一个活跃的细菌生物量定植。媒体提供了一个增长领域的生物膜。这个媒体是“流化”，由向上流动的废水到容器中，用最低密度的颗粒（那些具有最高的生物量）移动到顶部。4.3厌氧膜生物反应器反应器在微滤或超滤区管式膜中分别装有平片、空心纤维，但使用陶瓷膜还没有得到广泛报道。虽然，在正常情况下，中空纤维和平板膜之间跨膜压力不应该有差值，中空纤维膜可能是由于每一个纤维的液压差不够超过跨膜压力。生物反应器中主要在嗜温或嗜热的条件下进行测试。高温条件下应用程序允许处理更高的有机负荷率，化学需氧量去除率高达99%，总悬浮固体去除率可达100%，彻底清除病原体。因此，如果他们符合污水排放或地区的灌溉标准，那么处理过的水可直接排入水体或重新用于无限制的农作物灌溉[10]。4.4续批式厌氧反应器啤酒废水固体在初级污泥的形式进行厌氧消化，其作为能源（甲烷）的源极电位。低速率（水力停留时间（HRT）=固体停留时间（SRT））连续搅拌厌氧消化（CSAD）和高速率（SRTHRT）的厌氧序批式反应器（ASBR）并行了250天。我们发现，高速率厌氧消化是有利于固体废物的丰富，即使在，其中包括不能生物降解的固体总量的冲击负荷长期经营期限流[11]。ASBR较CSAD取得了较高的比产甲烷活性生物量，甲烷产量明显高于CSAD40-34%。Behnken设计方法的三因素三水平实验设计，采用以找出最佳的产氢条件[12]。氢气产率和最大产率（Rmax）三个主要的影响因素：温度、pH值和啤酒废水浓度（BWC）。废水的种类和可变性，有机污染物的流入物的类型，其pH等[13]的因素影响。理想的氢气产率，35.9℃pH为5.95，BWC6.05克/L，而Rmax可取0.894。厌氧共消化[14]利用颗粒污泥啤酒酵母的研究显明在浓度高达1.1%（体积比）的共消化酵母和废水的任何不良影响，在浓度高达2.3%的过程中是可控的，在浓度超过2.8％的过程中显示出故障原因与悬浮固体的过载。在沼气生产和在有机负荷率，这导致增加的生物甲烷/天然气替代比率从10%至16%的增加了26.2%。氨氮去除新系统[15]的开发，它集成了一个微生物燃料电池（MFC）与好氧生物反应器。一个三腔室的反应器由一个阳极室、中间室和阴极室。腔室由阴离子交换膜和阳离子交换膜（CEM）进行分离。通过由MFC驱动产生的电力在中间腔室NH4-N通过CEM迁移入阴极室。迁移后的NH4-N需经由生物脱氮阴极室进一步去除。总NH4-N高达90.2%可为100毫克/升的初始浓度被去除。影响去除效率的因素包括阴极表面积、电极间距、化学需氧量浓度、溶解氧浓度和NH4-N浓度。该系统的特点是结构简单，效率高，并成功地应用于啤酒废水的处理。5结束语水是所有人民和社会生活的共同元素。今天，越来越多地使用淡水用于工业，农业和家庭使用已经在世界一些地区，特别是发展中国家产生严重的水短缺。这些短缺刺激或加剧国际冲突过水，已加入油作为主要的大宗商品引发的战争。原水中的污染物，由于人类活动的存在，也加剧了局势。在另一方面，废水回收和再利用已成为一个重要的选择，因为工业化和城市化加速环境水体污染，使水成为一种有限的资源。适当的处