1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

啤酒的酿造方法随啤酒的种类而异,但是其工艺一般都可分成为:制麦芽、糖化、发酵、包装(洗瓶及灌装)等四大工序。其生产的工艺流程如图所示。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

本课题要解决的问题是针对废水性质，要求提出合理的治理方案，对主要污水处理构筑物的工艺尺寸进行设计计算，确定污水处理的构筑物设计图。完成设计计算说明书和设计图，确定污水处理平面布置和高程布置。

啤酒工业排放标准如表1：

表1 啤酒生产企业水污染物排放最高允许限值

1.啤酒工业废水的处理方法

啤酒工业废水是高浓度有机废水,可生化性很好,其BOD₅与COD的比例高达0.5左右。因此,多采用好氧生物处理,也可以先采用厌氧生物处理,降低污染负荷,再采用好氧生物处理,达标排放。目前,国内外处理啤酒工业废水的主要方法有:活性污泥法、厌氧生物法、生物膜法等。

1.1活性污泥法

用活性污泥进行处理速度较快,有机物的去除率高,但因废水的BOD5值高,且N、P、Fe等营养物质缺乏,C、N比例失调,用一般的曝气设备很难使曝气的溶解氧达到较高的水平,而在低溶解氧(0.1～0.2mg/L)的情况下,球壳霉菌或丝状菌容易繁殖而造成污泥膨胀,采用纯氧曝气法,可以缓解污泥膨胀问题;另外,采用完全混合活性污泥法也可以解决污泥膨胀问题,目前采用的方式主要有微孔曝气法、射流曝气法、延时曝气法、生物转盘曝气法。此外,比较简单的方法是将生活污水和啤酒废水混合,调整废水的碳氮比。

活性污泥的优点是占地小、投资省;缺点是曝气能耗大、运行费用高、冬季运行困难,且产生的剩余污泥量大,处理起来比较麻烦。在啤酒废水处理中应用较多的活性污泥法有间歇式活性污泥法(SBR)、高浓度活性污泥法、循环式活性污泥法(CASS)、氧化沟活性污泥法等。

1.2厌氧生物处理

啤酒生产废水中的制麦车间、发酵车间以及酿造车间所排放的高浓度有机废水、若直接进人混合废水,将会使混合废水的有机物浓度增加,造成处理成本增加,处理变得困难。如实行清污分流,高浓度废水采用厌氧生物法处理后再进人好氧生物处理单元,可以降低成本,而且有利于好氧处理单元的稳定运行。厌氧生物处理法是有机物在缺氧条件下被分解成气体,啤酒废水的厌氧生物处理法常有:UASB(升流式厌氧污泥床反应器)法、CI(内循环反应器)法、UBF(高效厌氧反应器)法、AAFEB(厌氧附着膨胀床)法等。

1.3生物膜法

(1)生物滤池法 曝气生物滤池是在20世纪80年代末欧美发展起来的一种新型污水处理技术,它采用了一种新型的粒状填料,综合了过滤、吸附和生物代谢等多种净化作用,使其具有占地小、出水好、流程简单、对环境影响小等诸多优点。在美国和日本,90年代初已有50多座BAF处理设施投入了运行。另外,粒状填料对S有很强的吸附和过滤作用,当啤酒废水通过过滤层时,废水中的悬浮固体被截留,进而被粘附在滤料上的微生物所利用,使生物膜增厚,运行一段时间后,大量繁殖的生物膜会阻塞滤料之间的空隙,增加水流的阻力,需要对滤池进行反冲洗。

(2)生物转盘法 生物转盘是表面附有生物膜的盘片(通常为圆形或多边形),通过水平轴,安装在装有废水的氧化池中,盘片大约有一半浸于废水水面之下,盘片在水平轴的带动下缓慢转动。浸于水面下的盘片上的生物膜会吸附废水中的有机物,而当这部分盘片转出水面时,生物膜会吸收大气中的氧,使吸附的有机物在好氧微生物的作用下得到氧化分解。生物转盘一般不易发生污泥膨胀现象,其抗负荷变化的能力强于生物滤池及活性污泥法。

(3)生物接触氧化法 生物接触氧化法是利用固着在填料上的生物膜来吸附水中的有机污染物,并加以氧化分解,使污水得到净化,它的特点是生物量较多,以M巧S计一般在10～20g/L以上,加上曝气的充分搅动,因此耐冲击负荷能力较强,并且不产生污泥膨胀现象,运行管理也比较方便,它的关键技术是填料。接触氧化法一般采用底部进水、进气,废水和空气从池底部均匀进人填料层,因而填料直接受到水流、气流的强烈搅动,加速了生物膜的脱落与更新,使其经常保持了较高的活性,有利于水中的有机物的氧化分解,由于水气上升速度相差悬殊,水受空气的不断搅动呈紊流状态,整个池子中水的流态是”完全混合型”,空气泡在填料的空隙中充分搅动,加速了生物膜的脱落更新,使新生的生物膜具有较高的活性。

1.4其他方法

啤酒废水也可以采用土地处理,由于啤酒废水中的污染物为大麦芽、大米、酒花的糟粕及其分解物,是对作物生长有利的营养成分。污水首先进人沉淀池,经过沉淀、混合、中和及曝气后进人缓冲贮水池调节水质水量,再进人种藕的土地处理场,使污水进一步得到净化,经过莲藕的生物净化作用,出水水质可达到农田灌溉水质标准,直接用于农田灌溉。该处理工艺用于商丘啤酒厂污水处理,得到较好的处理效果,并为周围农田灌溉提供了水源。

2.啤酒工业废水的处理工艺

啤酒工业废水的处理工艺我国啤酒废水的处理工艺较多,但各个工艺的核心部分都是以水解酸化一好氧处理、活性污泥法两种为主。

2.1水解-好氧技术

水解-好氧生物处理技术的典型工艺流程为:格栅→均质调节→酸化→接触氧化→气浮→达标排放,此工艺流程的特点是将好氧工艺中的两级接触氧化工艺简化为一级接触氧化,使能耗大幅度下降。水解反应器利用厌氧反应中的水解酸化阶段,而放弃了停留时间长的甲烷发酵阶段,致使对有机物的去除率,特别是对悬浮物的去除率显著高于相同停留时间的初沉池;由于啤酒废水中大分子、难降解有机物转化为小分子、易降解的有机物,出水的可生化性能得到改善,使得好氧处理单元的停留时间少于传统工艺;与此同时,悬浮固体物质(包括进水悬浮物和后续好氧处理中的剩余污泥)被水解为可溶性物质,使污泥得到处理。其实,水解池是一种以水解菌为主的厌氧上流式污泥床,水解工艺是预处理工艺,其后可以采用各种好氧工艺,如活性污泥法、接触氧化法、氧化沟法、SBR法等,因此,水解-好氧工艺是一种新型处理工艺。啤酒废水经过水解酸化后进行接触氧化处理,具有显著节能效果,且ρ(BOD)/ ρ(COD)值增大,废水的可生化性增加,可充分发挥后续好氧生物处理作用,缩短全工艺的总水力停留时间,提高生物处理啤酒废水的效率,尤其是全系统剩余污泥量少。

2.2 IC-CIRCOX反应器

IC反应器即厌氧内循环反应器,它基于UASB的原理,是荷兰的Paques公司于1986年开发完成的,由两个UASB反应器的单元相互叠加而成,上部是高浓度负荷,下部是低浓度负荷。从功能看,它是由4个不同的工艺单元结合而成,即混合区、膨胀区、精细处理区和回流系统。此反应器利用沼气提升产生循环,不需用外力搅拌混合和使污泥回流,节省动力消耗。它与其他厌氧设备相比,具有占地面积小,有利于沼气的收集;剩余污泥少;耐冲击负荷强,处理效率高。

好氧气提反应器(CIRCOX反应器),又称三相内循环流化床,其特点是高度与直径比大,占地面积小;有机负荷与微生物浓度高;水力停留时间短;剩余污泥少;流化性能好;氧的转移效率高;载体流失量少。将这两种反应器串联组合,lC反应器适于高浓度,CIRCOX反应器适于低浓度,工程具有占地面积小,无臭气排放,污泥量少和处理效率高等优点。

2.3 UASB一好氧技术

20世纪90年代以来,高效厌氧反应器(UASB)迅速发展,其优点是有机负荷高,净化能力强,能够直接处理高浓度有机废水,并能产生新的能源,且占地面积小,一次性投资省,可以大幅度降低设施的建设以及运行费用,具有很高的经济价值。国外许多啤酒厂采用了厌氧处理工艺。荷兰的Paques、美国的Biothane和比利时的Biotim公司是世界3个主要的UASB技术厂家。朝日啤酒公司已建成的东京、大阪等6处处理设施的运行效果证明,同传统活性污泥法相比较,厌氧一好氧工艺可以使处理能力增加l～2倍,回收的沼气经锅炉燃烧后所产生的蒸汽用于维持啤酒发酵温度和燃烧,可降低能源消耗。国内有些单位使用UASB-好氧技术工艺 ,通过拉萨啤酒有限公司污水处理工程的实践,证明此工艺对有机物的去除率达95%以上,且具有用地省、投资小、运行费用低、操作管理方便等明显优点。在国内,首先找到了一套成功地克服青藏高原地区低温、低大气压、低含氧量等恶劣条件对废水生物处理工艺的不利影响的方法。

3 讨论

啤酒工业废水属于高浓度的有机废水,BOD、COD、SS为其首要污染物。由于啤酒工业废水的BOD5与COD的比例一般高达0.5,可生化性较好,因而应用生化法处理各种啤酒工业废水是各种处理方法的技术依据,处理方法的有效性和经济性也是应以BOD、COD、SS的去除率和残留量为比较基准。如前所述,啤酒工业废水中主要污染物的去除可以有两种方法,一是好氧生物处理;另一是可以先采用厌氧生物处理,降低污染负荷,再采用好氧生物处理,达标排放。目前虽然上述各种方法对啤酒工业废水的有机物的去除效果显著,但是各种方法都或多或少地存在缺点,应对啤酒工业废水的微生物的降解特性和机理加以深人研究,为各种方法的可比性提供依据。今后,实际处理时则应从回收利用和生物降解两种途径考虑,对啤酒工业废水富含的大量淀粉、糖类、脂肪、蛋白质、醇类、纤维素等有机物可以考虑回收部分资源,广泛用于食品、饲料、生物制药等行业,具有可观的经济、社会和环境效益;然后再用生化法处理啤酒工业废水。另外,由于单一技术处理的局限性,应考虑优化组合各种单一技术,使之相互渗透、取长补短,最终开发出高效、经济、适合我国国情的一体化联用技术。