1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

啤酒废水处理及资源化利用浅析

摘要:本论文主要针对啤酒废水处理的工艺及方案做基本的探讨，寻求最合理的方法处理该类工业废水，在废水处理的同时实现废水中有机物的资源化利用。因此通过对目前应用较为广泛的好氧及厌氧的各项工艺，包括序批式活性污泥(SBR)、循环式活性污泥（CASS)、生物膜法以及升流式厌氧污泥床反应器(UASB)、内循环氧反应器（IC）等工艺，进行对比分析。并提出了一系列可行的资源化利用的方向。

关键字：啤酒废水 处理工艺 资源化

随着经济的发展，1949年后，中国啤酒工业发展迅速，据不完全统计，到2013年全年产量已超过5000万千升。据调查，每生产100吨啤酒所排出的废水中含悬浮物固体相当于8000人的生活污水中的含量。如果这些废水不进行处理和综合利用，会给环境造成严重污染。[1]相反,对啤酒废水的资源化处理不仅可以降低废水中有机污染物浓度,还可充分利用啤酒废水中含有的戊糖、蔗糖、葡萄糖、果胶、蛋白质等有机物以及少量的 K 、Ca2 、 Mg2 等无机盐。[2]

1 啤酒工业废水的来源与特征

1.1啤酒厂废水来源

啤酒生产工艺流程。如图1（见附件）

由图中可以看出，废水主要来源有：

麦芽生产过程的洗麦水、浸麦水、发芽降温喷雾水、麦槽水、洗涤水、凝固物洗涤水；糖化过程的糖化、过滤洗涤水；

发酵过程的发酵罐洗涤、过滤洗涤水；

罐装过程洗瓶、灭菌及破瓶啤酒；

冷却水和成品车间洗涤水；

以及工厂员工的生活用水等等。[3]

1.2各类废水的特征

啤酒厂生产废水污染物浓度 表1

废水种类	水量 t/d	pH	COD mg/L	BOD mg/L	SS mg/L
浸麦废水	500~700	6.0~7.5	600~800	300~400	400~600
糖化及发酵废水	600~800	5.5~7.0	4000~6000	3000~5000	900~3000
洗槽及洗瓶废水	900	6.5~8.5	200~500	100~500	100~200
其他废水	200	6.0~7.0	300~600
全厂总废水	2200~2600	6.0~8.0	600~3000	600~1000	400~1000

由表1可知，啤酒厂的废水属于中高浓度的废水。且BOD/COD的值gt;0.3,因此具有较好的可生化性。其特点是：1.水量大,有机污染物含量高,色度深,悬浮物含量高,水质变化较剧烈。2 .由于生产啤酒原料较为固定(麦芽和大米),所以废水中的pH 值、CODCr、BOD5、颜色等方面较为稳定,共同特点为 BOD/COD 值较高,可生化性较好。因此, 常采用生化处理为主的处理工艺。3.啤酒废水中含有机物浓度较高,虽然无毒,但易于腐败,排入水体要消耗大量的溶解氧,对水体环境将造成严重危害。

2 啤酒工业废水的一般处理方法

鉴于啤酒废水中所含的污染物质主要是无毒有机物,可生化性较好,一般采用生化处理工艺,常用处理方法有好氧生物处理、厌氧生物处理、水解酸化-曝气生物滤池处理等技术。根据国内啤酒废水处理现状,以下几种处理方法以发展得较成熟,处理效果较理想。

2.1好氧生物处理

2.1.1活性污泥法

序批式活性污泥法(SBR)

SBR的运行过程分为五个工作阶段，分别为进水、曝气、沉淀、排水排泥及闲置阶段。通过间歇曝气可以使动力耗费显著降低,同时,废水处理时间也短于普通活性污泥法。SBR 法是一种改进型的活性污泥法,与其他活性污泥法相比，SBR法没有设置二沉池和污泥回流设备,布置更为紧凑,占地面积少,基建及运行费用较低,不易发生污泥膨胀问题, 耐冲击负荷,处理效果稳定。因此针对啤酒生产废水间歇排放，水质水量波动大的特点，SBR法在工程上应用广泛。[5]

循环式活性污泥法（CASS）

CASS反应池的运行一般包括三个部分:进水、曝气、回流阶段;沉淀阶段;滗水、排泥阶段。根据需要设计,反应池一般用隔墙分隔成三个区:生物选择区、预反应区、主反应区。生物选择区曝气,污水在该区内经历一个高负荷的吸收阶段,能较迅速有效地降低废水中有机物浓度，此后预反应区采取半限制性曝气,DO保持在 0.5 mg/L左右 ,使该区存在着反硝化进程的可能;主反应区进行强制鼓风曝气 ,有机物及氨氮得到生化与硝化，此区域是一个较低负荷的基质降解阶段，并实现污泥再生。CASS工艺改良了SBR工艺闲置率过高的缺点，实现了连续进、出水。[6]

不论是SBR还是CASS都能实现自动化程序控制。

2.1.2生物膜法

生物膜法是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 ,最大优点是不会出现污泥膨胀的问题,且具有运转管理方便 ,剩余污泥量较少等优点。因而,生物膜法在处理一般规模的啤酒废水工程中,受到广泛应用。生物接触氧化池和生物转盘是这类方法的代表。前者在我国应用较广,其主要优点是处理能力大,无污泥膨胀,运行管理方便等, 但处理效果一般不及活性污泥法, 建筑费用亦较高。[7]生物转盘法是早期应用的工艺 ，其处理效果比较稳定, 运行费用低,动力消耗低 ,耐冲击负荷 ,无污泥膨胀等 ,但前期基建投资高 ,受气温变化影响大 ,不适合于气温偏低的地区使用。

2.2厌氧生物处理

厌氧生物处理动力消耗低、剩余污泥量少、处理设备较便宜、能降解某些好氧处理难于降解的物质并且参加生物降解的有机基质有50%-90%转化为沼气,而发酵后的剩余物还可回收作为优质肥料和饲料。[8]并且由于高效厌氧反应器的发展,改良了传统的厌氧反应器处理效率低下的缺点，厌氧处理工艺已经可以应用常温低浓度啤酒废水处理。经过实践证明，第二代厌氧反应器：升流式厌氧污泥床反应器(UASB)、厌氧滤池(AF)、两相厌氧消化(TPAD)、厌氧流化床反应器（AFBR）、膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB）、内循环氧反应器（IC）等工艺,以其较高的容积负荷率和较短的水力停留时间受到人们的关注，目前高浓度有机污水较多采用 UASB、EGSB 和 IC 反应器。

升流式厌氧污泥床(UASB)

UASB 由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，并沉降。使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。排出的沼气可回收作为能源使用。[9]

内循环厌氧反应器(Internal Circulation ,IC)

内循环厌氧反应器是在 UASB 反应器的基础上发展而来的 ,和 UASB 反应器一样,可以形成高生物活性的厌氧颗粒污泥, 反应器中装有两级三相分离器，两级三相分离器使生物量得到有效截留，而两级分离器上的两根升液管与顶部的气水分离器连通，顶部的气水分离器的降液管则与反应器的污泥区连通。当IC反应器运行稳定时，在升液管、气水分离器与降液管之间形成良好的内循环。[10]此类反应器高度约为16 ～ 25m ,容积负荷为普通升流式厌氧污泥床(UASB)的4倍左右,占地面积少, 基建投资省,有机负荷高 ,抗冲击负荷能力强 ,运行稳定性好。

在已开发的厌氧反应器中,UASB 反应器研究最为深人、应用最为广泛,已大量成功应用于各种废水的处理。

3啤酒工业废水资源化利用

3.1啤酒废水的土地利用

废水土地利用的目的不单纯是废水农田灌溉，而是根据生态学原理，在充分利用水资源的同时，科学地运用土壤#8212;植物系统的净化功能，使该种方法起到废水的二、三级处理作用。啤酒废水经过土地利用系统后，水质明显改善，能够达到农田灌溉水质标准《GB5084#8212;85》的要求，同时又可节省水资源，增加农田土壤的有机质含量，提高农作物产量。

但是，啤酒废水的土地利用也存在一定的问题：（1）处理过程中会产生臭味，必须将处理场地设在远离居住区的地方，这样需要较长的输水干管：（2）废水的含盐量较高时，将危害农作物生长，并造成土壤排水、通气不良。[11]

萧月芳、卢兵友等人通过对利用啤酒厂废水灌溉 3~5年和基本不灌溉的农田土壤物理、化学性状的对比分析认为：1）啤酒厂废水灌溉能增加土壤的有机质、全氮及速效性氮、 磷、 钾的含量, 提高土壤养分含量水平;2）连续利用啤酒废水灌溉 3~5年的粮地 ,土壤未发生 Na 、Cl-、SO2-4累积 ,全盐量未见显著增加。[12]

因此，啤酒废水的土地资源化利用是可行的，尤其在干旱地区更能体现其效应。

3.2利用啤酒废水培养微藻

利用啤酒废水可快速培养出可作为食品、饵料、药品原料的藻类,如螺旋藻、小球藻等。螺旋藻蛋白质含量高,富含人类和动物所必需的氨基酸、脂肪酸等营养。小球藻是高价值微藻 ,能有效地富集和降解多种有机化合物 ,如有机氯化合物、有机氮化合物、金属有机化合物等。处理废水后的小藻体含丰富的蛋白质 、矿物质、维生素 、氨基酸等营养成分 ,其营养价值可与鱼肉、大豆相比，可作为高蛋白动物饲料。

3.3利用啤酒废水制备微生物絮凝剂

微生物絮凝剂是由微生物产生的有絮凝活性的生物大分子物质，具有易于生物降解、安全无毒、无二次污染、絮凝效率高、絮凝范围广、可替代无机絮凝剂及合成有机高分子絮凝剂，使其在污水、废水、给水处理以及食品、发酵和矿产工业等领域具有广阔的应用前景。但因培养基成本过高限制了絮凝剂产生菌在生产实际中的应用。因此，寻找和开发廉价替代培养基，优化培养条件，降低微生物絮凝剂的生产成本，是促进微生物絮凝剂工业化生产的关键。[13]

以啤酒废水为培养基进行微生物絮凝剂产生菌的培养 ,可以达到 ”以废治废 ”和废水资源化利用的双重目的 。研究结果表明 ,直接利用啤酒废水 ,无需另外添加碳源和氮源，设置合适的温度、培养时间及摇床转速便可产生絮凝率高达90%以上的絮凝剂。

3.4利用啤酒废水发酵产氢

生物制氢作用条件温和，一般常温常压下便可进行,其主要的类型有光合生物制氢和厌氧发酵制氢,发酵产氢无需光照条件，具有更高的产氢效率，更易于实现工业化。利用啤酒废水中充分的有机质产生清洁能源，既保护环境又能获得氢能。[14]

4 结语

根据啤酒废水的性质，啤酒工业废水的处理应遵循”清污分流、一水多用、节约用水”的原则。优先考虑对废水中的营养成分加以利用，实现资源的二次开发。在具体的处理技术上，由于各种处理方法都存在其不可避免的缺点。[15]厌氧方法可以提高废水的可生化性, 缩短后续好氧生物段的处理时间,运行时无需爆气,因此大大的节省了运行费用。啤酒废水处理工艺流程首段应当选择厌氧反应器再配以采用好氧生物处理，充分发挥出不同工艺的优势。

参考文献

[1] 彭营环，李玉国.UASB法在啤酒厂废水处理中的应用.

山西建筑, 2011(21):100-100.

[2] 曹海，杨琪，孔维.啤酒工业废水资源化处理技术的研究进展.

啤酒科技, 2011(4):16-18.

[3] 陈静. 啤酒厂污水处理方法的探讨.

城市建设理论研究, 2013(5).

[4] 唐小囡.啤酒废水处理工艺及浅析.

辽宁城乡环境科技,2013(12).

[5] 刁俊明,罗建中.啤酒工业废水处理工艺进展及比较浅析.

嘉应学院学报, 2004, 22(6):37-41.

[6] 李亚卓.啤酒厂生产废水CASS处理与深度处理回用工艺.

资源节约与环保, 2013(1):45-46.

[7] 于洪涛.外循环厌氧组合工艺处理运城某啤酒厂废水的工程应用.

哈尔滨工业大学硕士论文.2011.

[8] 吕清莉. 厌氧-好氧组合工艺处理某啤酒厂废水的应用研究.

哈尔滨工业大学硕士论文.2013.

[9] 曹小练. UASB CASS 方法处理啤酒厂废水工程实例.

山西建筑, 2012, 38(8):132-134.

[10] 梁耀开,邓毛程,梁 磊. 新型（IC）厌氧反应器处理酒厂废水的试验研究.

中国酿造.2012(4):151-153.

[11] 吴荣鲜. 啤酒厂的废水处理及综合利用.

中国科技博览, 2015(9):375-375.

[12] 萧月芳,卢兵友,李光德,等.啤酒厂废水灌溉对土壤性质的影响.

农业环境科学学报,1997(4):149-152.

[13] 薛冬，黄向东，靳朝喜，杨瑞先.Bacillus simplex 利用啤酒废水产微生物絮凝剂及应用研究.

科学技术与工程, 2016, 16(26):140-145.

[14] 陈皓，庞敏，卢安宁.利用啤酒废水发酵产氢试验研究.

农业与技术, 2016, 36(14):228-229.

[15] 朱贵臣.厌氧-好氧组合工艺处理依兰某啤酒厂废水的工程应用.

大连海事大学工程硕士学位论文.2014.

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

研究背景：

对滁州市啤酒厂3000吨污水处理工程进行设计。该啤酒厂位于安徽滁州市，属于重庆啤酒集团，目前年产啤酒8万吨，后期扩建后为12万吨。

该啤酒厂废水排放规律是：正常情况下，8：00#8212;16：00排水量较大，其余时间较小(0：00一7：00最低)，水质随废水量变化。水量大时(如洗罐水)污染物浓度高，反之则低。包装车间用碱浓清洗玻璃瓶，每周更换一次，排出的浓碱液使ph值偏高。目前，该厂废水总排放量约2500m3／d，要求本次工程按照3000m3/d设计。