啤酒工業(yè)廢水處理與利用技術(shù)研究進(jìn)展

隨著(zhù)人民生活水平的提高，我國啤酒工業(yè)得到了長(cháng)足發(fā)展，其產(chǎn)量逐年上升.1988年全國有 啤酒廠(chǎng)800多家，年產(chǎn)啤酒663萬(wàn)t，位居世界第三；經(jīng)過(guò)近十年的發(fā)展，目前已達到1000多家，年產(chǎn)啤酒1000多萬(wàn)t，成為世界第二大啤酒生產(chǎn)國.但是在啤酒 產(chǎn)量大幅度提高的同時(shí)，也向環(huán)境中排放了大量的有機廢水.據統計，每生產(chǎn)1 t啤酒需要10 ～30 t新鮮水，相應地產(chǎn)生10～20 t廢水.我國現在每年排放的啤酒廢水已達1. 5億t.由于這種廢水含有較高濃度的蛋白質(zhì)、脂肪、纖維、碳水化合物、廢酵母 .酒花殘渣等有機無(wú)毒成分，排入天然水體后將消耗水中的溶解氧，既造成水體缺氧，還能促使水底沉積化合物的厭氧分解，產(chǎn)生臭氣，惡化水質(zhì).另外，上述成分多來(lái) 自啤酒生產(chǎn)原料，棄之不用不僅造成資源的巨大浪費，也降低了啤酒生產(chǎn)的原料利用率.因 此，在糧食缺乏，水和資源供應緊張的今天，如何既有效地處理啤酒廢水又充分利用其中的有用資源，已成為環(huán)境保護的一項重要研究?jì)热?本文根據前人的研究結果綜述了啤酒廢水的處理和利用現狀，以便為進(jìn)一步探討效益資源型處理技術(shù)提供借鑒.

1　啤酒廢水的產(chǎn)生與特點(diǎn)　　

啤酒生產(chǎn)工藝流程包括制麥和釀造兩部分.二者均有冷卻水產(chǎn)生，約占啤酒廠(chǎng)總排水量的65% ，水質(zhì)較好，可循環(huán)用于浸洗麥工序.中、高污染負荷的廢水主要來(lái)自制麥 中的浸麥工序和釀造中的糖化、發(fā)酵、過(guò)濾、包裝工序，其化學(xué)需氧量在500～40000 mg.L-1之間，除了包裝工序的廢水連續排放以外，其它廢水均以間歇方式排放（見(jiàn)表1）.

表1　啤酒工業(yè)中、高污染負荷廢水的來(lái)源與濃度

啤酒廠(chǎng)總排水屬于中、高濃度的有機廢水，呈酸性，pH值為4.5～6.5,其中 的主要污染因子是化學(xué)需氧量（CODcr）、生化需氧量（BOD5）和懸浮物（SS），濃 度分別為1000～1500，500～1000和220～440 mg.L-1.啤酒廢水的可生化性（BOD5/CODcr）較大，為0.4～0.6，因此很多治理技術(shù)的主體部分是生化處理.

2　啤酒廢水處理技術(shù)　

目前，國內外普遍采用生化法處理啤酒廢水.根據處理過(guò)程中是否需要曝氣，可把生物處理法分為好氧生物處理和厭氧生物處理兩大類(lèi).

2.1　好氧生物處理　　

好氧生物處理是在氧氣充足的條件下，利用好氧微生物的生命活動(dòng)氧化啤酒廢水中的有機物，其產(chǎn)物是二氧化碳、水及能量（釋放于水中）.這類(lèi)方法沒(méi)有考慮到廢水中有機物的利用問(wèn)題，因此處理成本較高.活性污泥法、生物膜法、深井曝氣法是較有代表性的好氧生 物處理方法.

2.1.1　活性污泥法　

活性污泥法是中、低濃度有機廢水處理中使用最多 、運行最可靠的方 法，具有投資省、處理效果好等優(yōu)點(diǎn).該處理工藝的主要部分是曝氣池和沉淀池.廢水進(jìn)入 曝氣池后，與活性污泥（含大量的好氧微生物）混合，在人工充氧的條件下，活性污泥吸附 并氧化分解廢水中的有機物，而污泥和水的分離則由沉淀池來(lái)完成.我國的珠江啤酒廠(chǎng)、煙 臺啤酒廠(chǎng)、上海益民啤酒廠(chǎng)、武漢西湖啤酒廠(chǎng)、廣州啤酒廠(chǎng)和長(cháng)春啤酒廠(chǎng)等廠(chǎng)家均采用此法 處理啤酒廢水.據報道，進(jìn)水CODcr為1200～1500 mg.L-1時(shí)，出水 CODcr可降至50～100 mg.L-1，去除率為92%～96% .活性污泥法處理啤酒廢水的缺點(diǎn)是動(dòng)力消耗大，處理中常出現污泥膨脹.　　

污泥膨脹的原因是啤酒廢水中碳水化合物含量過(guò)高，而N，P，Fe等營(yíng)養物質(zhì)缺乏，各營(yíng)養成分比例失調，導致微生物不能正常生長(cháng)而死亡.解決的辦法是投加含N，P的化學(xué)藥劑， 但這將使處理成本提高.而較為經(jīng)濟的方法是把生活污水（其中N，P濃度較大）和啤酒廢水混合.　　

間歇式活性污泥法（SBR）通過(guò)間歇曝氣可以使動(dòng)力耗費顯著(zhù)降低，同時(shí)，廢水處理時(shí)間也短于普通活性污泥法.例如，珠江啤酒廠(chǎng)引進(jìn)比利時(shí)SBR專(zhuān)利技術(shù)，廢水處理時(shí)間僅需19～20 h ,比普通活性污泥法縮短10～11 h，CODcr的去除率也在96%以上.揚州某啤酒廠(chǎng)和三明市某啤酒廠(chǎng)采用SBR技術(shù)處理啤酒廢水，也收到了同樣的效果.劉永淞等認為，SBR法對廢水的稀釋程度低，反應基質(zhì)濃度高，吸附和反應速率都較大，因而能在較短時(shí)間內使污泥獲得再生.

2.1.2　深井曝氣法

為了提高曝氣過(guò)程中氧的利用率，節省能耗，加 拿大安大略省的巴利啤酒廠(chǎng)、我國的上海啤酒廠(chǎng)和北京五星啤酒廠(chǎng)均采用深井曝氣法(超深水曝氣)處理 啤酒廢水.深井曝氣實(shí)際上是以地下深井作為曝氣池的活性污泥法，曝氣池由下降管以及上 升管組成.將廢水和污泥引入下降管，在井內循環(huán)，空氣注入下降管或同時(shí)注入兩管中，混合液則由上升管排至固液分離裝置，即廢水循環(huán)是靠上升管和下降管的靜水壓力差進(jìn)行的. 其優(yōu)點(diǎn)是：占地面積少，效能高，對氧的利用率大，無(wú)惡臭產(chǎn)生等.據測定， 當進(jìn)水BOD5濃度為2400 mg.L-1時(shí)，出水濃度可降為50 mg.L-1，去除率高達97.92% .當然，深井曝氣也有不足之處，如施工難度大，造價(jià)高，防滲漏技術(shù)不過(guò)關(guān)等.

2.1.3　生物膜法　

與活性污泥法不同，生物膜法是在處理池內加入軟性 填料，利用固著(zhù)生長(cháng)于填料表面的微生物對廢水進(jìn)行處理，不會(huì )出現污泥膨脹的問(wèn)題.生物 接觸氧化池和生物轉盤(pán)是這類(lèi)方法的代表，在啤酒廢水治理中均被采用，主要是降低啤酒廢 水中的BOD5.

生物接觸氧化池是在微生物固著(zhù)生長(cháng)的同時(shí)，加以人工曝氣.這種方法可以得到很高的生物固體濃度和較高的有機負荷，因此處理效率高，占地面積也小于活性污泥法.國內的淄博啤酒廠(chǎng)、青島啤酒廠(chǎng)、渤海啤酒廠(chǎng)和徐州釀酒總廠(chǎng)等廠(chǎng)家的廢水治理中采用了這種技術(shù).青島啤酒廠(chǎng)在二段生物接觸氧化之后輔以混凝氣浮處理，啤酒廢水中CODcr和B OD5的去除率分別在80% 和90%以上［13］.在此基礎上，山東省環(huán)科所改常壓曝氣 為加壓曝氣（P=0.25～0.30 MPa），目的在于強化氧的傳質(zhì)，有效提高廢水中的溶解氧 濃度，以滿(mǎn)足中、高濃度廢水中微生物和有機物氧化分解的需要.結果表明，當容積負荷≤1 3.33 kg.m-3.d-1COD,停留時(shí)間為3～4 h時(shí)，COD和BOD平均去除率分別達到 93.5 2%和99.03% .由于停留時(shí)間縮短為原來(lái)的1/3～1/4，運轉費用也較低.　　

生物轉盤(pán)是較早用以處理啤酒廢水的方法.它主要由盤(pán)片、氧化槽、轉動(dòng)軸和驅動(dòng)裝置等部分組成，依靠盤(pán)片的轉動(dòng)來(lái)實(shí)現廢水與盤(pán)上生物膜的接觸和充氧.該法運轉穩定、動(dòng)力消耗少，但低溫對運行影響大，在處理高濃度廢水時(shí)需增加轉盤(pán)組數.該方法在美國應用較為普及，國內的杭州啤酒廠(chǎng)、上海華光啤酒廠(chǎng)和浙江慈溪啤酒廠(chǎng)也在使用.據報道，廢水中BOD5的去除率在80%以上［13］.

2.2　厭氧生物處理　　

厭氧生物處理適用于高濃度有機廢水（CODcr＞2000 mg.L-1, BOD5＞1000 mg.L-1）.它是在無(wú)氧條件下，靠厭氣細菌的作用分解有機物.在這一過(guò)程中，參加生物降解的有機基質(zhì)有50%～90%轉化為沼氣（甲烷），而發(fā)酵后的剩余物又可作為優(yōu)質(zhì)肥料和飼料.因此，啤酒廢水的厭氧生物處理受到了越來(lái)越多的關(guān)注.　　

厭氧生物處理包括多種方法，但以升流式厭氧污泥床（UASB）技術(shù)在啤酒廢水的治理方 面應用最為成熟.UASB的主要組成部分是反應器，其底部為絮凝和沉淀性能良好的厭氧污泥 構成的污泥床，上部設置了一個(gè)專(zhuān)用的氣-液-固分離系統（三相分離室）.廢水從反應器底部加入，在上向流、穿過(guò)生物顆粒組成的污泥床時(shí)得到降解，同時(shí)生成沼氣（氣泡）.氣、液、固（懸浮污泥顆粒）一同升入三相分離室，氣體被收集在氣罩里，而污泥顆粒受重力作用下沉至反應器底部，水則經(jīng)出流堰排出.　　

截止1990年9月，全世界已建成30座生產(chǎn)性UASB反應器用于處理啤酒廢水，總容積達60 600 m3.國內已有北京啤酒廠(chǎng)、沈陽(yáng)啤酒廠(chǎng)等廠(chǎng)家利用UASB來(lái)處理啤酒 廢水.荷蘭、美國的某些公司所設計的UASB反應器對啤酒廢水CODcr的去除率為80%～86% ,北京啤酒廠(chǎng)UASB處理裝置的中試結果也保持在這一水平，而且其沼氣 產(chǎn)率為0.3～0.5 m3.kg-1(COD).清華大學(xué)在常溫條件下利用UASB厭氧 處理啤酒廢水的研究結果表明，進(jìn)水CODcr濃度為2000 mg.L-1時(shí)，去除率為85% ～90%.沈陽(yáng)啤酒廠(chǎng)采用回收固形物及厭氧消化綜合治理工藝，實(shí)行清污分流，集中收集CODcr大于5000 mg.L-1的高濃度有機廢水送入UASB進(jìn)行厭氧處理，廢水 中CODcr的質(zhì)能利用率可達91.93%.　　

實(shí)踐證明，UASB成功處理高濃度啤酒廢水的關(guān)鍵是培養出沉降性能良好的厭氧顆粒污泥 .顆粒污泥的形成是厭氧細菌群不斷繁殖、積累的結果，較多的污泥負荷有利于細菌獲得充 足的營(yíng)養基質(zhì)，故對顆粒污泥的形成和發(fā)展具有決定性的促進(jìn)作用；適當高的水力負荷將產(chǎn) 生污泥的水力篩選，淘汰沉降性能差的絮體污泥而留下沉降性能好的污泥，同時(shí)產(chǎn)生剪切力，使污泥不斷旋轉，有利于絲狀菌互相纏繞成球.此外，一定的進(jìn)水堿度也是顆粒污泥形成 的必要條件，因為厭氧生物的生長(cháng)要求適當高的堿度，例如：產(chǎn)甲烷細菌生長(cháng)的最適宜pH值 為6.8～7.2.一定的堿度既能維持細菌生長(cháng)所需的pH值，又能保證足夠的平衡緩沖能力 .由于啤酒廢水的堿度一般為500～800 mg.L-1(以CaCO3計)，堿度不足，所以需投加工業(yè)碳酸鈉或氧化鈣加以補充.研究表明，在 UASB啟動(dòng)階段，保持進(jìn)水堿度不低于1000 mg.L-1對于顆粒污泥的培養和反應器在 高負荷下的良好運行十分必要.應該指出，啤酒廢水中的乙醇是一種有效的顆�；�促進(jìn)劑，它為UASB的成功運行提供了十分有利的條件.　　

總之，UASB具有效能高，處理費用低，電耗省，投資少，占地面積小等一系列優(yōu)點(diǎn)，完全適用于高濃度啤酒廢水的治理.其不足之處是出水CODcr的濃度仍達500 mg.L-1左右，需進(jìn)行再處理或與好氧處理串聯(lián)才能達標排放.具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3　啤酒廢水的利用技術(shù)　　

利用自然生態(tài)良性循環(huán)的方法凈化和利用啤酒廢水，也是目前啤酒廢水綜合治理的一個(gè) 方向，有利于實(shí)現廢物的資源化.

3.1　啤酒廢水土地利用　　

廢水的土地利用在國內外都有悠久的歷史.其目的不單純是廢水農田灌溉，而是根據生 態(tài)學(xué)原理，在充分利用水資源的同時(shí)，科學(xué)地運用土壤-植物系統的凈化功能，使該系統起 到廢水的二、三級處理作用.廢水的土地利用一般有快速滲濾和地表漫流兩種 方法.前者的特點(diǎn)是加入的廢水大部分都經(jīng)過(guò)土壤滲透到下層，因而僅限于在 砂及砂質(zhì)粘土之類(lèi)的快滲土壤上使用，植物對廢水的凈化作用較小，主要是由土壤中發(fā)生的物理、化學(xué)和生物學(xué)過(guò)程使廢水得到處理.后者是一種固定膜生物處理法，廢水從生長(cháng)植物 的坡地上游沿溝渠流下，流經(jīng)植被表面后排入徑流集水渠.廢水凈化主要是通過(guò)坡地上的生 物膜完成的.這種方法對于滲透較慢的土壤最為適用.根據謝家恕、蕭月芳等的研究，啤酒廢水經(jīng)過(guò) 土地利用系統后，水質(zhì)明顯改善，能夠達到農田灌溉水質(zhì)標準（GB 5084-85）的要求；同時(shí)又可節省水源，增加農田土壤的有機質(zhì)含量，提高農作物產(chǎn)量.其經(jīng)濟效益在干旱地區更能得到體現.　

當然，啤酒廢水的土地利用也存在一定的問(wèn)題：

①處理過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生臭味，必須將處理 場(chǎng)地設在遠離居住區的地方，這樣需要較長(cháng)的輸水干管；

②廢水的含鹽量過(guò)高時(shí)，將危害植 物生長(cháng)，并造成土壤排水、通氣不良.如何避免這些問(wèn)題發(fā)生，需要進(jìn)一步研究.

3.2 啤酒廢水的植物凈化　　

啤酒廢水中有機碳含量豐富，氮、磷的含量也有一定水平，可以為植物生長(cháng)提供必要的 營(yíng)養物質(zhì).近年來(lái)，一些學(xué)者利用啤酒廢水對普通絲瓜（Luffa cyclindrica）、多花黑麥草（Lolium multiflorum ）、水雍菜（Ipomoea aquatica） 、金針菜（Hemerocallis fulva）［31］等植物進(jìn)行水培試驗，發(fā)現 這些植物長(cháng)勢良好并能完成其生活史，既創(chuàng )造了經(jīng)濟效益，同時(shí)又顯著(zhù)降低了廢水中多種污染物（COD除外）的濃度.這為啤酒廢水的資源化處理開(kāi)拓了一條新思路.據報道 ，目前，無(wú)錫市釀酒總廠(chǎng)已在氧化塘中種植絲瓜以強化處理系統的凈化效果.

水培植物對廢水中COD的去除率不高，主要是因為廢水中C的含量大大高于N，P，而植物 是按照一定的C，N，P比例來(lái)攝取營(yíng)養物質(zhì)的.從這一點(diǎn)來(lái)看，水培植物用于生物處理后出 水（含C量已大為降低）的深度凈化更為合理.

4　結　語(yǔ)　　

（1）啤酒廢水是一種中、高濃度的有機廢水，隨著(zhù)啤酒工業(yè)的不斷發(fā)展，其產(chǎn)生量也將 持續上升.為了避免納污水體的水質(zhì)惡化，除了實(shí)行清、污分流，提高冷卻水的循環(huán)利用率 以降低排放量外，還必須對其進(jìn)行有效處理.　

（2）好氧生物處理、厭氧生物處理、土地利用和植物凈化等方法是常見(jiàn)的啤酒廢水治理方法.好氧生物處理對于低濃度廢水有較高的COD去除率（＞90%），但是需要大量的投資 和場(chǎng)地，能耗較高，受外界環(huán)境（溫度等）影響較大；厭氧生物處理對于高濃度廢水有較高 的CODcr去除率，它克服了好氧生物處理的大多數缺點(diǎn)，還能進(jìn)行生物質(zhì)能轉化，大幅度降 低處理成本，因而為越來(lái)越多的廠(chǎng)家所采用，其最大缺陷是出水CODcr的濃度仍然很高，難以達到《污水綜合排放標準》的要求.土地利用系統雖然能夠改善廢水的水質(zhì)，節約水源，增加土壤有機質(zhì)含量，但是占地面積大，易產(chǎn)生臭味，還可能引起土壤鹽堿化.用植物凈化啤酒廢水，可以有效去除其中的N，P和濁度，并可獲得一定的經(jīng)濟效益，但是對CODcr的去除率卻不高.　　

（3）要得到理想的處理結果，實(shí)現啤酒廢水治理的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益的統一，必須將兩種或三種技術(shù)結合使用，這是解決啤酒廢水污染問(wèn)題的根本出路.例如，把厭氧和好氧處 理池串聯(lián)使用，依靠前者把廢水的高負荷降低，再以后者把低濃度廢水處理達標，其動(dòng)力消 耗則可由前一過(guò)程的質(zhì)能轉化予以補償.又如，把生物處理與土地利用結合起來(lái)，既能有效 凈化廢水，還能起到互補作用，產(chǎn)生更高的經(jīng)濟效益.　

另外，在如下幾個(gè)方面還須作進(jìn)一步研究：

（1）啤酒工業(yè)實(shí)施清潔生產(chǎn)工藝的可行性及其綜 合效益分析；

（2）多種處理技術(shù)串聯(lián)使用時(shí)，其結合點(diǎn)上啤酒廢水的最適濃度；

（3）厭氧和好氧微生物種類(lèi)在一個(gè)處理單元內共同作用于啤酒廢水的可能性及相關(guān)的處理技術(shù)；

（4）啤酒廢水的土地利用技術(shù)對土壤理化性質(zhì)的各種可能影響.（谷騰水網(wǎng)）