啤酒廢水主要來(lái)自麥芽車(chē)間(浸麥廢水),糖化車(chē)間(糖化,過(guò)濾洗滌廢水),發(fā)酵車(chē)間(發(fā)酵罐洗滌,過(guò)濾洗滌廢水),灌裝車(chē)間(洗瓶,滅菌廢水及瓶子破碎流出的啤酒)以及生產(chǎn)用冷卻廢水等。
啤酒工業(yè)廢水主要含糖類(lèi),醇類(lèi)等有機物,有機物濃度較高,雖然無(wú)毒,但易于腐敗,排入水體要消耗大量的溶解氧,對水體環(huán)境造成嚴重危害。啤酒廢水的水質(zhì)和水量在不同季節有一定差別,處于高峰流量時(shí)的啤酒廢水,有機物含量也處于高峰。國內啤酒廠(chǎng)廢水中:CODcr含量為:1000~2500mg/L,BOD5含量為:600~1500 mg/L,該廢水具有較高的生物可降解性,且含有一定量的凱氏氮和磷。
啤酒廢水按有機物含量可分為3類(lèi):①清潔廢水如冷凍機冷卻水,麥汁冷卻水等。這類(lèi)廢水基本上未受污染。②清洗廢水如漂洗酵母水、洗瓶水、生產(chǎn)裝置清洗水等,這類(lèi)廢水受到不同程度污染。③含渣廢水如麥糟液、冷熱凝固物。剩余酵母等,這類(lèi)廢水含有大量有機懸浮性固體。
二、啤酒廢水處理方法:
鑒于啤酒廢水自身的特性,啤酒廢水不能直接排入水體,據統計,啤酒廠(chǎng)工業(yè)廢水如不經(jīng)處理,每生產(chǎn)100噸啤酒所排放出的BOD值相當于14000人生活污水的BOD值,懸浮固體SS值相當于8000人生活污水的SS,其污染程度是相當嚴重的,所以要對啤酒廢水進(jìn)行一定的處理。
目前常根據BOD5/CODcr比值來(lái)判斷廢水的可生化性,即:當BOD5/CODcr>0.3時(shí)易生化處理,當BOD5/CODcr>0.25時(shí)可生化處理,當BOD5/CODcr<0.25難生化處理,而啤酒廢水的BOD5/CODcr的比值>0.3所以,處理啤酒廢水的方法多是采用好氧生物處理,也可先采用厭氧處理,降低污染負荷,再用好氧生物處理。目前國內的啤酒廠(chǎng)工業(yè)廢水的污水處理工藝,都是以生物化學(xué)方法為中心的處理系統。80年代中前期,多數處理系統以好氧生化處理為主。由于受場(chǎng)地、氣溫、初次投資限制,除少數采用塔式生物濾池,生物轉盤(pán)靠自然充氧外,多數采用機械曝氣充氧,其電耗高及運行費用高制約了污水處理工程的發(fā)展和限制了已有工程的正常使用或運行。
隨著(zhù)人們對于節能價(jià)值和意義的認識不斷變化與提高,開(kāi)發(fā)節能工藝與產(chǎn)品引起了國內環(huán)保界的重視。1988年開(kāi)封啤酒廠(chǎng)國內首次將厭氧酸化技術(shù)成功的引用到啤酒廠(chǎng)工業(yè)廢水處理工程中,節能效果明顯,約節能30~50%,而且使整個(gè)工藝達標排放更加容易和可靠。隨著(zhù)改革開(kāi)放的發(fā)展,90年代初完整的厭氧技術(shù)也在國內啤酒、飲料行業(yè)得到應用。這里所說(shuō)完整的意義在于除厭氧生化技術(shù)外,沼氣通過(guò)自動(dòng)化系統得到燃燒,這是厭氧系統安全運行和不產(chǎn)生二次污染的重要保證,這也是國內外開(kāi)發(fā)厭氧技術(shù)和設備應充分引起重視的問(wèn)題。厭氧技術(shù)的引進(jìn)與應用能耗節約70%以上。
下面主要介紹一下處理啤酒廢水常用的幾種方法:
(一)、酸化—SBR法處理啤酒廢水:其主要處理設備是酸化柱和SBR反應器。這種方法在處理啤酒廢水時(shí),在厭氧反應中,放棄反應時(shí)間長(cháng)、控制條件要求高的甲烷發(fā)酵階段,將反應控制在酸化階段,這樣較之全過(guò)程的厭氧反應具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)由于反應控制在水解、酸化階段反應迅速,故水解池體積??;
(2)不需要收集產(chǎn)生的沼氣,簡(jiǎn)化了構造,降低了造價(jià),便于維護,易于放大;
(3)對于污泥的降解功能完全和消化池一樣,產(chǎn)生的剩余污泥量少。同時(shí),經(jīng)水解反應后溶解性COD比例大幅度增加,有利于微生物對基質(zhì)的攝取,在微生物的代謝過(guò)程中減少了一個(gè)重要環(huán)節,這將加速有機物的降解,為后續生物處理創(chuàng )造更為有利的條件。
(4)酸化—SBR法處理高濃度啤酒廢水效果比較理想,去除率均在94%以上,最高達99%以上。
要想使此方法在處理啤酒廢水達到理想的效果時(shí)運行環(huán)境要達到下列要求:
(1)酸化—SBR法處理中高濃度啤酒廢水,酸化至關(guān)重要,它具有兩個(gè)方面的作用,其一是對廢水的有機成分進(jìn)行改性,提高廢水的可生化性;其二是對有機物中易降解的污染物有不可忽視的去除作用。酸化效果的好壞直接影響SBR反應器的處理效果,有機物去 除主要集中在SBR反應器中。
(2)酸化—SBR法處理啤酒廢水受進(jìn)水堿度和反應溫度的影響,最佳溫度是24℃,最佳堿度范圍是500~750mg/L。視原水水質(zhì)情況,如堿度不足,采取預調堿度方法進(jìn)行本工藝處理;若溫度差別不大,運行參數可不做調整,若溫度差別較大,視具體情況而定。
(二)、UASB—好氧接觸氧化工藝處理啤酒廢水:此處理工藝中主要處理設備是上流式厭氧污泥床和好氧接觸氧化池,處理主要過(guò)程為:廢水經(jīng)過(guò)轉鼓過(guò)濾機,轉鼓過(guò)濾機對SS的 去除率達10%以上,隨著(zhù)麥殼類(lèi)有機物的去除,廢水中的有機物濃度也有所降低。調節池既有調節水質(zhì)、水量的作用,還由于廢水在池中的停留時(shí)間較長(cháng)而有沉淀和厭氧發(fā)酵作用。由于增加了厭氧處理單元,該工藝的處理效果非常好。上流式厭氧污泥床能耗低、運行穩定、出水水質(zhì)好,有效地降低了好氧生化單元的處理負荷和運行能耗(因為好氧處理單元的能耗直接和處理負荷成正比)。好氧處理(包括好氧生物接觸氧化池和斜板沉淀池)對廢水中SS和COD均有較高的去除率,這是因為廢水經(jīng)過(guò)厭氧處理后仍含有許多易生物降解的有機物。
該工藝處理效果好、操作簡(jiǎn)單、穩定性高。上流式厭氧污泥床和好氧接觸氧化池相串聯(lián)的啤酒廢水處理工藝具有處理效率高、運行穩定 、能耗低、容易調試和易于每年的重新啟動(dòng)等特點(diǎn)。只要投加占厭氧池體積1/3的厭氧污泥菌種,就能夠保證污泥菌種的平穩增長(cháng),經(jīng)過(guò)3個(gè)月的調試UASB即可達到滿(mǎn)負荷運行。整個(gè)工藝對COD的去除率達96.6%,對懸浮物的去除率達97.3%~98%,該工藝非常適合在啤酒廢水處理中推廣應用。
(三)、新型接觸氧化法處理啤酒廢水:此方法處理過(guò)程為:廢水首先通過(guò)微濾機去除大部分懸浮物,出水進(jìn)入調節池,然后中提升泵打入VTBR反應器中進(jìn)行生化處理,通過(guò)風(fēng)機強制供風(fēng)使廢水與填料接觸,維持生化反應的需氧量,VTBR反應器出水進(jìn)入沉淀器,去除一部分脫落的生物膜以減輕氣浮設備的處理負荷,之后流人氣浮設備去除剩余的生物膜,污泥及浮渣送往污泥池濃縮后脫水。
該處理工藝有以下主要特點(diǎn):①VTBR反應器由廢舊酒精罐改造而成,節省了投資。與鋼筋混凝土結構相比,具有一次性投資低,運行穩定,處理效果好等特點(diǎn)。
②冬季運行時(shí),在VTBR反應器外部加了一層保溫材料,使罐中始終保持較高的溫度,提高了生物的活性。
③因 VTBR反應器高達10m左右,水深大,所選用風(fēng)機為高壓風(fēng)機,風(fēng)壓為98kPa,N=75kw,耗電量大。
(四)、生物接觸氧化法處理啤酒廢水:該工藝采用水解酸化作為生物接觸氧化的預處理,水解酸化菌通過(guò)新陳代謝將水中的固體物質(zhì)水解為溶解性物質(zhì),將大分子有機物降解為小分子有機物。水解酸化不僅能去除部分有機污染物,而且提高了廢水的可生化性,有益于后續的好氧生物接觸氧化處理。
該工藝在處理方法、工藝組合及參數選擇上是比較合理的,充分利用各工序的優(yōu)勢將污染物質(zhì)轉化、去除。然而,如果由于某些構筑物的構造設計考慮不周會(huì )影響運行效果,致使出水水質(zhì)不理想,使生物接觸氧化池的出水(靜沉30 min的澄清液)COD為500~600 mg/L,經(jīng)混凝氣浮處理后出水COD仍高達300 mg/L,遠高于排放要求(150 mg/L)。
但是此處理方法在設計和運行中會(huì )出現以下問(wèn)題:
(1)水解酸化池存在的問(wèn)題主要是沉淀污泥不能及時(shí)排除。由于該廢水中懸浮物濃度較高,因而池內污泥產(chǎn)量很大,而原工藝僅在水解酸化池前端設計了污泥斗,所以池子的后部很快就淤滿(mǎn)了污泥。另外,隨著(zhù)微生物量的增加在軟性生物填料的中間部位形成了污泥團,使得傳質(zhì)面積減小。針對污泥淤積情況,在水解酸化池前可增設一級混凝氣浮以去除水中的懸浮物,經(jīng)此改進(jìn)后水解酸化池能長(cháng)期、穩定、有效地運行,其出水COD也從1100~1200 mg/L降至900 ~1000mg/L,收到了較好的效果。不過(guò),增設混凝氣浮增加了運行費用,而且氣浮過(guò)程中溶入的O2還可能對水解酸化產(chǎn)生不利影響。因此,在設計采用水解酸化處理懸浮物濃度高的污水時(shí),可增設污泥斗的數量以便及時(shí)排除沉淀污泥。此外,為防止填料表面形成污泥團應采用比表面積大、不結泥團的半軟性填料。
(2)如果廢水中污染物濃度較高或前處理效果不理想,生物接觸氧化池前端的有機物負荷較高,使得供氧相對不足,此時(shí)該處的生物膜呈灰白色,處于嚴重的缺氧狀態(tài),而池末端成熟的好氧生物膜呈琥珀黃色。同時(shí),水中的生物活性抑制性物質(zhì)濃度也較高,對微生物也有一定的抑制作用。這些因素使得生物接觸氧化池沒(méi)有發(fā)揮出應有的作用,處理效果不理想。鑒于此,可一采取階段曝氣措施即多點(diǎn)進(jìn)水,污水沿池長(cháng)多點(diǎn)流入生物接觸氧化池以均分負荷,消除前端缺氧及抑制性物質(zhì)濃度較高的不利影響。改為多點(diǎn)進(jìn)水并經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的穩定運行后,生物接觸氧化池的出水(30 min的澄清液)COD為200~300 mg/L。再經(jīng)混凝氣浮工序處理后最終出水COD<150 mg/L(一般在130 mg/L),達到了排放要求。
(3)在調試運行過(guò)程中,生物接觸氧化池中生物膜脫落、氣泡直徑變大(曝氣方式為微孔曝氣)、出水渾濁、處理效果惡化的現象時(shí)有發(fā)生。經(jīng)研究、分析、驗證發(fā)現這是由于負荷波動(dòng)或操作不當造成溶解氧不足而引起的。溶解氧不足使得生物膜由好氧狀態(tài)轉變?yōu)閰捬鯛顟B(tài),其附著(zhù)力下降,在空氣氣泡的攪動(dòng)下生物膜大量脫落,導致水粘度增加、氣泡直徑增大、氧轉移效率下降,這又進(jìn)一步造成缺氧,如此形成惡性循環(huán)致使處理效果惡化。
(4)在調試運行初期,發(fā)生這種現象時(shí)一般是增大供氣量以提高供氧能力來(lái)消除缺氧,結果由于氣泡攪動(dòng)強度增大,造成了更大范圍的生物膜脫落、水粘度更大、氧轉移效率更低,非但沒(méi) 能提高供氧能力反而使情況更糟。正確的處理措施應是減小曝氣量,待脫落的生物膜隨水流 流出后再逐漸增加曝氣量使溶解氧濃度恢復到原有水平,若水溫適宜則2~3 d后生物膜就可恢復正常。
因此當采用此工藝處理啤酒廢水時(shí)要遵循下列要求:①采用水解酸化作為預處理工序時(shí)應考慮懸浮物去除措施。②采用推流式生物接觸氧化池時(shí),為避免前端有機物負荷過(guò)高可采用多點(diǎn)進(jìn)水。③應嚴格控制溶解氧濃度,供氧不足會(huì )造成生物膜大范圍脫落,導致運行失敗。
(五)、內循環(huán)UASB反應器+氧化溝工藝處理啤酒廢水:此工藝采用厭氧和好氧相串聯(lián)的方式,厭氧采用內循環(huán)UASB技術(shù),好氧處理用地有一處狹長(cháng)形池塘,為了降低土建費用,因地制宜,采用氧化溝工藝。本處理工藝的關(guān)鍵設備是UASB反應器。該反應器是利用厭氧微生物降解廢水中的有機物,其主體分為配水系統,反應區,氣、液、固三相分離系統,沼氣收集系統四個(gè)部分。厭氧微生物對水質(zhì)的要求不象好氧微生物那么寬,最佳pH為6.5-7.8,最佳溫度為35℃-40℃[2],而本工程的啤酒廢水水質(zhì)超出了這個(gè)范圍。這就要求廢水進(jìn)入UASB反應器之前必需進(jìn)行酸度和溫度的調節。這無(wú)形中增加了電器。儀表專(zhuān)業(yè)的設備投資和設計難度。
內循環(huán)UASB技術(shù)是在普通UASB技術(shù)的基礎上增加一套內循環(huán)系統,它包括回流水池及回流水泵。UASB反應器的出水水質(zhì)一般都比較穩定,在回流系統的作用下重新回到配水系統。這樣一來(lái)能提高UASB反應器對進(jìn)水水溫、pH值和COD濃度的適應能力,只需在UASB反應器進(jìn)水前對其pH和溫度做一粗調即可。
UASB反應器采用環(huán)狀穿孔管配水,通過(guò)三相分離器出水,并在三相分離器的上方增加側向流絮凝反應沉淀器,它由玻璃鋼板成60°安裝而成,能在最大程度上截留三相分離出水中的顆粒污泥。
此處理工藝主要有以下特點(diǎn):①實(shí)踐證明,采用內循環(huán)UASB反應器+氧化溝工藝處理啤酒廢水是可行的,其運行結果表明CODCr總去除率高達95%以上。②由于采用的是內循環(huán)UASB反應器和氧化溝工藝串聯(lián)組合的方式,可根據啤酒生產(chǎn)的季節性、水質(zhì)和水量的情況調整UASB反應器或氧化溝處理運行組合,以便進(jìn)一步降低運行費用。
(六)、UASB+SBR法處理啤酒廢水:本處理工藝主要包括UASB反應器和SBR反應器。將UASB和SBR兩種處理單元進(jìn)行組合,所形成的處理工藝突出了各自處理單元的優(yōu)點(diǎn),使處理流程簡(jiǎn)潔,節省了運行費用,而把UASB作為整個(gè)廢水達標排放的一個(gè)預處理單元,在降低廢水濃度的同時(shí),可回收所產(chǎn)沼氣作為能源利用。同時(shí),由于大幅度減少了進(jìn)入好氧處理階段的有機物量,因此降低了好氧處理階段的曝氣能耗和剩余污泥產(chǎn)量,從而使整個(gè)廢水處理過(guò)程的費用大幅度減少。采用該工藝既降低處理成本,又能產(chǎn)生經(jīng)濟效益。并且UASB池正常運行后,每天產(chǎn)生大量的沼氣,將其回收作為熱風(fēng)爐的燃料,可供飼料烘干使用。UASB去除COD達7 500 kg/d,以沼氣產(chǎn)率為0.5m3/kgCOD計算,UASB產(chǎn)氣量為3 500m3/d(甲烷含量為55%~65%)。沼氣的熱值約為22 680kJ/m3,煤的熱值為21 000 kJ/t計算,則1m3沼氣的熱值相當于1 kg原煤,這樣可節煤約4 t/d左右,年收益約為39.6萬(wàn)元。
UASB+SBR法處理工藝與水解酸化+SBR處理工藝相比有以下優(yōu)點(diǎn):①節約廢水處理費用。UASB取代原水解酸化池作為整個(gè)廢水達標排放的一個(gè)預處理單元,削減了全部進(jìn)水COD的75%,從而降低后續SBR池的處理負荷,使SBR池在廢水處理量增加的情況下,運行周期同樣為12 h,廢水也能達標排放。也就是說(shuō),耗電量并沒(méi)有隨廢水處理量的增加而增加。同原工藝相比較,每天實(shí)際節約1 500~2 500 m3廢水的處理費用,節約能耗約21.4 萬(wàn)元/a。②節約污泥處理費用。廢水經(jīng)過(guò)UASB處理后,75%的有機物被去除,使SBR處理負荷大大降低,產(chǎn)泥量相應減少。水解酸化+SBR處理工藝工藝計算,產(chǎn)泥量達17 t/d(產(chǎn)泥率為0.3 kg污泥/kgCOD,污泥含水率為80%),UASB+SBR法處理工藝產(chǎn)泥量只有5 t/d(含水率為80%)左右,只有水解酸化+SBR處理工藝的1/3,污泥處理費用大大減少,節約污泥處理費用約為20元/a。
三、結論:
啤酒廠(chǎng)工業(yè)廢水處理的工藝選擇,必須因地制宜,謹防生搬硬套。各種工藝確定時(shí),應充分調查工廠(chǎng)排水水質(zhì)、水量、排水規律和特點(diǎn),必要時(shí)應取樣化驗確認;應考察工廠(chǎng)提供的建設場(chǎng)地地形條件和面積大??;考察工廠(chǎng)所能承受的一次性投資及運行成本情況;考察工廠(chǎng)的管理水平和工人素質(zhì)條件以及確定廠(chǎng)外排水條件及水電增容條件等進(jìn)行適合本地區建設污水場(chǎng)并能長(cháng)期達標運行的方案比選。比選中簡(jiǎn)單適用、運行可靠、達標穩定、節約能耗、投資經(jīng)濟是最重要的工藝原則。