啤酒废水治理
摘要：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；以及来自办公楼、食堂、单身宿舍和浴室的生活污水。
一、啤酒厂废水主要来源有：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；以及来自办公楼、食堂、单身宿舍和浴室的生活污水。
二、啤酒生产废水的特点
啤酒生产过程用水量很大，特别是酿造、罐装工序过程，由于大量使用新鲜水，相应产生大量废水。由于啤酒的生产工序较多，不同啤酒厂生产过程中吨酒耗水量和水质相差较大。管理和技术水平较高的啤酒厂吨酒耗水量为8—12t，我国啤酒厂的吨酒耗水量一般大于该数值。国内每吨啤酒从糖化到灌装总耗水10～20m2。啤酒工业废水可分为以下几类：
(1)清洁废水冷冻机、麦汁和发酵冷却水等。这类废水基本上未受污染。
(2)清洗废水如大麦浸渍废水、大麦发芽降温喷雾水、清洗生产装置废水、漂洗酵母水、洗瓶机初期洗涤水、酒罐消毒废液、巴斯德杀菌喷淋水和地面冲洗水等。这类废水受到不同程度的有机污染。(冲渣废水如麦糟液、冷热凝固物、酒花糟、剩余酵母、酒泥、滤酒渣和残碱性洗涤液等。这类废水中含有大量的悬浮性固体有机物。工段中将产生麦汁冷却水、装置洗涤水、麦糟、热凝固物和酒花糟。装置洗涤水主要是糖化锅洗涤水、过滤槽和沉淀槽洗涤水。
此外，糖化过程还要排出酒花糟、热凝固物等大量悬浮固体。
(3)装酒废水在灌装酒时，机器的跑冒滴漏时有发生，还经常出现冒酒。废水中掺人大量残酒。另外喷淋时由于用热水喷淋，啤酒升温引起瓶内压力上升，“炸瓶”现象时有发生，因此大量啤酒洒散在喷淋水中。循环使用喷淋水为防止生物污染而加人防腐剂，因此被更换下来的废喷淋水含防腐剂成分。
(4)洗瓶废水清洗瓶子时先用碱性洗涤剂浸泡，然后用压力水初洗和终洗。瓶子清洗水中含有残余碱性洗涤剂、纸浆、染料、浆糊、残酒和泥砂等。碱性洗涤剂定期更换，更换时若直接排人下水道可使啤酒废水呈碱性。因此废碱性洗涤剂应先进入调节、沉淀装置进行单独处理。所以可以考虑将洗瓶废水的排出液经处理后储存起来，用来调节废水的pH值(啤酒废水平时呈弱酸性)，这可以节省污水处理的药剂用量。
三、啤酒厂清洁生产
（一）麦汁一段冷却与节能
啤酒糖化生产的麦汁，经煮沸、沉淀分离热凝固物后，麦汁温度在96～98℃，需经热交换冷却至工艺要求7～8℃的温度。传统啤酒生产工艺即采用两段冷却：前一段采用自来水冷却，将麦汁从98℃冷却至35～40℃；后一段采用冷冻水溶液冷却，把麦汁冷却至7～8℃。
麦汁两段冷却存在下列问题。①冷冻机负荷重、电耗高的问题。啤酒厂用电量50%消耗在冷冻车间，而麦汁冷却又占其中的一半以上。麦汁经第一段水冷后在35—40℃，再由第二段(冷冻机)冷却，造成冷冻机负荷过重。②第一段热交换的冷水，吸热后出口水温偏低(55～60C)，集中在热水罐内还要通人蒸汽加热至78～80℃，方能供洗槽使用。热麦汁的热能没有充分回收，还要支付热能，很不合理。③水耗量大。第一段冷却面积小，需用麦汁量2～2.5倍的水进行冷却，而糖化用水只需麦汁量的1.2倍即可，多余的水排人地沟，造成水资源浪费。④用酒精水溶液作载冷剂，酒精消耗大。5万t/a啤酒厂，年耗酒精40—50t。
麦汁一段冷却技术，国际上出现于20世纪80年代中期，技术已趋于成熟。麦汁一般冷
却塔节能流程如图1—1-4所示。其原理如下。①工艺要求热麦汁冷却至7～8C，只要有足够量的低于上述温度的冷却介质，就能通过工程实现这一过程。按热传递机理，参与热交换的两种介质，只要它们之间存在一定的温度差，就能进行热传递，无须用—8C酒精水溶液与热麦汁交换。当然，温度太小，要求传热面积很大，不经济。经实验，冰水温度控制在3～4C为宜。此状态即与水的冰点有了一段距离，投资也较经济。②冷冻机的制冷工作对象不是冷却麦汁，而是冷却当地的自来水。采用两段冷却工艺，冷冻机要负担将40C热麦汁冷却至8C的能量；采用一段冷却工艺，冷冻机仅负担将当地自来水从20℃左右冷却至41E的能量。
两段冷却工艺与一段冷却工艺相比，一段冷却工艺可节能40%。一般冷却工艺用水作载冷剂，可以大幅度降低全广酒精的耗用量；薄板换热器得到合理设计，冷却水用量降低；经热交换后的水温提高，煤(汽)耗降低。
新建、扩建啤酒厂还可采用低层糖化楼设计；高浓度发酵后稀释工艺，改糖化麦糟加水稀释后泵送或自流出糟为“干出糟”，大力推广酶法液化等，从而大力提高原材料利用率、能源利用率，减少污染物排放量。
（二）节水和减污措施
啤酒行业的废水主要来自冲洗水、洗涤水。据调查，各生产企业耗水量相差较大，每生产h啤酒耗水量可从10t到50t多。为减少啤酒生产排放废水可从三个方面着手：一是降低生产用水，直接降低排放量；二是降低废水排放负荷，特别是要做到清污分流，减轻处理负荷，有效地控制洗糟水，回收利用冷热凝固物和酵母、麦糟，加强管理，降低酒损等均可降低污染负荷；三是合理利用，变废为宝。
当前，我国成品酒实际吨酒耗水量为10~50m3，与国外先进厂吨酒耗水l0rn3比，节水潜力很大，一般啤酒厂现生产h啤酒耗水20~25m3，但要通过落实节水措施，把吨酒耗水降到15m3，达到行业用水标准，除冷却水循环使用外，力所能及的是对浸渍大麦和洗瓶工序实行逆流用水，这三项措施的实施可使吨酒耗水量降到15m3以下。。
1.采用逆流用水浸渍工艺
浸渍工艺是用水量比较大的工序之一，每制h啤酒，消耗的水量约占总用水量的20.0%。从整个浸渍工序而言，集中排放浸麦废水有4次，废水污染物浓度一次比一次低，因此在浸渍过程中可考虑采用逆流浸渍的用水方法，即增添一个蓄水池，贮存浸断3和浸断4排出的浸麦洗麦废水，作为浸渍下一批时浸断1和浸断2的浸麦洗麦用水。浸断3和浸断4的废水在进入蓄水池前，可用过滤装置去除浮麦。为了防止该水在蓄水池内发生腐败现象，可在蓄水池内安装曝气管，必要时鼓人适量空气。采用逆流浸渍工序，每制h啤酒可节约用水1.6～3.0m’。
2.洗瓶机终洗水的再利用
洗瓶机终洗水基本上未受污染，经回收后不用任何处理就可直接用于洗瓶机初洗或冲洗地面。实现洗瓶机终洗水的再利用，可使吨酒耗水量减少2m3。
加强管理减少污染是环境保护的有效方法之一。在啤酒生产过程中，包装工段的废碱性洗涤液和残漏酒液是两个主要污染源，但在管理中稍加注意即可解决。
3.废碱性洗涤液的单独处理
洗瓶工序中使用碱性洗涤液，使用一定时间后需要更换。
废碱性洗涤液中含有大量的游离NaOH、洗涤剂、纸浆、染料和无机杂质。当其集中排放时，废水的pH值在11以上，废水的CODc，值也随之上升，并持续数小时之久，无疑这对生物处理装置中的微生物将是毁灭性的打击，因此废碱性洗涤液不允许直接排人排污沟中，应考虑单独处置。
4.残漏酒液
灌装工序每天外排的污染物主要是来自罐瓶机的酒液漏损和包装线上的碎瓶残剩酒。漏损1L啤酒，可造成约0.13kg的CODc，污染物，或0.09kgBODs污染物，随手扔掉一个碎瓶残酒，就相当于一个人一天的排污量。因此减少啤酒的漏损和把碎瓶残酒收集起来单独处理是减少BODs污染物的关键，收集的散酒设法利用或设法单独处理。
四啤酒废水的处理与利用
（一）好氧处理工艺
啤酒废水处理主要采用好氧处理技术，如活性污泥法、高负荷生物过滤法和接触氧化法等。近年来，SBR和氧化沟处理工艺也得到了很大程度的应用。
1.接触氧化工艺
20世纪80年代初接触氧化法比活性污泥法有一定的优势，所以在啤酒废水的处理上得到了广泛的应用(表1—1—10)。由于啤酒废水进水CODc，浓度高，所以一般采用二级接触氧化工艺。图1—1—5为北京市环科院在北京某啤酒厂的典型两级接触氧化工艺流程图。
(1)日处理废水2000m3/d，高峰流量200m3/h。
(2)水质：CODcr为1000mg/L；BOD5为600mg/L；SS为600mg/L。
(3)出水水质：CODcr≤60mg几；BOD5≤10mg几；SS≤30mg/L。
采用接触氧化工艺代替传统的活性污泥法，可以防止高糖含量废水易引起污泥膨胀的现象，并且不用投配N、P营养。用生物接触氧化法，可以选择的负荷范围是1.0—1.5kSBODs/(1213.d)；用鼓风曝气，每去除lkgBOD5约需空气80m3。
2.SBR工艺.
安徽某啤酒厂采用CASS工艺处理工程实例。该厂处理流量3500m3/d，采用的工艺流程如图1-1-6所示。进水通过机械格栅，能有效地分离3mm以上的固体颗粒。然后进入调节池，由于采用好氧处理不需添加任何化学药剂。CASS法反应池的容积一般包括选择区、预反应区和主反应区。水由污水提升泵直接提升到CASS的选择区与回流污泥混合，选择区不曝气相当于活性污泥工艺中的厌氧选择器。在该区内回流污泥中的微生物菌胶团大量吸附废水中的有机物，能迅速降低废水中有机物浓度，并防止污泥膨胀。预反应区采用限制曝气，控制溶解氧在0.5mg/L，使反硝化过程得以进行。主反应区的作用是完成有机物的降解或氨氮的硝化。选择区、预反应区和主反应区的体积比为1：5：20，反应池污泥回流比一般为30%-50%。工艺曝气方式采用鼓风曝气，曝气器选用可变微孔曝气器。
工艺中的撇水装置采用旋转式滗水器。该装置主要由浮箱、堰口、支撑架、集水支管、集水总管(出水管)、轴承、电动推杆、减速机、电机等部件组成。滗水器和整个工艺采用可编程序控制器(PLC)来进行控制，主要根据时间、液位、撇水器位置等综合控制各部件运行。主要控制参数有污水流量、曝气量、剩余污泥排放量、曝气时间、沉淀时间、滗水时间等。工艺控制系统预先设置控制程序发出指令，控制部件能够按照设定的程序自动操作，这既省劳动力，又简化操作。污水处理厂的日常管理一般只要1入。污水处理详细的设计参数如下。
(1)设计水量：Q：3500m3/d。
(2)设计进水水质：CODcr为800～1500mg/L；BOD5为400～800mg/L；SS为300～
600mg/L。
(3)设计出水水质按当地污水排放新改扩二级标准：CODc~≤150mg/L；BOD5≤60
mg/L；SS≤200mg/L。
由于该啤酒厂酵母回收装置尚不十分完善，废水排放水质及水量不稳定。实际进水水质CODcr达2000mg/L(超出设计指标)，pH值为6—11。出水水质COD均保持在100mg/L以下，SS、BOD5及其他指标均低于设计排放标准。CASS工艺的好氧污泥负荷为0。4kgBOD5/(kgMLSS·d)(假设MLSS二3g/L)，停留时间(HRT)二16h。根据介绍实际运行负荷为0.675kgBOD5/(kgMLSS，d)，已经达到较高的负荷，但是仍能达到稳定达标排放，这充分体现了SBR工艺的优势。技术经济指标分析，其总投资455万元，折合吨水投资为1300元；日耗电量2208.1kW·h/m；折合吨水日耗电量为0。63kW·h/m3。
3.氧化沟活性污泥法
(1)类型氧化沟是20世纪50年代由荷兰工程师发明的一种新型活性污泥法，其曝气池呈封闭的沟渠形，污水和活性污泥的混合液在其中不断循环流动，因此被称为“氧化沟”，又称“环行曝气池”。自1954年荷兰建成第一座间歇运行的氧化沟以来，氧化沟在欧洲、北美、南非及澳大利亚得到了迅速的推广应用。如同活性污泥法一样，自从第一座氧化沟问世以来，演变出了许多变形工艺方法和设备。氧化沟根据其构造和运行特征，并根据不同发明者和专利情况可分为以下几种有代表性的类型：①卡鲁塞尔氧化沟；②三沟式氧化沟(或二沟式氧化沟)；③Orbal型氧化沟；④一体化氧化沟。
(2)特点氧化沟污水处理技术已被公认为一种较成功的活性污泥法工艺，与传统的活性污泥系统相比，它在技术、经济等方面具有一系列独特的优点：
①工艺流程简单，构筑物少，运行管理方便；
②处理效果稳定，出水水质好；
③基建费用低，运行费用低；
④污泥产量少，污泥性质稳定；
⑤能承受水量、水质冲击负荷，对高浓度工业废水有很大的稀释能力；
⑥占地面积少于传统活性污泥法处理厂。
4.各种好氧工艺的设计参数
采用各种工艺的设计参数可参见表1—1-11。
（二）水解-好氧处理
1.水解—好氧处理工艺特点
随着厌氧技术的发展，厌氧处理从开始只能处理高浓度的污水发展到可以处理中低浓度的污水，如啤酒、屠宰甚至生活污水。特别是对于低浓度污水，北京市环科院开发了水解—好氧生物处理技术。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。水解反应器对有机物的去除率，特别是对悬浮物的去除率显著高于具有相同停留时间的初沉池。由于水解反应器可使啤酒废水中的大分子难降解有机物被转变为小分子易降解的有机物，出水的可生化性能得到改善，这使得好氧处理单元的停留时间小于传统的工艺。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。事实上水解池是一种以水解产酸菌为主的厌氧上流式污泥床，水解反应工艺是一种预处理工艺，其后面可以采用各种好氧工艺。在各种工程中，分别采用过活性污泥法、接触氧化法、氧化沟和序批法(SBR)。因此，水解—好氧生物处理工艺是具有自己特点的一种新型处理工艺。
2.水解—好氧处理的应用条件
20世纪80年代末，轻工部北京设计规划研究院与北京市环科院一起采用北京市环科院开发的厌氧水解—好氧技术应用于啤酒废水处理(见表1—1—12)。啤酒废水中大量的污染物是溶解性的糖类、乙醇等。这些物质是容易生物降解的，一般并不需要水解酸化。但由于啤酒废水的悬浮性有机物成分较高，而水解池又具有有效地截留去除悬浮性颗粒物质的特点，将其应用于啤酒废水的处理可去除相当一部分的有机物，从实验结果看水解池最高COD去除率可以达到50%，当废水中包含制麦废水(浓度较低)时去除率也在30%～40%。因此，水解和好氧处理相结合，确实要比完全好氧处理经济一些。这也是在20世纪80年代末期和90年代初期，啤酒废水处理采用水解—好氧工艺的原因。水解—好氧工艺的典型工艺流程见图1—1-7。
该工艺主要特点是由于水解池较高的去除率(30%～50%)，所以将完全好氧工艺中二级的接触氧化工艺简化为一级接触氧化，并且能耗大幅度降低，从实际运行结果看出水COD浓度也有所改善。
3.水解—好氧处理的设计参数
由于采用水解处理啤酒废水出水水质一般不能满足排放标准，后处理工艺可以采用不同的好氧处理工艺，例如活性污泥法、接触氧化和SBR工艺等。有关的设计参数如下。
(1)水解池的设计参数
①以细格栅和沉砂池作为预处理设备；
②平均水力停留时间：HRT二2.5—3.0h；
③最大上升流速(Vma)()二2.5m/h(持续时间不小于3.0h)；
④反应器深度：H二4.0～6.Om；
⑤布水管密度：1～2m2厅L；
⑥出水三角堰负荷：1.5～3.0L/(s·m)；
⑦污泥床的高度在水面之下1.0～1.5m；
⑧污泥排放口在污泥层的中上部，即在水面下2.0～2.5m；
⑨在污泥龄大于15天时，污泥水解率为所去除SS的25%一50%。设计污泥系统需按冬季最不利情况考虑。
(2)活性污泥后处理水解的好氧后处理可采用各种处理工艺，其中水解反应将啤酒废水中大分子难降解有机物转变为小分子易降解的有机物，出水的可生化性能得到改善，这使得好氧处理单元的停留时间小于传统的工艺。所以在传统好氧工艺的设计参数上可以取上限值。例如，对于传统活性污泥工艺的池容、曝气量和回流污泥比等均可按传统的活性污泥工艺设计。水解反应器对悬浮物的去除率很高，可去除80%以上的进水悬浮物，并且在水解细菌的作用下，可将悬浮物中的50%水解成溶解性物质。因此，总的污泥产量比传统工艺流程低30%～50%，从有机物降解角度讲，水解池排泥是稳定污泥。所以好氧产生的剩余污泥可以排人水解池消化处理。水解污泥的污泥脱水性能较好，可以直接脱水。这样可以简化工艺流程，实现了污水、污泥一次处理。
（三）厌氧—好氧联合处理技术
1.厌氧处理技术
厌氧处理技术是一种有效去除有机污染物并使其矿化的技术，它将有机化合物转变为甲烷和二氧化碳。厌氧技术发展到今天，其早期的一些缺点已经不存在。具不完全统计，目前(1997年)在全世界范围内共有914座厌氧处理厂，其中有600座以上采用UASB反应器。该系统结构简单，便于放大，运行管理简单是其最大的优点。
2.厌氧(UASB)技术在国内外的应用
近年来由于高效厌氧反应器的发展，厌氧处理工艺已经可以应用于常温低浓度啤酒废水处理。在国外许多啤酒厂采用了厌氧处理工艺，其反应器规模由数百立方米到数千立方米不等。荷兰的PAQUES、美国的BIOTHANE和比利时的BIOTIM公司是世界上三个主要UASB技术的厂家。据不完全统计，仅这三家公司就已建成100余家厌氧处理啤酒废水处理装置。从上面的介绍可以看出，啤酒废水的处理与其他废水处理一样是从好氧处理发展到水解—好氧联合处理，然后进一步发展为厌氧(UASB)—好氧处理。
3.UASB技术在国外的应用
啤酒废水的处理与其他废水处理一样是从好氧处理发展到水解—好氧联合处理，然后进一步发展为厌氧(UASB)—好氧处理。
4.UASB技术在国外的应用
Biotim公司在越南胡志明市的Heineken啤酒厂啤酒废水水质水量如下：
项目最小设计
流量/(m3/d)17005300
COD/(mg/L)13002200
BOD/(rog/L)8301400
去除效果COD去除率93%
甲烷产量/m34300(75%的甲烷)
投资分析
厌氧+(老好氧)
土建费用/LISD250000
管道费用/USD60000
设备安装/USD950000
仅为好氧附加费用
土建费用AJSD600000
设备安装/USD200000
总计/USD2n6nnn
我国清华大学环境工程系从20世纪80年代中期开始利用厌氧UASB反应器处理啤酒废水的研究工作，在北京啤酒厂建成日处理4500m3的UASB反应器。通过厌氧处理可以达到85%一90%以上的去除率。北京啤酒厂废水水质如下：
COD2300mg/L；水温18~320C；
BOD1500mg/L；TN43mg/L；
TSP700mg/L；TPlOmg/L。
碱度450mg/L；
由于啤酒厂地处市区，并且下游有高碑店城市污水处理厂，因此啤酒厂仅仅进行一级厌氧处理，处理后的污水需达到排人城市污水管道的标准(COD<500mg/L)。
UASB反应器总池容为2000m3。由于这是我国第一个啤酒废水厌氧处理设备，为了减少放大的风险和运行管理方便，在设计上将UASB分成8个单元，每个单元的有效容积为250m3。
为了实验的目的，8个单元分别投人不同来源和量的接种污泥。废水在251Z下处理时，反应器负荷7—12kgCODcr/(m3·d)，水力停留时间为5—6h，CODcr去除率75%～93%，出水CODcr<500mg/L
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