啤酒廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展

(四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院　四川　成都　610065)

隨著社會(huì)的發(fā)展，人民生活質(zhì)量的提高，啤酒業(yè)快速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國2014年啤酒總產(chǎn)量為4921.9萬噸，2015年1～9月份啤酒總產(chǎn)量為3886.1萬噸。啤酒廢水不經(jīng)處理直接排放水體，會(huì)對(duì)水體水質(zhì)造成嚴(yán)重的危害。開發(fā)高效、節(jié)能的處理啤酒廢水技術(shù)已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。目前啤酒廢水的處理方法主要有好氧生物處理法、厭氧生物處理法和厭氧-好氧聯(lián)合生物處理法。本文根據(jù)前人的研究成果，綜述目前國內(nèi)用于啤酒廢水的處理工藝，以期為開發(fā)更加合理的處理啤酒廢水技術(shù)提供參考。

一、啤酒廢水的特點(diǎn)

啤酒廢水主要來源于啤酒生產(chǎn)過程中糖化、麥汁、發(fā)酵等的冷卻水，發(fā)酵罐、洗瓶等的洗滌水[1-2]以及啤酒廠的生活污水。我國的啤酒廢水中CODCr的含量在1000～2500mg/L之間，BOD5含量在600～1500mg/L之間，且含有一定量的氮和磷[3]，啤酒廢水中的主要污染物為糖類、醇類、可溶性淀粉、揮發(fā)性脂肪酸、酵母菌、酒糟等，具有COD和SS濃度較高的特點(diǎn)。

二、啤酒廢水處理技術(shù)

啤酒廢水屬于高濃度有機(jī)廢水，目前國內(nèi)外處理啤酒廢水的工藝多數(shù)為生化處理工藝，包括好氧生物處理、厭氧生物處理和厭氧-好氧聯(lián)合生物處理工藝。

(一)好氧生物處理技術(shù)

好氧生物處理工藝比較成熟，該工藝具有運(yùn)行穩(wěn)定、投資少、容易啟動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛被用于啤酒廢水的處理。好氧生物處理工藝中最常用的是活性污泥法及其改進(jìn)形式。

1.活性污泥法

活性污泥法是通過曝氣使曝氣池中的活性污泥呈懸浮狀態(tài)，污泥中的微生物以廢水中的有機(jī)物為營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行分解和新陳代謝，轉(zhuǎn)化為細(xì)胞物質(zhì)，并氧化為最終產(chǎn)物(主要為CO2)。最后活性污泥和凈化后的廢水分離，使廢水得以凈化[4]。江蘇某啤酒廠采用高濃度活性污泥法處理生產(chǎn)廢水，該廠產(chǎn)生的啤酒廢水CODCr為1800～2200mg/L，BOD5為1000～1430mg/L，SS為400～800mg/L，pH為5～13，COD去除率高達(dá)95%[5]。

2.SBR工藝

SBR工藝是一種實(shí)用的間歇式活性污泥法，該工藝工作穩(wěn)定，能夠控制污泥膨脹問題，同時(shí)具有脫氮除磷的功能。大田縣啤酒廠采用SBR工藝處理啤酒廢水，進(jìn)水CODCr為1729.52mg/L,BOD5為587.26mg/L，SS為200.63mg/L，出水CODCr為50.41mg/L,BOD5為23.16mg/L，SS為51.19mg/L[6]。各個(gè)污染指標(biāo)均達(dá)到GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.CASS工藝

CASS是一種循環(huán)式活性污泥法，反應(yīng)池分為三個(gè)區(qū)域，分別為生物選擇區(qū)、預(yù)反應(yīng)區(qū)和主反應(yīng)區(qū)。徐立根[7]介紹了圣泉集團(tuán)啤酒有限公司CASS工藝處理廢水的應(yīng)用，運(yùn)行結(jié)果表明CASS工藝可以去除啤酒廢水中CODCr和BOD5達(dá)96%以上，去除SS近80%。由于該工藝設(shè)有生物選擇區(qū)，不會(huì)出現(xiàn)像傳統(tǒng)活性污泥法的污泥膨脹問題。

(二)厭氧生物處理技術(shù)

厭氧生物處理的基本原理都是利用厭氧水解菌和厭氧產(chǎn)甲烷菌的代謝活動(dòng)，將水中的大分子有機(jī)污染物水解為小分子的醇類和有機(jī)酸，最終轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳[8]。20世紀(jì)70年代Lettinga等首次將顆粒污泥的概念引入反應(yīng)器開發(fā)出UASB反應(yīng)器，之后許多學(xué)者對(duì)該反應(yīng)器進(jìn)行研究，并開發(fā)出了EGSB和IC反應(yīng)器，目前這些厭氧反應(yīng)器已經(jīng)廣泛地被運(yùn)用于啤酒廢水的處理。

1.UASB反應(yīng)器

UASB反應(yīng)器是將廢水由反應(yīng)器底部引入，向上流的廢水經(jīng)過顆粒污泥床發(fā)生厭氧反應(yīng)，產(chǎn)生的甲烷和二氧化碳起到攪動(dòng)作用，最后在三相分離器部分水、氣和泥三相得以分離，使廢水得以凈化同時(shí)可以收集甲烷氣體。劉志杰等[9]研究了UASB反應(yīng)器在北京啤酒廠的應(yīng)用，結(jié)果表明該反應(yīng)器的容積負(fù)荷可達(dá)6～8kgCOD/(m3·d)，在水力停留時(shí)間6～7h時(shí)，COD去除率達(dá)85%左右，出水COD小于500mg/L。可見大部分COD在UASB反應(yīng)器中被處理掉，所以該反應(yīng)器可以作為啤酒廢水處理的預(yù)處理工藝。

2.EGSB反應(yīng)器

UASB在啤酒廢水處理中得到成功應(yīng)用，但不能夠進(jìn)一步提高有機(jī)負(fù)荷。一些學(xué)者對(duì)UASB反應(yīng)器進(jìn)行改進(jìn)，開發(fā)出了第三代厭氧反應(yīng)器EGSB。Jeison等[10]人進(jìn)行了EGSB和UASB反應(yīng)器處理啤酒廢水的對(duì)比試驗(yàn)。在進(jìn)水濃度3000mg/L的條件下，EGSB反應(yīng)器表現(xiàn)出更優(yōu)的處理效果，COD去除率達(dá)85%，比UASB反應(yīng)器高15%。EGSB反應(yīng)器具有有機(jī)負(fù)荷高、上升流速大、傳質(zhì)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

3.IC反應(yīng)器

IC反應(yīng)器實(shí)際上是兩個(gè)UASB反應(yīng)器上下串聯(lián)構(gòu)成的。沈陽華潤雪花啤酒有限公司采用IC反應(yīng)器處理生產(chǎn)廢水，每天平均處理COD為4200mg/L的啤酒廢水400m3，COD去除率穩(wěn)定在80%以上，容積負(fù)荷高達(dá)25～30kgCOD/(m3·d)[11]。

綜上所述，厭氧生物處理技術(shù)具有容積負(fù)荷高、處理容量大、占地面積小、運(yùn)行穩(wěn)定、COD去除率高等優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)在啤酒廢水的生物處理中具有很好的前景，但仍然存在許多地方值得進(jìn)一步研究。

(三)厭氧-好氧聯(lián)合生物處理技術(shù)

好氧生物處理技術(shù)對(duì)有機(jī)物的去除效率較高，但有機(jī)負(fù)荷比較低、污泥產(chǎn)生量較多，且對(duì)水質(zhì)要求比較高。厭氧生物處理技術(shù)具有較高的有機(jī)負(fù)荷，同時(shí)可以產(chǎn)生甲烷氣體，但是對(duì)有機(jī)物的去除率比較低。因此，一些學(xué)者將兩種生物處理技術(shù)結(jié)合起來組合成聯(lián)合生物處理技術(shù)，該技術(shù)結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，是目前啤酒廢水處理技術(shù)的新技術(shù)，已經(jīng)得到學(xué)者的廣泛關(guān)注。

1.UASB-SBR工藝

該聯(lián)合處理工藝以UASB作為預(yù)處理裝置，初步降解啤酒廢水中的有機(jī)質(zhì)，降低后續(xù)SBR好氧生物處理的有機(jī)負(fù)荷。劉華鋒等[12]報(bào)道了陜西某啤酒廠采用UASB-SBR聯(lián)合生物處理技術(shù)處理啤酒廢水的效果，該廠的啤酒廢水CODCr為1500mg/L，BOD5為750mg/L，SS為600mg/L，NH3-N為40mg/L，TP為5mg/L，經(jīng)過UASB厭氧和SBR好氧兩級(jí)處理之后出水水質(zhì)達(dá)到CODCr36mg/L，BOD58.55mg/L，SS 108mg/L，NH3-N 4.8mg/L，TP 0.45mg/L，CODCr和BOD5的去除率均高于98%。

2.UASB-氧化溝工藝

李敬存等[13]報(bào)道了UASB-氧化溝工藝在啤酒廢水處理中的工程應(yīng)用實(shí)例。高濃度的啤酒廢水首先經(jīng)過UASB反應(yīng)器進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)過UASB反應(yīng)器的啤酒廢水在兼性菌和厭氧菌的作用下去除一大部分的有機(jī)污染物，然后在氧化溝的好氧微生物作用下進(jìn)一步降解有機(jī)污染物。啤酒廢水經(jīng)過厭氧-好氧兩段處理廢水中的CODCr由1360mg/L下降至51mg/L，BOD5由810mg/L下降至15.1mg/L，SS由325mg/L下降至60mg/L，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

3.EGSB-接觸氧化工藝

黑龍江華潤啤酒有限公司采用EGSB-接觸氧化工藝處理啤酒廢水，該廢水處理工藝采用EGSB反應(yīng)器作為預(yù)處理設(shè)備，再經(jīng)過接觸氧化法好氧處理，廢水中COD、BOD5、SS、NH3-N和TP的去除率分別達(dá)到98.1%、98.5%、95.4%、82.0%和86.7%[14]。該工藝的運(yùn)行負(fù)荷較高、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，出水水質(zhì)遠(yuǎn)優(yōu)于GB19821-2005《啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的排放標(biāo)準(zhǔn)。

綜上所述，厭氧-好氧聯(lián)合生物處理技術(shù)特別適宜于處理高濃度有機(jī)廢水，該技術(shù)具有厭氧和好氧生物處理的雙重優(yōu)點(diǎn)，出水水質(zhì)穩(wěn)定，COD和BOD5的去除率高達(dá)95%以上，同時(shí)還具有脫氮除磷的功能。因此，厭氧-好氧聯(lián)合生物處理技術(shù)用于啤酒廢水的處理具有廣闊的前景。

三、處理技術(shù)對(duì)比分析

不同的生物處理技術(shù)具有不同的處理優(yōu)勢，三種生物處理技術(shù)對(duì)比分析見表1。

表1　三種生物處理技術(shù)對(duì)比分析

通過對(duì)三種生物處理技術(shù)的對(duì)比分析，可以看出好氧生物處理技術(shù)具有較高的COD去除率，應(yīng)用于啤酒廢水的處理，具有很好的處理能力，而好氧處理技術(shù)的有機(jī)負(fù)荷較低，容易造成處理不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象。厭氧處理技術(shù)具有抗有機(jī)負(fù)荷的能力，同時(shí)還可以產(chǎn)生甲烷氣體，作為新能源重復(fù)利用，但是厭氧生物處理技術(shù)的有機(jī)物去除率較低，對(duì)于高有機(jī)物濃度的啤酒廢水，處理后COD濃度還高達(dá)500mg/L左右，達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。

四、展望

啤酒廢水在今后的處理中要做到既充分利用資源又對(duì)環(huán)境無污染的要求。首先要對(duì)廢水中可利用懸浮物質(zhì)進(jìn)行回收，其次要開展污水的深度處理技術(shù)，使處理后的廢水可以達(dá)到中水回用的標(biāo)準(zhǔn)。目前的厭氧-好氧聯(lián)合生物處理技術(shù)在啤酒廢水處理中表現(xiàn)出非常好的優(yōu)越性，現(xiàn)階段要廣泛推廣，并研發(fā)具有高效去除有機(jī)物又能夠?qū)U水深度處理的新工藝。