【正文】 設(shè)計(jì)總說明 本設(shè)計(jì)為某啤酒廠啤酒廢水處理工藝設(shè)計(jì)。啤酒廢水水質(zhì)的主要特點(diǎn)是含有大量的有機(jī)物，屬高濃度有機(jī)廢水，故其生化需氧量也較大。該啤酒廢水處理廠的處理水量為5000 m3/d。原污水中各項(xiàng)指標(biāo)為： BOD 濃度為 1200 mg/L,COD 濃度為 2020 mg/L， SS濃度為 700 mg/L。因該廢水 BOD 值和 COD 值較大 ,不經(jīng)處理會(huì)對(duì)環(huán)境造成巨大污染，故要求處理后的排放水要嚴(yán)格達(dá)到國家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn) ,即： BOD≤20 mg/ L， COD≤100 mg/ L， SS≤70 mg/ L。 經(jīng)分析知該處理水質(zhì)屬易生物 降解又無明顯毒性的廢水，可采用兩級(jí)生物處理以使出水達(dá)標(biāo)。一級(jí)處理主要采用物理法，用來去除污水中的懸浮物質(zhì)和無機(jī)物。二級(jí)處理主要采用生物法 ,包括厭氧生物處理法中的 UASB 法和好氧生物處理法中的 SBR 法，可有效去除污水中的 BOD、 COD。本設(shè)計(jì)工藝流程為： 啤酒廢水 → 格柵 → 污水提升泵房 → 調(diào)節(jié)沉淀池 → UASB 反應(yīng)器 → 預(yù)曝氣沉淀池 → SBR 池 → 處理水（污泥） 整個(gè)工藝具有總投資少，處理效果好，工藝簡單，占地面積省，運(yùn)行穩(wěn)定，能耗少的優(yōu)點(diǎn) 。 關(guān)鍵詞 ： 啤酒廢水處理 ， 高濃度有機(jī)廢水 ， UASB 法 ， SBR 法 General information of design This design is the brewery water treatment of a Beer Company. The main distinguishing feature of the brewery water is that it contains massive anic matters and it belongs to the high concentration anic wastewater, so its biochemical oxygen demand is also high. The water which needs to be treated in the beer wastewater is 5000 dm/3 . The concentrations of BOD, COD and SS are 1200 mg/L, 2020mg/L and 700 mg/L, respectively. For the high value of BOD and COD for the brewery water, it can pollute the environment if it is discharged without disposal. So it is required to be strictly meet the secondary discharge standard of National Wastewater Discharge Standards which requests BOD≤20 mg/ L, COD≤100 mg/ L, SS≤70 mg/ L. After the analysis, the brewery water can biodegrade easily and has no obvious toxicity, so we use two levels of biological treatment to treat the drained water meet the designated standard. The first level of processing mainly uses the physical methods, which remove the suspended matter and the inanic substance in the wastewater. The second level of processing is the biological methods, contains UASB (Up flow anaerobic sluge blanket) of anaerobic oxygen biology methods and SBR (Sequencing Batch Reactor) of demand oxygen biology methods, which could reduce BOD and COD in the waste water. The technological process of this design is: Beer wastewater → Screens →Swage lift pump house → Regulates sendimatation tank → Tank of UASB →pre aeration sedimentation tank → Tank of SBR →Treatment water (sludge) . The technology has many advantages such as low investment, high efficiency, simple process, less occupied area, steady running and energy saving. Keyword: Brewery Water， High Concentration of Organic Wastewater， UASB Process，SBR Process 1 前言 啤酒是當(dāng)今風(fēng) 靡世界最流行的飲料之一，我國啤酒廠的噸酒耗水量較大，一般為 8 t～ 12 t，部分廠家可達(dá) 10 t～ 20 t，每生產(chǎn) 1 t 啤酒將產(chǎn)生廢液 4 mL，而西方先進(jìn)國家每產(chǎn) 1 t 啤酒廢水排放量約 4 mL，廢水排放接近于耗水量的 90％。啤酒以大麥芽為主要原料，加酒花，經(jīng)酵母發(fā)酵釀制啤酒，年產(chǎn)量 15 萬 t。其生產(chǎn)工藝流程見圖 。 圖 啤酒生產(chǎn)工藝流程 啤酒廢水來自于啤酒生產(chǎn)各工序中的排放，主要污染物成分是糖類、醇類、氨基酸、果膠、啤酒花、維生素、蛋 白等有機(jī)物及鉀、鈣、鎂的硅酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽等無機(jī)物。啤酒廢水具有有機(jī)物濃度 高 ，具有水量大、懸浮物及有機(jī)物含量高、 COD 波動(dòng)大、BOD/COD 高等特點(diǎn)，其中 BOD/COD 值較高，屬于中等濃度有機(jī)廢水，直接排入水體，在自然降解的過程中使水中的微生物大量繁殖，從而消耗了自然水體中的溶解氧，造成水體缺氧，導(dǎo)致水質(zhì)發(fā)黑變臭，嚴(yán)重影響漁業(yè)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)及飲用水源，破壞人類的生存環(huán)境。另外，上述成分多來自啤酒生產(chǎn)原料，棄之不用不僅造成資源的巨大浪費(fèi)，也降低了啤酒生產(chǎn)的原料利用率。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(hù)的一項(xiàng)重要研究內(nèi)容。 麥芽 糖化 過濾 麥汁煮沸 沉淀槽 大米 糊化 生產(chǎn)廢水 發(fā)酵 過濾 清酒 洗瓶罐裝 殺菌 外運(yùn) 麥汁冷卻 處理工藝 由于啤酒廢水的可生化性良好，國內(nèi)處理啤酒廢水多采用生化法。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(fù)荷，再用好氧生物處理。目前國內(nèi)的啤酒廠工業(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(tǒng)。隨著改革開放的發(fā)展， 90 年代初完整的厭氧技術(shù)也在國內(nèi)啤酒、飲料行業(yè)得到應(yīng)用。這里所說完整的意義在于除厭氧生化技術(shù)外，沼氣通過自動(dòng)化系統(tǒng)得到燃燒，這是厭氧系統(tǒng)安全運(yùn)行和不產(chǎn)生二次污染的重要保證，這也是國內(nèi)外開發(fā)厭氧技術(shù) 和設(shè)備應(yīng)充分引起重視的問題。厭氧技術(shù)的引進(jìn)與應(yīng)用能耗節(jié)約 70%以上。 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(jī)物，其產(chǎn)物是二氧化碳、水及能量 (釋放于水中 )?；钚晕勰喾ā⑸锬しā⑸罹貧夥ㄊ禽^有代表性的好氧生物處理方法。 活性污泥法 活性污泥法是中、低濃度有機(jī)廢水處理中使用最多、運(yùn)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(jī)物，而污泥和水的分離則由沉淀池來完成。我國的珠江啤酒廠、煙臺(tái)啤酒廠、上海益民啤酒廠、武漢西湖啤酒廠、廣州啤酒廠和長春啤酒廠等廠家均采用此法。據(jù)報(bào)道，進(jìn)水 CODCr為 1200 mg/L～ 1500 mg/L 時(shí)，出水 CODCr 可降至 50 mg/L～ 100 mg/L，去除率為 92％～96％?；钚晕勰喾ㄌ幚砥【茝U水的缺點(diǎn)是動(dòng)力消耗大，處理中常出現(xiàn)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高，而 N、 P、 Fe 等營養(yǎng)物質(zhì)缺乏，各營養(yǎng)成分比例失調(diào)，導(dǎo)致微生物不能正常生長而死亡。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(jì)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)通過間歇曝氣可以使動(dòng)力耗費(fèi)顯著降低，同時(shí)，廢水處理時(shí)間也短于普通活性污泥法。例如，珠江啤酒廠引進(jìn)比利時(shí) SBR 專利技術(shù)廢水處理時(shí)間僅需 19～ 20h，比普通活性污泥法縮短 10～ 1l h， CODCr 的去除率也在 96％以 上 [1]。揚(yáng)州啤酒廠和三明市大田啤酒廠采用 SBR 技術(shù)處理啤酒廢水，也收到了同樣的效果。劉永淞等認(rèn)為 [1]， SBR 法對(duì)廢水的稀釋程度低，反應(yīng)基質(zhì)濃度高，吸附和反應(yīng) 速率都較大，因而能在較短時(shí)間內(nèi)使污泥獲得再生。 深井曝氣法 為了提高曝氣過程中氧的利用率，節(jié)省能耗，加拿大安大略省的巴利啤酒廠 [2]，我國的上海啤酒廠和北京五星啤酒廠均采用深井曝氣法 (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，曝氣池由下降管及上升管組成。將廢水和污泥引入下降管，在井內(nèi)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(duì)氧的利用率大，無惡臭產(chǎn)生 等。據(jù)測定，當(dāng)進(jìn)水 BOD濃度為 2400 mg/L 時(shí)，出水濃度可降為 50 mg/L，去除率高達(dá) ％。當(dāng)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)不過關(guān)等。 生物膜法 生物膜法是在處理池內(nèi)加入軟性填料，利用同著生長于填料表面的微生物對(duì)廢水進(jìn)行處理，不會(huì)出現(xiàn)污泥膨脹的問題。生物接觸氧化池和生物轉(zhuǎn)盤是這類方法的代表，在啤酒廢水治理中均被采用，主要是降低啤酒廢水中的 BOD。生物接觸氧化池是在微生物固著生長的同時(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(jī)負(fù) 荷，因此處理效率高，占地面積也小于活性污泥法。國內(nèi)的淄博啤酒廠、青島啤酒廠、渤海啤酒廠和徐州釀酒總廠等廠家的廢水治理中采用了這種技術(shù) [3]。青島啤酒廠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 BOD 的去除率分別在80％和 90％以上 [4]。在此基礎(chǔ)上，山東省環(huán)科所改常壓曝氣為加壓曝氣 (～ 0． 30MPa)，目的在于強(qiáng)化氧的傳質(zhì)，有效提高廢水中的溶解氧濃度，以滿足中、高濃度廢水中微生物和有機(jī)物氧化分解的需要。結(jié)果表明，當(dāng)容積負(fù)荷 ≤ kgm3, 停留時(shí)間為 3～ 4 h時(shí)， COD 和 BOD 平均去除率分別達(dá)到 ％和 ％。由于停留時(shí)間縮短為原來的 h～ h，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用也較低。生物轉(zhuǎn)盤是較早用以處理啤酒廢水的方法。它主要由盤片、氧化槽、轉(zhuǎn)動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)裝置等部分組成，依靠盤片的轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)廢水與盤上生物膜的接觸和充氧。該法運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，動(dòng)力消耗少，但低溫對(duì)運(yùn)行影響大，在處理高濃度廢水 時(shí)需增加轉(zhuǎn)盤組數(shù)。該方法在美國應(yīng)用較為普及，國內(nèi)的杭州啤酒廠、上海華光啤酒廠和浙江慈溪啤酒廠也在使用。 厭氧生物處理 厭氧生物處理適用于高濃度有機(jī)廢水 (CODCr 200 mg/L， BOD 1000 mg/L)。它是在無氧條件下靠厭氣細(xì)菌的作用分解有機(jī)物。在這一過程中，參加生物降解的有機(jī)基質(zhì)有50％～ 90％轉(zhuǎn)化為沼氣 (甲烷 )，而發(fā)酵后的剩余物 質(zhì) 可作為優(yōu)質(zhì)肥料和飼料 [5]。因此，啤酒廢水的厭氧生物處理受到社會(huì)越來越多的關(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最為成熟 [6]。 UASB 的主要組成部分是反應(yīng)器 [7]，其底部為絮凝和沉淀性能良好的厭氧污泥構(gòu)成的污泥床，上部設(shè)置了一個(gè)專用的氣 液 固分離系統(tǒng) (三相分離室 )[8]。廢水從反應(yīng) 器底部加入，在向上流動(dòng)穿過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 )、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(yīng)器底部，水則經(jīng)出流堰排出。實(shí)踐證明 [9]， UASB 成功處理高濃度啤酒廢水的關(guān)鍵是培養(yǎng)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(xì)菌群不斷繁殖、積累的結(jié)果，較多的污泥負(fù)荷有利于細(xì)菌獲得充足的營養(yǎng)基質(zhì)，故對(duì)顆粒污泥的形成和發(fā)展具有決定性的促進(jìn)作用 [10]。適當(dāng)高的水力負(fù)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(zhuǎn)，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?yàn)閰捬跎锏纳L要求適當(dāng)高的堿