【正文】 啤酒廢水設(shè)計(jì)方案1 概述 工程概況 某啤酒廠位于江南某市，該地區(qū)常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)。該廠以大麥為主要原料生產(chǎn)啤酒，年生產(chǎn)規(guī)模為3萬噸啤酒，擁有員工500多名。其生產(chǎn)過程中排放量為生產(chǎn)量的25倍，污水含有高濃度的有機(jī)污染物，是該市的污染大戶。為此，環(huán)保局要求該廠對(duì)其廢水進(jìn)行限期治理，以達(dá)到有關(guān)部門有關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，防止對(duì)附近河道的進(jìn)一步污染，并在較短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)該河道的水質(zhì)，以消除對(duì)廠周邊地區(qū)居民和其他企業(yè)生活和生產(chǎn)的影響。該廠排放的生產(chǎn)廢水(不包括生活污水)的水質(zhì)為：CODCr=8001200mg/L,BOD5=500750mg/L,SS=180250mg/L,PH=68,色度為200倍。該公司按三班制方式生產(chǎn)，每天從生產(chǎn)車間集中排出無規(guī)律排放廢水。該廠擬建廢水處理站，要求廢水經(jīng)處理后達(dá)到《啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB198212005）. 啤酒生產(chǎn)工藝 啤酒生產(chǎn)過程主要分為：制麥、糖化、發(fā)酵、罐裝四個(gè)部分。 在計(jì)算機(jī)及檢測(cè)設(shè)備的配合下，借助監(jiān)控組態(tài)軟件平臺(tái)，可根據(jù)不同需要選擇不同控制方案，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程溫度、壓力等參數(shù)的精確調(diào)節(jié)，確保生產(chǎn)工藝要求。幾十年來的啤酒產(chǎn)業(yè)發(fā)展，是一個(gè)工業(yè)化到自動(dòng)化不斷演變的過程。啤酒產(chǎn)業(yè)的未來也應(yīng)與其它流程行業(yè)相似，逐漸向管控一體化方向過渡，使生產(chǎn)數(shù)據(jù)更好地整合到經(jīng)營(yíng)決策渠道，生產(chǎn)控制模型將愈加趨于合理，智能化程度也將得到進(jìn)一步提高。 廢水來源 由圖中可以看出，廢水主要來源有：麥芽生產(chǎn)過程的洗麥水、浸麥水、發(fā)芽降溫噴霧水、麥槽水、洗滌水、凝固物洗滌水；糖化過程的糖化、過濾洗滌水；發(fā)酵過程的發(fā)酵罐洗滌、過濾洗滌水；罐裝過程洗瓶、滅菌及破瓶啤酒；冷卻水和成品車間洗滌水；以及工廠員工的生活用水等等。 國(guó)內(nèi)啤酒廠廢水水質(zhì)情況 廢水種類廢水來源占總廢水量的/%COD /(mg/l)混合廢水 COD/(mg/l)綜合廢水 COD/(mg/l)高濃度有機(jī)廢水麥糟水、糖化車間的刷鍋水等51020000400004000600010001500發(fā)酵車間的前酵罐、后酵罐洗滌水、洗酵母水等202520003000低濃度有機(jī)廢水制麥車間浸麥水、刷鍋水、沖洗水等2025300400300700罐裝車間的酒桶、酒瓶洗滌水3040500800冷卻水各種冷凝水、冷卻水及殺菌水無有機(jī)污染物100由上表可知：啤酒生產(chǎn)過程用水量很大，特別是釀造、罐裝工序過程，由于大量使用新鮮水，相應(yīng)產(chǎn)生大量廢水。由于啤酒的生產(chǎn)工序較多，不同啤酒廠生產(chǎn)過程中噸酒耗水量和水質(zhì)相差較大，管理和技術(shù)水平較高的啤酒廠噸酒耗水量為812噸。2 水質(zhì)水量和處理要求 原水水質(zhì) 原水中包括生產(chǎn)污水與生活污水，生產(chǎn)污水為其生產(chǎn)能力的25倍，那就是1噸啤酒產(chǎn)生25噸的生產(chǎn)污水。啤酒廠年產(chǎn)量為3萬噸， m3。生活污水按每人每天180升計(jì)算，啤酒廠有員工500人，每天產(chǎn)生活污水：90 m3。因此，綜合排放水量Q為2145 m3，按2200 m3計(jì)算。Q=2200m3/dCODCr:1200mg/LBOD5:750mg/LSS:250mg/LPH:68NH3N： mg/lTN：35 mg/lTP：10 mg/l含少量油類色度: 200 總設(shè)計(jì)規(guī)模 Q=2200 m3/d 處理要求 該污水處理站的排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》、《啤酒工藝污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》等。選擇較嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，廢水處理系統(tǒng)的最終排放執(zhí)行《啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB198212005）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 CODcr≤80mg/lBOD5≤20mg/l SS≤70mg/l PH: 69 NH3N≤15 mg/lTN≤ 20 mg/l T≤1 mg/l TP≤ 3 mg/l 設(shè)計(jì)依據(jù) 《城市污水處理工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》 （2001） 《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB500142006 《啤酒工藝污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 GB198212005 《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》 GB89781996 《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB 500069－2002 國(guó)家現(xiàn)行的建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)法規(guī)、條例 其它有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范 3 工藝流程的選擇 水質(zhì)分析 鑒于啤酒廢水自身的特性，啤酒廢水不能直接排入水體，據(jù)統(tǒng)計(jì)，啤酒廠工業(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(dāng)于14000人生活污水的BOD值，懸浮固體SS值相當(dāng)于8000人生活污水的SS，其污染程度是相當(dāng)嚴(yán)重的，所以要對(duì)啤酒廢水進(jìn)行一定的處理。啤酒廢水主要來自麥芽車間（浸麥廢水），糖化車間（糖化，過濾洗滌廢水），發(fā)酵車間（發(fā)酵罐洗滌，過濾洗滌廢水），灌裝車間（洗瓶，滅菌廢水及瓶子破碎流出的啤酒）以及冷卻水和成品車間洗滌水，辦公樓、食堂、浴室的生活污水等。工業(yè)廢水主要含糖類，醇類等有機(jī)物，有機(jī)物濃度較高，雖然無毒，但易于腐敗，排入水體要消耗大量的溶解氧，對(duì)水體環(huán)境造成嚴(yán)重危害。啤酒廢水的水質(zhì)和水量在不同季節(jié)有一定差別，處于高峰流量時(shí)的啤酒廢水，有機(jī)物含量也處于高峰。國(guó)內(nèi)啤酒廠廢水中：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。 因?yàn)槠【茝U水的BOD/，所有具有良好的生物可降解性能，處理方法主要選擇生物氧化法。在生物氧化過程中，有些微生物如球衣細(xì)菌（俗稱絲狀菌）、酵母菌等雖能適應(yīng)高有機(jī)碳、低N量的環(huán)境，由于球衣細(xì)菌、酵母菌等微生物體系大、密度小菌膠團(tuán)細(xì)菌不能在活性污泥法的處理構(gòu)筑物中正常生長(zhǎng)，這也是早期活性污泥處理啤酒廢水不理想的主要原因之一。因此，早期啤酒廢水在進(jìn)行生物氧化處理時(shí)，通常采用生物膜法，一般可選用生物接觸氧化法。生物接觸氧化法利用池內(nèi)填料聚集球衣細(xì)菌等微生物，使處理取得理想的效果，所以啤酒廠廢水處理站的主要工藝建議采用生物接觸氧化法。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(guó)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)。80年代中前期，多數(shù)處理系統(tǒng)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(shù)采用塔式生物濾池，生物轉(zhuǎn)盤靠自然充氧外，多數(shù)采用機(jī)械曝氣充氧，其電耗高及運(yùn)行費(fèi)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(yùn)行。 隨著人們對(duì)于節(jié)能價(jià)值和意義的認(rèn)識(shí)不斷變化與提高，開發(fā)節(jié)能工藝與產(chǎn)品引起了國(guó)內(nèi)環(huán)保界的重視。1988年開封啤酒廠國(guó)內(nèi)首次將厭氧酸化技術(shù)成功的引用到啤酒廠工業(yè)廢水處理工程中，節(jié)能效果明顯，約節(jié)能30～50%，而且使整個(gè)工藝達(dá)標(biāo)排放更加容易和可靠。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(guó)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(guó)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。以下列舉好氧和厭氧處理方法的各種工藝的處理效果及其優(yōu)缺點(diǎn)： 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）。這類方法沒有考慮到廢水中有機(jī)物的利用問題，因此處理成本較高?；钚晕勰喾ā⑸锬し?、深井曝氣法是較有代表性的好氧生物處理方法。 活性污泥法：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（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(jī)物，而污泥和水的分離則由沉淀池來完成。我國(guó)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(zhǎng)春啤酒廠等廠家均采用此法處理啤酒廢水［1,2］。據(jù)報(bào)道，進(jìn)水CODcr為1200～1500 mg/l時(shí)，出水 CODcr可降至50～100 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，F(xiàn)e等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏，各營(yíng)養(yǎng)成分比例失調(diào)，導(dǎo)致微生物不能正常生長(zhǎng)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19～20 h ,比普通活性污泥法縮短10～11 h，CODcr的去除率也在96%以上［3］。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［4,5］。劉永淞等認(rèn)為［3］，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［6］、我國(guó)的上海啤酒廠和北京五星啤酒廠［2］ 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(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(cè)定［6］，當(dāng)進(jìn)水BOD5濃度為2400 mg/l時(shí)，出水濃度可降為50 mg/l，%。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：與活性污泥法不同，生物膜法是在處理池內(nèi)加入軟性填料，利用固著生長(zhǎng)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BOD5。 生物接觸氧化法：是在微生物固著生長(zhǎng)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(guó)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)［2］。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B OD5的去除率分別在80% 和90%以上［7］。在此基礎(chǔ)上，山東省環(huán)科所改常壓曝氣為加壓曝氣（P=～ MPa），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≤1 ,停留時(shí)間為3～4 h時(shí)，COD和BOD平均去除率分別達(dá)到 %% 。由于停留時(shí)間縮短為原來的1/3～1/4，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用也較低［8］。 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(guó)應(yīng)用較為普及，國(guó)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［7］。據(jù) 報(bào)道，廢水中BOD5的去除率在80%以上［7］。 厭氧生物處理 厭氧生物處理適用于高濃度有機(jī)廢水（CODcr＞2000 mg/l, BOD5＞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)酵后的剩余物又可作為優(yōu)質(zhì)肥料和飼料［9］。因此，啤酒廢水的厭氧生物處理受到了越來越多的關(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應(yīng)用最為成熟。UASB的主要組成部分是反應(yīng)器，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）［10］。廢水從反應(yīng)器底部加入，在上向流、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）.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(yīng)器底部，水則經(jīng)出流堰排出。 實(shí)踐證明，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(yíng)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；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(zhǎng)要求適當(dāng)高的堿度，例如：～。一定的堿度既能維持細(xì)菌生長(zhǎng)所需的pH值，又能保證足夠的平衡緩沖能力［16,17］。由于啤酒廢水的堿度一般為500～800 mg/l(以CaCO3計(jì))［18］，堿度不足，所以需投加工業(yè)碳酸鈉或氧化鈣加以補(bǔ)充。研究表明［4,15］，在 UASB啟動(dòng)階段，保持進(jìn)水堿度不低于1000 mg/l對(duì)于顆粒污泥的培養(yǎng)和反應(yīng)器在高負(fù)荷下的良好運(yùn)行十分必要。應(yīng)該指出，啤酒廢水中的乙醇是一種有效的顆?；龠M(jìn)劑［19］，它為UASB的成功運(yùn)行提供了十分有利的條件。 總之，UASB具有效能高，處理費(fèi)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(dá)500 mg/l左右，需進(jìn)行再處理或與好氧處理串聯(lián)才能達(dá)標(biāo)排放。 由上可知，采用厭氧+好氧的工