【正文】 1 總 論 改革開放后中國啤酒銷量大幅增長，自 1999 年起市場容量超越美國成為全世界最大啤酒市場。 現(xiàn)在中國是世界上最大的啤酒生產國和啤酒消費國。根據(jù)中國釀酒工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計， 2020 啤酒生產總量的全球排名是中國第一，其次的國家是美國、巴西、俄羅斯和德國，中國的啤酒產量約 5000 萬千升，占全球啤酒產量的 25%，消費總量多年來也一直保持在世界第一位， 2020 年中國的啤酒年總銷量約為 5000 萬千升， 2020 年 112 月的產量同比增長 %， 12 月單月的同比上升為 %； 112月份累計產量 5062 萬千升， 同比增長 %，增速要比 2020 年同期上升 個百分點； 12 月單月產量 292 萬千升，同比上升 %，增速比 11 月上升 個百分點，比 2020 年同期上升 個百分點【 1】（ 1）。世界最大的啤酒生產國和啤酒消費市場是中國。 啤酒產業(yè)在中國的迅速發(fā)展也意味著啤酒廢水對環(huán)境的影響日益嚴重， 啤酒工業(yè)排放的廢水量在 2020 年超過 2億噸。 單位產品廢水產生量 達 到 /千升，單位產品 COD 產生量 /千升，單位產品 BOD 產生量 /千升，單位產品廢水排放量 /千升 【 2】 。 啤酒生產流程和啤酒廢水 啤酒生產工藝 大麥和大米是啤酒生產的主要原料，輔助原料啤酒花和鮮酵母。啤酒生產的過程是先將大麥制做成麥芽，將麥芽進行粉碎與糊化過的大米用溫水混合進行糖化，糖化結束之后立即進行過濾，除去麥糟，然后進行冷卻和澄清，澄清的麥汁冷卻至 ~℃，再接種酵母，進行發(fā)酵，發(fā)酵分為主發(fā)酵和后發(fā)酵，主發(fā)酵是將糖化轉化為乙醇（ C2H5OH）和二氧化碳（ CO2）；后發(fā)酵是將主酵嫩酒送至后酵罐，進行長期的低溫貯藏，以完成殘?zhí)堑淖詈蟀l(fā)酵以及澄清啤酒和促進成熟，經過后發(fā)酵的成熟酒， 需經過濾或分離來去除殘余的酵母和蛋白質【 3】（ 2）。過濾后的成品酒，若是作為鮮啤酒出售的話，可直接裝桶來進行銷售，就是我們所知道的的純生啤酒，或者是生啤。若是外運的或出口的啤酒，則必須經過殺菌，用來保證其生物的穩(wěn)定性，殺菌后的啤酒則為熟啤酒。 廢水的來源 啤酒廠廢水主要來源有：麥芽生產過程的洗麥水，浸麥水，發(fā)芽降溫用的噴霧水，麥槽水，凝固物的洗滌水；糖化過程的糖化、過濾用的洗滌水；發(fā)酵過程中用的的發(fā) 酵罐洗滌水、過濾洗滌水；灌裝過程中的洗瓶水、滅菌水及破瓶啤酒；冷卻用水和成品車間所 用的洗滌水；以及來自辦公室、食堂、宿舍和浴室等的生活污水等。 廢水特點 啤酒生產過程用水量很大，特別是釀造、罐裝的工序過程，由于使用大量的清潔水，相應生產大量的污水廢水。由于啤酒生產工序比較多，不同的啤酒廠生產過程中每噸耗水量和水質的相差比較大。一般管理和技術水平比較高的啤酒廠噸酒耗水量為 8— 12 噸，我國啤酒廠的噸酒耗水量一般是達不到該數(shù)值的。國內每噸啤酒從洗麥到灌裝結束總耗水一般 10— 20 噸。 啤酒工業(yè)廢水可分為以下幾類： （ 1）清潔廢水：冷凍機、麥汁和發(fā)酵冷卻水等。此類廢水基本上 未受污染； （ 2）清洗廢水：如大麥浸漬廢水、大麥發(fā)芽降的溫噴霧水、清洗生產裝置的廢水、漂洗酵母產生的廢水、洗瓶機初期的洗滌水、酒罐消毒廢液等。這類廢水受到不同程度的有機污染； （ 3）沖渣廢水：如麥糟液、冷熱凝固物、酒花糟、濾酒渣和殘堿性洗滌液等；這類廢水中含有大量的懸浮性固體有機物；工段中將產生麥汁冷卻水、麥糟、裝置洗滌水、熱凝固物和酒花糟； （ 4）裝酒廢水：在罐裝酒時，機器的跑冒滴漏時有發(fā)生，還經常出現(xiàn)冒酒；廢水中摻雜了大量殘酒，另外噴淋時造成炸瓶現(xiàn)象使大量啤酒灑在噴淋水中； （ 5）洗瓶廢水： 清洗瓶子時先用堿性洗滌劑浸泡，然后用壓力水初洗和終洗；瓶子清洗水中含參與堿性洗滌劑、殘酒和泥砂等；因此廢堿性洗滌劑應先進入調節(jié)、沉淀裝置進行單獨處理，以此來節(jié)省污水處理藥劑用量【 4】 [3]。 污水的主要成分為糖類和蛋白質，主要水質指標為： BOD5=700— 1500mg/L；CODcr=1000— 25000mg/L； SS=300— 600mg/L； PH=5— 6，呈現(xiàn)偏酸性。屬于中等濃度可生物降解的有機廢水，其中不含有有毒物質，且糖化廢水和廢酵母液的有機物濃度較高， CODcr 可達到 1000mg/L 以上。作 為啤酒廠的綜合廢水，由于加入了大量冷卻水和生活污水，使總排放口的濃度有所降低。 啤酒的生產工藝決定了廢水排放的間歇性，生產一噸啤酒的廢水量為 8—20m3，耗水量的大小與生產規(guī)模和管理水平有關。 水質指標 水質污染指標是評價水質污染程度、進行污水處理工程設計、反應污水處理廠處理效果、開展水污染控制的基本依據(jù)【 5】。 污水所含的污染富成分復雜，可通過分析檢測方法對污染物質作出定性定量的評價。污水污染指標一般可分為物理性質、化學性質和生物性質三類。 物理性質和污染指標 表示污水物理性質的污染物 指標主要有溫度、色度、嗅和味、固體物質等。 （ 1） 溫度 許多工業(yè)企業(yè)排放的廢水都具有較高的溫度，排放這些污水會使水體溫度升高，引起熱污染。溶解氧濃度隨水溫升高而降低，高溫水會導致水體缺氧造成水質惡化。 （ 2） 色度 色度是一項感官性指標。將有色污水用蒸餾水稀釋后與蒸餾水對在比色管中對比，一直稀釋到兩個水樣沒有色差，此時污水的稀釋倍數(shù)即為色度。 （ 3） 嗅和味 水的異臭來自還原性硫和氮的化合物、氮氣和揮發(fā)性有機物等污染物質。鹽分也會給水帶來異味，嗅和味也是一種感官性指標。 （ 4） 固體物質 水中所有殘渣的總和叫做總 固體（ TS），包括溶解性固體（ DS）和懸浮固體（ SS）。固體殘渣根據(jù)揮發(fā)性能可分為揮發(fā)性固體（ VS）和固定性固體（ FS），SS 和 VS 都是污水廠設計的重要指標。 化學性質和污染指標 表示污水化學性質的污染指標可分為有機物指標和無機物指標。 （ 1） 有機物 有機物在分解過程中需要大量的氧，所以屬于耗氧污染物。好氧有機污染是導致水體發(fā)黑發(fā)臭的主要因素之一。有機物的主要危害是消耗水中的溶解氧。 主要包括以下幾個方面： ①生化需氧量（ BOD）：水中有機物被好氧微生物分解時所需要的氧量，間接反映了水中可生物降解的有機 物量。 ②化學需氧量（ COD）：用化學氧化劑氧化水中有機污染物時消耗的氧化劑的量。 ③總有機碳（ TOC）與總需氧量（ TOD）：總有機碳包括水樣中所有有機污染物的含碳量。 ④油類污染物：分為動物油脂和植物油脂兩類。 ⑤酚類污染物：酚類化合物是有毒有害污染物。 ⑥表面活性劑 ⑦有機酸減 ⑧有機農藥 ⑨苯類化合物 （ 2）無機物 ① pH：表示水的酸堿性。 ②植物營養(yǎng)元素：磷和氮等植物營養(yǎng)元素，過多會造成水體的富營養(yǎng)化。 ③重金屬 ④無機性非金屬有毒有害物 污水的生物性質與污染指標 （ 1） 細菌總數(shù) （ 2） 大腸菌群 （ 3） 病 毒 啤酒廢水處理方法 目前，國內外普遍采取生化法處理啤酒廢水。根據(jù)處理過程中是否需要曝氣，可以把生化處理法分為好氧生物處理和厭氧生物處理兩大類。 好氧生物處理 好氧生物處理是在氧氣充足的情況下，利用好氧微生物的生命活動氧化啤酒廢水中的有機物，其產物是二氧化碳、水及能量（釋放于水中），這種方法沒有考慮到廢水中有機物的利用問題，因此處理成本較高，活性污泥法、生物膜法、深井曝氣法是較有代表性的好氧生物處理方法【】 [5]。 活性污泥法 活性污泥法是中、低 濃度有機廢水處理中使用最多，運行最可靠的方法，具有投資省，處理效果好等優(yōu)點，該處理工藝的主要部分是曝氣池和沉淀池，廢水進入曝氣池后，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水中的有機物，而污泥和水的分離則由沉淀池來完成【】[6]。我國的珠江啤酒廠，煙臺啤酒廠，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處理啤酒廢水。 通常，進水的 CODcr 為 1200－ 1500mg/L 時出水 CODcr 可降至 50－ 100mg/L，去除率可達到 94%－ 96%?；?性污泥處理啤酒廢水的缺點時動力消耗大，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，而氮磷鐵等營養(yǎng)物質缺乏，各營養(yǎng)成分比例失調，導致微生物不能正常生長而死亡。解決的辦法是投加含氮磷的化學藥劑，但這將會提高成本。而較為經濟的方法是把生活污水（富含氮磷）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力消耗顯著降低，同時，廢水處理時間也短于普通活性污泥法。例如。珠江啤酒廠引進比利時 SBR 專利技術，廢水廠處理時間僅需 19－ 20h，比普通活 性污泥法縮短 10－ 11h,CODcr 的 去除率也在 96%以上 ,揚州啤酒廠和三明市大田啤酒廠采用的 SBR 技術處理啤酒廢水，也收到了同樣的效果。 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，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，在井內循環(huán)，空氣注入下降管或同時注入兩管中，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行的 【】 [7]。其優(yōu)點是：占地面積少，效能高，對氧的利用率大，無惡臭產生等。 據(jù)測定，當進水 BOD5濃度為 2400mg/L 時，出水濃度可降為 50mg/L,去除率高達 97． 92%。當然，深井曝氣也有不足之處，如施工難度大，造價高，防滲漏技術不過關等。 生物膜法與活性污泥法 生物膜法時在處理池內加入軟性填料，利用固著生長于填料表面的微生物對廢水進行處理，不會出現(xiàn)污泥膨脹的問題，生物接觸氧化池和生物轉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，生物接觸氧化池是在微生物固著生長的同時，加以人工曝氣，這種方法可以得到很高的固體濃度和較高的有機負荷，因此處理效果高，占地面積也小于活性污泥法【】[8]。國內的淄博啤酒廠，青島啤酒廠，渤海啤酒廠荷徐州釀酒總廠等廠家的廢水處理中采用了這種技術。 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 BOD5的取出率分別在 80%和 90%以上。 在此基礎上，山東省環(huán)科所改常壓曝氣為加壓曝氣（ P＝ ～ ） ,目的在于強化氧的傳質，有效提高廢水中溶解氧的濃度，以滿足中高濃度廢水中微 生物和有機物氧化分解的需要 ,結果表明，當容積負荷≤ 178。 m3178。 d1COD,停留時間為 3～ 4 小時， CODcr 和 BOD5平均去除率分別達到 %和 %,由于停留時間縮短為原來的 1/3～ 1/4，運轉費用也隨之降低【】 [9]。 生物轉盤是較早用以處理啤酒廢水的方法 ,他主要由盤片、氧化槽轉動軸和驅動裝置等部分組成，依靠盤片的轉動來實現(xiàn)廢水與盤上生物膜的接觸和充氧。 ,該法運轉穩(wěn)定動力消耗少，但低溫對運行影響大，在處理高濃度廢水是需增加轉盤組數(shù)【】 [10]。該方法在美國應用較普及，國內的杭州 啤酒廠、上海華光啤酒廠和浙江慈溪啤酒廠也在使用。廢水中 BOD5 的去除率在 80%以上。 厭氧生物處理 厭氧生物處理適用于高濃度有機廢水（ CODcr2020mg178。 L1,BOD51000mg178。 L1）。它是在無氧條件下，靠厭氧細菌的作用分解有機物。在這一過程中，參加生物降解的有機基質有 50%～ 90%轉化為沼氣（甲烷），而發(fā)酵后的剩余物又可作為優(yōu)質肥料和飼料，因此，啤酒廢水的厭氧生物處理受到了越來越多的關注，厭氧生物處理包括多種方法，但以升流式厭氧污泥床 (UASB)技術在啤酒廢水的治理方面應用 最為成熟， UASB 的主要組成部分是反應器，其底部為絮凝和沉淀性能良好的厭氧污泥構成的污泥床，上部設置了一個專用的氣－液－固分離系統(tǒng)（三相分離室），廢水從反應器底部加入，在向上流穿過生物顆粒組成的污泥床時得到降解，同時生成沼氣（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器底部，水則經出流堰排出【】 [11]。 處理系統(tǒng)的設計說明 設計依據(jù) 根據(jù)城市的氣象、水文、水質、水量、污水排放標準并結合國家的有關政策、法律、法規(guī)、文獻資 料，以及給排水的相關設計知識、手冊、規(guī)范等進行設計【】 [17,18] 例文里 。 主要設計資料 （ 1）設計流量： Q=3000m3/d （ 2） 出水水質設計要求 根據(jù) 國家污水綜合排放標準（ GB198212020） 啤酒工業(yè)污染物排放標準【】[20]設定出水水質要求。 項目 CODcr（ mg/L） BOD5（ mg/L） SS（ mg/L） pH 進水水質 4000~6000 1500~2020 1000~2020 6~9 出水水質 80 30 70 6~9 處理程度計算： COD 去除 率 η 1 = (600080)/6000 179。100% = % BOD5 去除率 η 2 = (202030)/2020179。100% = % SS 去除率 η 3 = (202070)/202017