【文章內(nèi)容簡介】 酵母菌 成 大麥 品 廢水 圖 11 啤酒生產(chǎn)工藝及廢水來源 啤酒生產(chǎn)過程中，糖化、發(fā)酵和灌裝等多道工序都產(chǎn)生廢水，主要包括以下幾種： (1)冷卻水，約占總水量的 70％，這類廢水基本上未受污染； (2)釀造測洗廢水 (如麥芽制作 “糖化 ”發(fā)酵 )約占總量的 5％一 6％，屬高濃度有機廢水； (3)洗瓶 “沖洗 ”殺菌水約占總量的 20％。由 于經(jīng)過多道工序，啤酒廢水的水量和水質(zhì)波動都較大，但啤酒廢水無害無毒，其中主要有麥糟、糖類、果膠、酒花、酵母殘渣、蛋白化合物等有機物和少量鉀、鈣、鎂的硅酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽等無機物，并且啤酒廢水污泥中的粗蛋白、粗脂肪、總糖、還原糖等營養(yǎng)成份的含量也因之比較高。啤酒污水的有機組成通?？梢陨锝到?，主要是由糖、可溶性淀粉、乙醇、揮發(fā)性脂肪酸等組成，從而導致 BOD/COD比值為 0． 60． 7。 pH值取發(fā) 芽 粉 碎 糖 化 過 濾 冷卻 發(fā) 酵 過 濾 罐 裝 浸 泡 滅 菌 2 決于 CIP單元上所使用的化學物質(zhì)的數(shù)量和類型 (如苛性鈉、磷酸、硝酸 )。氮和磷的含量主要取決于原料的加工以及污水中廢酵 母存在量。 綜上所述，啤酒廢水釀造過程中產(chǎn)生的廢水具有水量大，懸浮物質(zhì)、有機物質(zhì)含量高等特點，可生化性良好，屬于中高濃度有機廢水。 啤酒廢水主要處理工藝 目前國內(nèi)對啤酒廢水的處理主要采用生物處理法、活性污泥法、生物膜法、厭氧法、好氧法、厭氧好氧相結(jié)合法以及接觸氧化法等，這些處理方法與工藝各有其特點與不足之處，在實際處理過程中對各處理方法與工藝進行優(yōu)化組合，以達到對啤酒廢水的最佳處理效果。目前厭氧與好氧工藝在啤酒廢水處理上的運用較為廣泛。 厭氧處理工藝 好氧法 具有運行管理費用高、占地大，需要充氧設(shè)備繼而產(chǎn)生噪音，以及由于設(shè)備龐大、冬季保溫困難等一系列缺點，而厭氧生化法是在無氧的條件下，靠厭氧微生物作用將污水中的各種復(fù)雜有機物分解轉(zhuǎn)化成甲烷和 C02的過程。它特別適用于 COD2020mg/L， BOD1000 mg/L的高濃度有機廢水的處理參加生化降解的有機質(zhì) 50％一 90％轉(zhuǎn)化為沼氣，而發(fā)酵后的剩余產(chǎn)物還可回收作為優(yōu)質(zhì)肥料和飼料。參與厭氧消化過程的微生物主要為以下類群：包括發(fā)酵細菌群、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌群及同型產(chǎn)乙酸細菌群在內(nèi)的非產(chǎn)甲烷細菌和產(chǎn)甲烷菌。有機廢水中的有機 物，如碳水化合物 (糖類 )、脂肪、蛋白質(zhì)等，在水解酸化細菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、同型產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌等微生物類群的次第作用下，先后經(jīng)歷了水解階段、產(chǎn)酸發(fā)酵階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段等分解代謝過程，最終被分解為CH C02和 H20。 近年來，出現(xiàn)了形式各樣、特點各異的厭氧處理工藝，目前厭氧反應(yīng)器主要有厭氧濾器 (AF)、厭氧流化床反應(yīng)器 (AFBR)、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器 (UASB)、膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器 (EGSB)和內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器 (IC)這幾種反應(yīng)器形式。而高濃度有機污水的處理較多采用 UASB、 EGSB和 IC反應(yīng)器。其中 UASB的應(yīng)用最為 3 廣泛。 UASB是厭氧反應(yīng)器的第二代產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣泛最成熟的厭氧反應(yīng)器。它屬于懸浮生長型的生物反應(yīng)器，由反應(yīng)區(qū)、沉淀區(qū)和氣室三部分組成。UASB工藝近年來在國外發(fā)展很快，在國內(nèi)也己有生產(chǎn)性規(guī)模裝置，該工藝既節(jié)約能源，基至可回收能量，又解決環(huán)境污染問題，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。 好氧處理工藝 八十年代國內(nèi)主要采用好氧法，即傳統(tǒng)的活性污泥法和生物膜法，具有工藝技術(shù)成熟，易啟動等特點；但占地面積大，曝氣耗能，運行費用高，污泥產(chǎn)量大，對啤酒廢 水水質(zhì)、水量變化的適應(yīng)性較差等缺點。近年來在傳統(tǒng)活性污泥法基礎(chǔ)上，引入了一些新工藝，如射流活性污泥法、生物接觸氧化法、 SBR(序批活性污泥法 )工藝等。但好氧法有運行管理費用高、占地大、一次性投資費用高，需充氧設(shè)備，噪聲大，設(shè)備龐大冬季保溫困難，還有曝氣耗能、產(chǎn)泥量大的缺點。 厭氧 好氧處理工藝 在實際應(yīng)用中，單獨的好氧法或厭氧法都不能滿足啤酒廢水的處理要求，只有把二者結(jié)合起來。組成串聯(lián)工藝，才能取長補短，使其在水處理中發(fā)揮更大的作用。在串聯(lián)工藝中，厭氧法作啤酒廢水的預(yù)處理，厭氧反應(yīng)可在常溫下進行 ，不需額外加熱；好氧法作后處理，便可充分發(fā)揮二種處理方法的優(yōu)點。這種組合工藝在技術(shù)上可行，經(jīng)濟上合理，不失為一種有效的廢水處理方法。 設(shè)計任務(wù) 表 11 設(shè)計的進水水質(zhì)及水量 廢水名稱 廢水水量（ m3/d） 廢水水質(zhì) (mg/L， pH 值、溫度除外 ) CODcr BOD5 SS pH 值 溫度 (℃ ) 啤酒廢水 8000 2500 1100 550 ～ ≤40 出水滿足《啤酒工業(yè)污染物排放標準》 (GB 198212020)要求，見表 12。 4 表 12 設(shè)計的出水水質(zhì)及水量 廢水 名稱 廢水水量（ m3/d） 廢水水質(zhì) (mg/L， pH 值、溫度除外 ) CODcr BOD5 SS pH 值 溫度 (℃ ) 啤酒廢水 8000 80 20 70 ～ ≤40 設(shè)計工藝的確定 近年來，厭氧處理技術(shù)得到很快發(fā)展，常用的先進技術(shù)有厭氧接觸工藝、上流式厭氧污泥床和厭氧過濾器。 厭氧接觸法屬于傳統(tǒng)厭氧消化技術(shù)的發(fā)展。它采用完全混合式消化反應(yīng)器，適合于處理含懸浮固體很高的廢水，預(yù)處理要求低，一需要設(shè)置池內(nèi)完全混合攪拌，池外還要設(shè)消化液沉淀池。本設(shè)計處理對象為較好生化處理的廢 水。為提高處理效率，節(jié)省工程投資和占地，因此不宜采用厭氧接觸法。 上流式厭氧污泥床（ UASB），屬采用了滯留型厭氧生物處理技術(shù)，在底部有污泥床，依據(jù)進水與污泥的高效接觸提供高的去除率，依靠頂部的三相分離器，進行氣、液、固分離，能使污泥維持在污泥床內(nèi)而很少流失。因而生物污泥停留時間長，處理效率高，適合于處理較易生化降解， CODCr和 SS 濃度均較高的廢水。 厭氧過濾器采用附著型厭氧生物處理技術(shù)，在反應(yīng)器內(nèi)充填一部填料，使生物污泥附著在填料上生長，不易隨出水流失，且填料對于改善水流均勻性有益，并起到 —定過 濾截留作用。但反應(yīng)器內(nèi)填料易發(fā)生堵塞現(xiàn)象，因此不適合處理有機物濃度過高的廢水，且要求進水 SS 濃度應(yīng)較低， —般要求 SS200mg/L。盡管厭氧過濾器抗沖擊負荷能力大，處理效率亦高，但不適合本次設(shè)計進水水質(zhì) (SS濃度較高 )。 綜合以上分析，結(jié)合類似工程資料，本設(shè)計厭氧處理裝置采用 UASB。 有機廢水經(jīng)厭氧處理，出水的 BOD5/CODCr會降低，出水可生化性較原污水差。采用一般好氧生物處理方法 (活性污泥法和生物膜法 )，處理厭氧處理出水，其 CODCr去除率約只有 60％，而處理同等濃度的原有機廢水， CODCr可達 80％。 5 盡管采用生物膜法處理效果可能會稍好，但難以適應(yīng) BOD5大于 250mg/L的來水。近年來開發(fā)了一些處理此類廢水 (進水濃度較高，可生化性較差，不易生化降解 )的工藝技術(shù)，如 AB 法活性污泥工藝、氧化溝活性污泥法、 SBR 法等。這些方法均能對不易生化降解有機廢水或厭氧處理出水有較好的處理效果。 以上三種好氧方法中， SBR 法具有特別顯著的特點：首先由于采用間歇運行，運行周期每一階段有適應(yīng)基質(zhì)特征的優(yōu)勢菌群存在；污泥不斷內(nèi)循環(huán)，排泥量少，生物固體平均停留時間長；沉淀和排水時水流處于靜止狀態(tài)，故處理效果優(yōu)于一般活性污泥法。其次由于進水、曝氣、沉淀、排水等工序在一個池內(nèi)進行，省去了沉淀池和污泥回流設(shè)施，故而其工程投資和占地面積均小于一般活性污泥法。 綜合以上分析，本設(shè)計好氧處理采用 SBR 工藝。工藝流程見圖 12。 廢水UAS B泥餅污泥脫水污泥濃縮集泥井出水SB R預(yù)曝沉淀池格柵 調(diào)節(jié)池 提升泵引燃鼓風機房 圖 12 工藝流程圖 2 處理構(gòu)筑物的設(shè)計計算 格柵 格柵主要是攔截廢水中的較大顆粒和漂浮物，以確保后續(xù)處理的順利進行。 6 本設(shè)計處理生產(chǎn)廢水，盡管 SS 含量不低，但較大漂浮物及較大顆粒少，格柵攔截的污染物不多，故選用人 工清渣方式。 柵條寬度 S=，柵條間隙 e=，格柵安裝傾角 α=60176。，便于除渣操作。 最大設(shè)計污水量 Qmax= 8000m3/d=污水渠斷面尺寸為 600mm600mm 設(shè)柵前水深 h=，過柵流速 υ= 柵條間隙數(shù) ? ?ehQn sinm ax? = ??? = 取 n=24 柵槽寬度 B=S（ n－ 1)+en+=（ 24－ 1） +30+= 實取 連接處長度 設(shè)漸寬部分展開角 α1=30，進水渠道內(nèi)的流速為 ，進水渠寬 進水渠道漸寬部分長度 1L =11tan2 ?BB? = tan302 ?? = 柵槽與出水渠道連接處的漸窄部分長度 2L = 21L = = 通過格柵的水頭損失 1h = 0h k （ 21） 0h =ξ g22? sinα （ 22） ξ=β 3/4)(bs （ 23） 7 式中 h1——設(shè)計水頭損失， m h0——計算水頭損失， m g ——重力加速度， m/s k ——格柵受污物堵塞時水頭損失增大倍數(shù)，采用 3 ξ——阻力系數(shù)，設(shè)柵條斷面為銳邊矩形斷面， β= 1h = 0h k=β 3/4)(bs g22? sinαk= 3/4)( 2? sin603= 格柵高度 設(shè)柵前渠道超高 h2= H=h+h1+h2=++= 柵前槽高 H1=h+h2=+= 柵槽總長 L= 1L + 2L +++ ?tan1H =++++ ? = 每日柵渣量 W=ZKWQ100086400 1max （ 24） 式中 W1——柵渣量， m3/10m3污水，取 W= ? ?? = 調(diào)節(jié)池 啤酒廢水的水量和水質(zhì)隨變化幅度較大， 為了保證后續(xù)處理構(gòu)筑物或設(shè)備的 8 正常運行，需對廢水的水量和水質(zhì)進行調(diào)節(jié)，由于調(diào)節(jié)池內(nèi)不安裝工藝設(shè)備或管道，考慮土建結(jié)構(gòu)可靠性高時，故障少，只設(shè)一個調(diào)節(jié)池。 調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)周期 T= 調(diào)節(jié)池容積 V=TQh=7416. 6=2900m3 取調(diào)節(jié)池有效水深 h=6m，備用構(gòu)筑物超高 0． 5m，故實際高為 調(diào)節(jié)池規(guī)格 22m22m， V 有 =3200m3 調(diào)節(jié)池設(shè)污泥斗四個，每斗上口面積 11m11m，下口面積 ，泥斗傾角 o30 ，泥斗高 。 泥斗容積 iV=3h（ 1S + 2S + 21SS ） = ）（ 2222 ??? = 3m 泥斗容積共 V=4 iV = 3m 調(diào)節(jié)池設(shè)計計算見圖 21。 圖 21 調(diào)節(jié)池工藝圖 調(diào)節(jié)池每日沉淀污泥重為 W=55040％ 8000= 610 g= 濕污泥體積約為 V=(設(shè)污泥密度為 1t/ 3m ) 泥斗可存約三天污泥。 提升泵 污水泵總提升能力按 Qmax考慮，即 Qmax=，選三臺泵，則每臺 流量為 。提升選用泵 KRT k100—315／ 232u 型潛水泵，流量為 230m3/h， 9 共三臺，兩用一備，電壓 380V，泵重 54kg。 UASB 的設(shè)計 本設(shè)計所處理啤酒生產(chǎn)廢水，屬高濃度有機廢水，生物降解性好， UASB 反應(yīng)器作為處理工藝的主體，擬按下列參數(shù)設(shè)計： 設(shè)計流量 8000m3/d，即 進水濃度 CODCr2500mg/L， CODCr去除率 85% 容積負荷 NV=(m3d)(按常溫 23℃ ) 產(chǎn)氣率 r=污泥產(chǎn)率 X= UASB 總?cè)莘e計算 V=VNQSr （ 25） 式中 Q——設(shè)計處理流量， m3/d Sr——去除的有機污染物濃度， kg/m3 Nv——容積負荷， kgCOD/(m3d) V= % ?? = 選用 4 個池子，每個池子的體積為 Vi=V/4=,取反應(yīng)器高為