啤酒工业废水处理.

啤酒工业废水处理（BeerIndustrialwastewatertreatment）王强2012216819啤酒是世界通用性饮料，它以优质大麦芽为主要原料，啤酒花为香料，经过制麦芽、糖化、发酵等工序制成的富含营养物质和二氧化碳的酿造酒。酒精含量为3％一6％(体积分数)。有酒花香和爽口的苦味，深受消费者欢迎，消费量大，是世界产量最大的酒种。啤酒生产的主要原料大麦，每年约稍耗200多万t。还应指出的是，啤酒生产主要利用粮食(大麦、大米)中的淀粉，大部分蛋白质等留在麦糟及凝固物中，同时排出酵母副产物，合理利用这些副产物是节粮、减少污染物排放的重要措施。该行业还是耗水量较大的行业，各企业间相差较大，每生产1t啤酒耗水量从10t到50t。以生产每吨啤酒产生20m3废水计算，我国啤酒工业排放的废水量每年达4.0亿m3，而我国多数啤酒厂综合利用和废水治理情况不理想，给环境造成严重污染。一、啤酒生产的原辅料和生产用水酿造啤酒的主要原料是大麦、水和酒花。为降低生产成本，提高出酒率，改善啤酒风味和色泽，增强啤酒的保存性，在糖化操作时，常用大米、大麦、玉米和蔗糖等中的一种来代替部分麦芽。在我国一般都用大米作辅料，而欧美国家较普遍使用玉米。1．大麦选择大麦作为生产啤酒的主要原料,其原因是大麦在世界上的种植面积极广，而且发芽能力强，价格较便宜；大麦经发芽、干燥后制成的干大麦芽，内含各种水解酶酶源和丰富的可浸出物，因此，能较容易制备到符合啤酒发酵用的麦芽汁。大麦的谷皮是很好的麦芽汁过滤介质。2．大米大米作为辅料，主要是为啤酒酿造提供淀粉来源．一般大米用量为大麦质量的25％一45％。大米淀粉含量比大麦、玉米高出10％一20％，而蛋白质含量低于两者3％左右，为6％一9％。因此，用大米代替部分麦芽，既可提高出酒率，又对改善啤酒风味有利。3．玉米欧美国家较普遍用玉米作为辅助原料。玉米所含的蛋白质、纤维素比大米多，特别是脂肪含量高出大米好几倍，而淀粉的含量比大米少10％左右，但比大麦略多。4．酒花酒花又称蛇麻花、啤酒花等，它是雌雄异株，用于啤酒发酵的是成熟的雌花。酒花在啤酒中的作用是：赋予啤酒香味和爽口苦味；提高啤酒泡沫的持久性；使蛋白质沉淀，有利于啤酒澄清；酒花有抑菌作用，将它加入麦芽汁中能增强麦芽汁和啤酒的防腐能力。1079年,德国人首先在酿制啤酒时添加了酒花,从而使啤酒具有了清爽的苦味和芬芳的香味.从此后,酒花被誉为“啤酒的灵魂”,成为啤酒酿造主要原料之一。5．水啤酒生产中，水的作用非常大，名牌啤酒往往与名泉等相联系，以糖化操作对水的要求最高，它直接关系到啤酒质量的好坏。不同用途的水，有不同的质量要求。以我国名酒青岛啤酒为例，其对水的碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度和总硬度的要求分别是0.749mmol/L(2.1。d)、0.570mmol/L(1.6。d)和1.319mmol/L(3.7。d)，水中存在碳酸氢钙会使麦芽汁酸度降低。在用温水和麦芽汁调制糖化醪（lao二声）时，如因水质而造成酸度不够高，往往需要使用乳酸来调整pH值，或用加硫酸钙、离子交换法等方法提高酸度。对含溶解盐类较多，总硬度在3.208—7.842mmol/L(9。—22。d)的硬水可用电渗析法除盐。二、啤酒生产工艺成品啤酒按杀菌形式可分成三类：①鲜啤酒（生啤）：成品酒未经巴氏杀菌即出售，因啤酒中保存了一部分营养丰富的酵母菌,所以口味鲜美。但稳定性差,不能长时间存放,常温下保鲜期仅一天左右,低温下可保存3天左右。其产品就地销售,多数桶装鲜啤酒具有爽口美味的优点；（扎啤，即重加二氧化碳鲜啤酒。由于这种啤酒多数以广口瓶(Jar)为计量单位进行零售,故依其英语jar一词的发音称为“扎啤。）②纯生啤酒：成品酒不用巴氏杀菌，而经超滤等方法进行无菌过滤处理；③熟啤酒：成品酒经巴氏杀菌处理。啤酒生产工艺分为制麦芽、糖化、发酵及后处理等四大工序。1．麦芽制备工段麦芽制备的主要目的是：使大麦生成各种酶，并使大麦胚乳中的成分在酶的作用下，达到适度的溶解；去掉绿麦芽的生腥味，产生啤酒特有的色、香和风味成分。制麦工艺过程大麦筛选浸麦干燥成品麦芽贮藏发芽排水麦芽制备工段用水主要包括浸麦洗麦用水和冷却用水两部分。用水浸渍大麦，俗称浸麦。浸麦的目的在于使麦粒吸水和吸氧、洗涤除尘、除杂以及除微生物，并将麦皮内的部分有害成分浸出，为发芽提供条件。在浸麦时，浸麦用水中常投加化学药品，可以加速麦皮中有害物质（如酚类等）的浸出，缩短发芽周期，达到清洗和卫生的要求。如饱和澄清石灰水、甲醛水溶液、高锰酸钾、氢氧化钠成氢氧化钾溶液。2．麦汁制备工段麦汁制备过程俗称糖化。将麦芽粉碎后与温水混合，借助麦芽自身的多种水解酶，将淀粉和蛋白质等高分子物质进一步分解成可溶性低分子糖类、糊精、氨基酸、胨、肽等，麦芽内容物的浸出率可达80％，这就是糖化过程。此工段中将产生麦汁冷却水、装置洗涤水、麦糟、热凝固物和酒糟。装置洗涤水主要是糖化锅洗涤水、过滤槽洗涤水和沉淀槽洗涤水。除此之外，糖化过程还要排出酒花槽、热凝固物等大量悬浮固体。在麦汁制备工段，每制1t成品酒，产生CODcr污染物7.24kg，或BOD5污染物3.77kg。3．发酵工段加酒花后的澄清麦汁冷却至6.5—8.0℃，接种酵母，发酵正式开始。酵母对以麦芽糖为主的麦汁进行发酵，产生乙醇和CO2。发酵工段中除产生大量的冷却水外，还产生发酵罐洗涤水、废消毒液、酵母漂洗水和冷凝固物。在发酵工段，每制1t成品酒，产生CODcr污染物8.3kg或BOD5污染物5kg。4．成品酒工段经过后发酵的成熟酒俗称嫩啤酒，入贮存罐。残余酵母和蛋白质等沉积于贮存罐底部，少量悬浮于酒中，须经分离后才能罐装。在滤酒工艺中，经滤器裁留的酒渣、部分过虑材料及残酒随水排入下水道。经过滤后的成品酒可直接桶装或罐装。装酒用的桶或罐，在装酒前需要进行清洗和消毒，因此清洗水中含有残酒和酒泥。在成品酒工段，每制1t啤酒，产生废水约6m3，含CODcr污染物7.5kg，或BOD5污染物4kg。三啤酒生产废水主要来源从主要工艺流程可看出，啤酒生产工艺中的每道工序都有固体废弃物(废弃麦根、冷凝凝固蛋白、酵母泥、废硅藻土、废麦糟等)、废水（洗罐花、洗槽水、浸麦水、酒桶与酒瓶洗涤水等）。啤酒厂废水主要来源有：麦芽生产过程的洗麦水、浸麦水、发芽降温喷雾水、麦槽水、洗涤水、凝固物洗涤水；糖化过程的糖化、过滤洗涤水；发酵过程的发酵随洗涤、过滤洗涤水；罐装过程洗瓶、灭菌、破瓶啤酒及冷却水和成品车间洗涤水；生活污水主要来自办公楼、食堂、单身宿舍和浴室，每制1t成品酒，产生生活污水约1.7m3，含CODcr污染物0.85kg或BOD5污染物0.5kg。啤酒厂排放的废水超标项目主要是CODcr、BOD5、SS三项。啤酒废水的水质水量，一是大量的冷却水(糟化、麦汁冷却、发酵等)，二是大量的洗涤水、冲洗水(各种罐洗涤水、并洗涤水等)。由此可见，啤酒废水的特点是水量大，无毒有害，属高浓度有机废水。CODcr是采用重铬酸钾(K2Cr2O7)作为氧化剂测定出的化学耗氧量，即重铬酸盐指数。此法氧化程度高，可用于分析污染严重的工业废水，用以说明废水受有机物污染的情况。BOD5是一种用微生物代谢作用所消耗的溶解氧量来间接表示水体被有机物污染程度的一个重要指标。1、类型酿造啤酒消耗的大量水除一部分转入产品外，绝大部分作为工业废水排入环境。如上所述，啤酒工业废水按其有机物含量可分为以下几类。(1)冷却水冷冻机、麦汁和发酵的冷却水等。这类废水基本上未受污染。(2)清洗废水如大麦浸渍废水、大麦发芽降温喷雾水、清洗生产装置废水、漂洗酵母水，洗瓶机初期洗涣水、酒罐消毒废液、巴氏杀菌喷淋水和地面冲洗水等。这类废水受到不同程度的有机污染。四啤酒生产废水水质特征(3)冲渣废水如麦糟液、冷热凝固物、酒花糟、剩余酵母、酒泥、滤酒渣和残碱性洗涤液等。这类废水中含有大量的悬浮性固体有机物。工段中将产生麦汁冷却水、装置洗涤水、麦糟、热凝固物和酒花糟。装置洗涤水主要是糖化锅洗涤水、过滤槽和沉淀槽洗涤水。此外，糖化过程还要排出酒花糟、热凝固物等大量悬浮固体。(4)酒装废水在灌装酒时，机器的跑冒滴漏时有发生，还经常出现冒酒，使废水中掺入大量残酒。另外喷淋时由于用热水喷淋，啤酒升温引起瓶内压力上升，“炸瓶”现象时有发生，致使大量啤酒洒散在喷淋水中。为防止生物污染，循环使用喷淋水时需加入防腐剂，因此被更换下来的废喷淋水含防腐剂成分。(5)洗瓶废水清洗瓶子时先用碱性洗涤剂浸泡，然后用压力水初洗和终洗，瓶子清洗水中含有残余碱性洗涤剂、纸浆、染料、浆糊、残酒和泥砂等。碱性洗涤剂要定期更换，更换时若直接排入下水道可使啤酒废水呈碱性，因此废碱性洗涤剂应先进入调节、沉淀装置进行单独处理。苦将洗瓶废水的排出液经处理后储存起来用以调节废水的pH值(啤酒废水平时呈弱酸性)，则可以节省污水处理的药剂用量。2、水质与废水排放量一样，废水的水质在不同季节也有一定的差别，尤其是处于高峰流量时的啤酒废水，其有机物含量也处于高蜂。一般地说每制1t成品酒，排出CODcr污染物约25kg，或BOD515kg，悬浮性固体约15kg。五啤酒生产废水处理啤酒废水的主要特点是BOD5/CODcr值高，有害无毒，可生化性好，所以生化法是啤酒废水处理的首要方法。生化法依其污水净化原理可分为好氧法和厌氧法两大类，好氧法或厌氧法及其他方法的不同组合就形成了多种啤酒废水的治理技术。啤酒废水处理主要采用好氧处理工艺，主要由普通活性污泥法、生物滤池法、接触氧化法和SBR法。传统的活性污泥法由于产泥量大，脱氮除磷能力差，操作技术要求严，目前已被其他工艺代替。近年来，SBR和氧化沟工艺得到了很大程度的发展和应用。SBR工艺具有以下优点：运行方式灵活，脱氮除磷效果好，工艺简单，自动化程度高，节省费用，反应推动力大，能有效防止丝状菌的膨胀。一、好氧处理工艺1.活性污泥法活性污泥法于1914年由英国人Ardernh和Lock2ett实验成功，在中、低浓度污染物有机废水处理中，其技术分支较为广泛，也是使用最多，运行可靠，最为成熟的方法。具有处理效果好、投资较少等优点，适用于大中城市啤酒厂采用。但是此法在用空气曝气时容易产生泡沫，造成难以充氧，管理不好则容易产生污泥膨胀，此外还因动力消耗高、占地面积大等缺点限制了其应用。活性污泥处理啤酒厂废水具有运行可靠、处理效果较好的优点，但啤酒废水氮磷含量低，碳氮比例失调，运行中容易产生污泥膨胀，因此，啤酒废水处理过程中需要加一定量的氮磷。2．SBR反应器SBR法是对传统活性污泥法的改进。SBR工艺典型的操作工序为：进水、反应、沉淀、排水、闲置等5个工序，整个工序经厌氧、好氧、缺氧3个阶段。根据出水情况可以随时调整各个工序的时间以达到最佳出水效果。二、水解—好氧处理水解酸化可以使啤酒废水中的大分子难降解有机物转变成为小分子易降解的有机物，出水的可生化性能得到改善，这使得好氧处理单元的停留时间小于传统的工艺。与此同时，悬浮物质被水解为可溶性物质，使污泥得到处理。水解反应工艺式一种预处理工艺，其后面可以采用各种好氧工艺，如活性污泥法、接触氧化法、氧化沟和SBR等。啤酒废水经水解酸化后进行接触氧化处理，具有显著的节能效果，COD/BOD值增大，废水的可生化性增加，可充分发挥后续好氧生物处理的作用，提高生物处理啤酒废水的效率。酸化—SBR法处理啤酒废水其主要处理设备是酸化柱和SBR反应器。这种方法在处理啤酒废水时，在厌氧反应中，放弃反应时间长、控制条件要求高的甲烷发酵阶段，将反应控制在酸化阶段，这样较之全过程的厌氧反应具有以下优点：（1）由于反应控制在水解、酸化阶段反应迅速，故水解池体积小；（2）不需要收集产生的沼气，简化了构造，降低了造价，便于维护，易于放大；（3）对于污水的降解功能完全和消化池一样，产生的剩余污泥量少。同时，经水解反应后溶解性COD比例大幅度增加，有利于微生物对基质的摄取，在微生物的代谢过程中减少了一