1、目录文摘11绪论21.1啤酒厂废水组成21.2排放要求32 生物污水处理系统42.1 厌氧处理系统52.2 好氧处理系统93 厌氧处理的优势以一个实例说明123.1能量需求量和产量123.3空间需求144 结论155 参考文献16啤酒厂废水生物处理方法的最新进展W DRIESSEN, T VEREIJKENPaques B.V., P.O. Box 52, 8560 AB Balk, The Netherlands(w.driessenpaques.nl - www.paques.nl)文摘在过去的20年中,啤酒工业对环境保护和可持续生产过程的关注持续增加。ISO14001认证的执行和更严格的
2、环境法规已经成为啤酒工业投资生物废水处理设施的重要动力。厌氧/好氧工艺相结合在生物废水处理中被寄予了特殊的关注。把厌氧预处理和好氧后续处理相结合，发挥了两种工艺的优势：降低了能源的消耗（有剩余能量产生）、降低了生物污泥的产量、减少了空间的需求，这些都是很重要的。在不影响排污标准的前提下，厌氧/好氧工艺相结合比起纯好氧工艺更节省运行费用。关键词：啤酒厂废水，生物处理，厌氧，好氧1绪论过去20年啤酒工业对环境的关注得到了极大的提高，从而加大了对环境保护设施的投资。啤酒工业重要的内部运作正在执行如ISO14001的环境管理体系，以及有需要引导最优啤酒工艺的基准研究。关于环境的排放（如废水水质和水量）
3、能带来管理的信息，这有助于提高啤酒生产过程设备的效率（生产损失、水和能量流失的最小化）6。重要的环境投资外部操作是地方立法和环境税收系统（排污收费）。最终的结果就是啤酒工业在环境污染物控制系统方面的兴趣不断增加。本文描述了啤酒废水净化技术的最重要的（生物）技术。厌氧处理工艺在降低污染和附带生产富余沼气方面得到了特别的关注。1.1啤酒厂废水组成啤酒厂废水的水质和水量有较大的波动由于它们依赖于啤酒厂各种不同的工艺过程（原始材料的处理、麦芽汁制备、发酵、筛选、清洗工艺、包装等）。废水产生的数量于特殊用水的消耗有关（以每百升水/每百升啤酒表示）。一部分水同啤酒副产物一起被处理，还有一部分由于蒸发作用而
4、损失。结果废水与啤酒的比率为1.22百升废水/百升啤酒，小于水与啤酒之比。啤酒厂废水的有机成份（以COD表示）一般比较容易降解，这些成份包括糖类、可溶性淀粉、乙醇、挥发性脂肪酸等，相关的COD/BOD高达0.60.7可说明这一点。啤酒厂固体物质（以SS表示），主要有用剩的谷物、硅藻土、失效酵母。啤酒厂废水的PH值水平主要决定于清洗单元化学药剂使用的数量和类型（例如腐蚀性苏打、磷酸、硝酸等）。氮和磷的水平主要决定于原材料的处理和废水中失效的酵母数量。含磷化学物质在清洗单元的使用也能导致磷含量的增加。表1 啤酒厂废水的典型特征参数单位啤酒厂废水含量啤酒厂典型基准流量28百升废水/百升啤酒CODmg
5、/l200060000.53kgCOD/百升啤酒BODmg/l120036000.22kgBOD/百升啤酒TSSmg/l20010000.10.5kgTSS/百升啤酒T1840PH4.512氮mg/l2580磷mg/l10501.2排放要求一个啤酒厂的废水排放限制必须遵守地方环保法规。显然，当排放到敏感接纳表面水体（河流、湖泊、海洋等）的限制要严格市政污水排放限制的区域。从废水中去除有机化合物（COD，化学需氧量）很重要一点是避免接纳水体处于厌氧条件。营养物质，例如氮和磷应该避免在藻类旺盛地区去除以免破坏接纳水体的生态系统。表2列出了应用于环境保护同盟（1991年环境保护同盟协会指标）的表面水
6、体接受污染指示物的限值。表2 环境保护同盟排出物指示物标准参数单位限值CODmg/l125BODmg/l25TSSmg/l35Nmg/l1015Pmg/l122 生物污水处理系统在生物处理系统中可分为厌氧（没有氧气）和好氧（有氧气供应）过程。厌氧处理的特征是把有机化合物（COD）转化为沼气（主要是甲烷7085vol，二氧化碳1530，还有痕量硫化氢）。在好氧处理中氧气用于把COD氧化成二氧化碳和水。两种生物处理过程都产生新的生物量。全部基础反应是：厌氧：COD CH4+CO2+厌氧生物好氧：COD+ O2 CO2+H2O+好氧生物表3列出了常规厌氧和好氧生物处理系统的比较（例如活性污泥）假设污
7、水排放到一个下水道厌氧处理设施，其后加一个磨光步骤，这是好氧处理的一个很好替代。当生物量保持力确定时，新的高效率反应器的发展应用于高水力流选择性冲失啤酒固体（硅藻土、酵母）1，8。这使得污水排放入市政下水道而不用经过污泥处理设施。假设污水排放入表面水体（例如河流、湖泊、海洋），啤酒厂通常需要遵循比单独厌氧处理更加严格的限制。厌氧处理不应该被看作是好氧处理的替代品，但可以作为一种补充来使用。当联合使用时，两种工艺的优点就得到综合。厌氧预处理加以好氧后续处理可以导致积极的能量平衡，减少污泥产生量和节约空间。当排放到表面水体时，厌氧预处理和好氧后续处理相结合被认为是最具优势的处理方案。表3 常规厌氧
8、和好氧生物处理系统的比较好氧处理系统厌氧处理系统能量消耗高低能量产生无有生物固体产生量高低COD去除率90987085营养物（N/P）去除率高低空间需求高低间歇操作难易2.1 厌氧处理系统为了使工业废水得到高效的生物处理，需要一种高能力的生物处理工艺。生物处理系统的去除能力由以下几方面决定：1、 生物数量（生物浓度、体积等）2、 生物活性生物数量（以kgVS/m3表示）越多和生物活性（以kgCOD/kgVS.d表示）越高，反应系统的转换率（kgCOD/d）就越高。生物处理系统因此可以分为以下几种：1、 生物过滤（静止的）2、 生物和废水接触（混合的，紊乱的）一般的厌氧处理系统在图表1中列出最简
9、单的厌氧处理系统有氧化塘和CSTR反应器（连续流搅拌槽式反应器）。由于这些反应器没有特别的污泥停留系统，因而污泥停留时间等同于水力停留时间。结果悬浮生物浓度非常低，从而生物处理能力收到限制。这些处理系统主要用于污泥硝化，并且几乎不适合处理废水。厌氧接触工艺是一个CSTR设施附带外部分离单元回流部分污泥。通过机械鼓风机或沼气吹风机来混合。由于厌氧污泥絮凝和稀释的性质，这些系统运作于低体积负荷率，并不适合像啤酒废水这样的低浓度工业废水。厌氧滤池使用载体材料使污泥停留于生物生长处。由于载体经常有限，悬浮的絮状污泥对反应器的能力仍然有贡献。这种系统的一个缺点是闭合性导致废水中固体造成“短路”和“死区”
10、。在1970年代末期，一种叫UASB（上流式厌氧污泥床）的厌氧反应器发展起来并首先应用于荷兰制糖工业。在UASB反应器内，废水以上流形式通过一层稠密的厌氧污泥床。这种污泥大部分是小颗粒（14mm），有很好的沉淀性质（50m/h）。在UASB反应器的上部一种叫三相分离器的装置把污泥从沼气和废水中分离出来。1984年第一个用于啤酒厂废水处理的高效厌氧处理设施在荷兰巴伐利亚啤酒麦芽厂建立5。在1984年之前，巴伐利亚有一台厌氧活性设施运行（旋转型）。持续增加的生产使得有必要扩大处理厂的处理能力以补现有设施对增加污水符合的不足。一个引流实验用于测试稀释水（12001700mgCOD/l）和低温废水（1
11、724）。在引流实验成功后，一个完整规模的UASB反应器被建成用于预处理废水以降低好氧处理设施的负荷。反应器从纸张和马铃薯磨碎机中获得颗粒状污泥并在两个月设计符合下取得7580的COD去除率。在厌氧预处理运行后，好氧生物的稳定性得到很大提高。结果导致高效稳定的运行。现在UASB反应器是世界上应用最广泛的用于处理啤酒废水的厌氧反应器（见表2）。尽管UASB反应器多年来都运行良好，但新一代的反应器在九十年代后期于啤酒工业开始流行起来，它们是塔式反应器，如FB（流化床），EGSB（厌氧颗粒污泥膨胀床）和IC（内循环）反应器。流化床用流动载体材料使生物生长，而EGSB和IC反应器用厌氧颗粒污泥，和UA
12、SB反应器一样。图1 厌氧反应系统总体示意图EGSB反应器事实上是UASB反应器的垂直延伸。UASB反应器罐体高度一般为4.56.5米高，而EGSB和IC反应器分别为1216米和1624米高，从而更加减少养料。EGSB反应器像UASB反应器一样通过反应器顶部的一级三相分离器分离污泥、沼气和废水。IC反应器更加精细，它由两级反应器组成，包括上下两个UASB反应器。低层的UASB反应器通过沼气的产生引发内循环从而得到额外混合。由于一级分离器去除了大部分微生物，很大程度上降低了紊乱，从而导致二级分离器能够从废水中高效地去除厌氧污泥。IC反应器的符合率是UASB反应器的两倍（1530kgCOD/m3d
13、）。荷兰丹博斯喜力啤酒厂于1990年率先采用IC反应器技术8。在啤酒制造业IC反应器在过去五年里已经取得41的市场占有率。（见图2、3）过去厌氧系统在饮料工业比例（n401） 过去五年（1998-2002年）厌氧系统在饮料工业比例（n106）图2 图3表4：厌氧反应系统典型设计参数体积负荷率（kgCOD/m3d）微生物/污泥停留微生物/废水接触氧化塘0.11悬浮CSTR接触反应工艺15悬浮/外部设置机械鼓风沼气生物滤池510附着/悬浮载体/包装UASB515颗粒状/相项分离水力上流沼气上流EGSB1525颗粒状/三项分离水力上流沼气上流IC2030颗粒状/二级三相分离水力上流沼气上流内循环2.
14、2 好氧处理系统和厌氧反应器系统一样，好氧反应器系统可以按这种方式划分：这些反应器划定微生物停留时间以保证好氧微生物和废水之间充分接触。图表4列出了好氧废水处理系统最广泛的应用。好氧塘没有专门的污泥停留系统，由于这些系统需要占用大量土地，因此不大使适用于处理啤酒废水。由于氧化塘多年积累污泥，因此氧化塘在一段时期过后会耗尽污泥。好氧固定床和流化床反应器使用载体材料使微生物附着生长。这些系统不能截留入水悬浮固体，因此通常用作预处理。和厌氧滤池一样，好氧固定床反应器由于废水中固体物质或微生物生长易发生堵塞。再者，如果没有通风设备，这些系统由于好氧不充分会导致臭气散发。流化床反应器经常产生高能耗和大量污泥图4 好氧系统总体示意图活性污泥法是处理工业废水最经常和广泛应用的好氧技术。这种技术基于曝气反应器和悬浮絮状好氧污泥，和通风装置供入的氧气混合。除了压缩的空气或氧气，曝气装置喷雾也可用作供氧。一个外部重力污泥分离器紧接着曝气池。好氧净化水排出，同时好氧污泥回流到曝气池。剩余的好氧污泥通常脱水后填埋。如果有需要，好氧池可以改良用于脱氮（硝化和反硝化作用）。活性污泥法处理的废水可以排放到河流和湖泊。当前一种气升式反应器已经发展起
