啤酒工業(yè)廢水處理課件

1、啤酒工業(yè)廢水處理啤酒工業(yè)廢水處理（BeerBeer Industrial wastewater treatmentIndustrial wastewater treatment ）王強(qiáng)2012216819n n啤酒是世界通用性飲料，它以優(yōu)質(zhì)大麥芽為主要原料，啤酒花為香料，經(jīng)過制麥芽、糖化、發(fā)酵等工序制成的富含營養(yǎng)物質(zhì)和二氧化碳的釀造酒。酒精含量為3一6(體積分?jǐn)?shù))。有酒花香和爽口的苦味，深受消費(fèi)者歡迎，消費(fèi)量大，是世界產(chǎn)量最大的酒種。n 啤酒生產(chǎn)的主要原料大麥，每年約稍耗200多萬t。還應(yīng)指出的是，啤酒生產(chǎn)主要利用糧食(大麥、大米)中的淀粉，大部分蛋白質(zhì)等留在麥糟及凝固物中，同時排出酵母副產(chǎn)物

2、，合理利用這些副產(chǎn)物是節(jié)糧、減少污染物排放的重要措施。n 該行業(yè)還是耗水量較大的行業(yè)，各企業(yè)間相差較大，每生產(chǎn)1t啤酒耗水量從10t到50t 。以生產(chǎn)每噸啤酒產(chǎn)生20m3廢水計(jì)算，我國啤酒工業(yè)排放的廢水量每年達(dá)4.0億m3，而我國多數(shù)啤酒廠綜合利用和廢水治理情況不理想，給環(huán)境造成嚴(yán)重污染。一、啤酒生產(chǎn)的原輔料和生產(chǎn)用水n 釀造啤酒的主要原料是大麥、水和酒花。為降低生產(chǎn)成本，提高出酒率，改善啤酒風(fēng)味和色澤，增強(qiáng)啤酒的保存性，在糖化操作時，常用大米、大麥、玉米和蔗糖等中的一種來代替部分麥芽。在我國一般都用大米作輔料，而歐美國家較普遍使用玉米。n1大麥n 選擇大麥作為生產(chǎn)啤酒的主要原料,其原因是大麥

3、在世界上的種植面積極廣，而且發(fā)芽能力強(qiáng)，價(jià)格較便宜；大麥經(jīng)發(fā)芽、干燥后制成的干大麥芽，內(nèi)含各種水解酶酶源和豐富的可浸出物，因此，能較容易制備到符合啤酒發(fā)酵用的麥芽汁。大麥的谷皮是很好的麥芽汁過濾介質(zhì)。 n2大米n 大米作為輔料，主要是為啤酒釀造提供淀粉來源一般大米用量為大麥質(zhì)量的25一45。大米淀粉含量比大麥、玉米高出10一20，而蛋白質(zhì)含量低于兩者3左右，為6一9。因此，用大米代替部分麥芽，既可提高出酒率，又對改善啤酒風(fēng)味有利。 n3玉米n 歐美國家較普遍用玉米作為輔助原料。玉米所含的蛋白質(zhì)、纖維素比大米多，特別是脂肪含量高出大米好幾倍，而淀粉的含量比大米少10左右，但比大麥略多。n 4酒花

4、n 酒花又稱蛇麻花、啤酒花等，它是雌雄異株，用于啤酒發(fā)酵的是成熟的雌花。酒花在啤酒中的作用是：賦予啤酒香味和爽口苦味；提高啤酒泡沫的持久性；使蛋白質(zhì)沉淀，有利于啤酒澄清；酒花有抑菌作用，將它加入麥芽汁中能增強(qiáng)麥芽汁和啤酒的防腐能力。n 1079年,德國人首先在釀制啤酒時添加了酒花,從而使啤酒具有了清爽的苦味和芬芳的香味.從此后,酒花被譽(yù)為“啤酒的靈魂”,成為啤酒釀造主要原料之一。n5水n 啤酒生產(chǎn)中，水的作用非常大，名牌啤酒往往與名泉等相聯(lián)系，以糖化操作對水的要求最高，它直接關(guān)系到啤酒質(zhì)量的好壞。不同用途的水，有不同的質(zhì)量要求。n 以我國名酒青島啤酒為例，其對水的碳酸鹽硬度、非碳酸鹽硬度和總硬

5、度的要求分別是0.749mmol/L(2.1。d)、0.570mmol/L(1.6 。d)和1.319mmol/L (3.7。d)，水中存在碳酸氫鈣會使麥芽汁酸度降低。在用溫水和麥芽汁調(diào)制糖化醪（lao二聲）時，如因水質(zhì)而造成酸度不夠高，往往需要使用乳酸來調(diào)整pH值，或用加硫酸鈣、離子交換法等方法提高酸度。對含溶解鹽類較多，總硬度在3.2087.842mmol/L(9。22 。 d)的硬水可用電滲析法除鹽。 二、啤酒生產(chǎn)工藝n 成品啤酒按殺菌形式可分成三類：n鮮啤酒（生?。?：成品酒未經(jīng)巴氏殺菌即出售，因啤酒中保存了一部分營養(yǎng)豐富的酵母菌,所以口味鮮美。但穩(wěn)定性差,不能長時間存放,常溫下保鮮期

6、僅一天左右,低溫下可保存3天左右。其產(chǎn)品就地銷售,多數(shù)桶裝鮮啤酒具有爽口美味的優(yōu)點(diǎn)；（扎啤，即重加二氧化碳鮮啤酒。由于這種啤酒多數(shù)以廣口瓶(Jar)為計(jì)量單位進(jìn)行零售,故依其英語jar一詞的發(fā)音稱為 “扎啤。 ）n純生啤酒：成品酒不用巴氏殺菌，而經(jīng)超濾等方法進(jìn)行無菌過濾處理；n熟啤酒：成品酒經(jīng)巴氏殺菌處理。n n 啤酒生產(chǎn)工藝分為制麥芽、糖化、發(fā)酵及后處理等四大工序。n 1麥芽制備工段n 麥芽制備的主要目的是：使大麥生成各種酶，并使大麥胚乳中的成分在酶的作用下，達(dá)到適度的溶解；去掉綠麥芽的生腥味，產(chǎn)生啤酒特有的色、香和風(fēng)味成分。 制麥工藝過程 大麥大麥篩選篩選浸麥浸麥干燥干燥成品麥芽成品麥芽貯

7、藏貯藏發(fā)芽發(fā)芽排水排水n 麥芽制備工段用水主要包括浸麥洗麥用水和冷卻用水兩部分。n 用水浸漬大麥，俗稱浸麥。浸麥的目的在于使麥粒吸水和吸氧、洗滌除塵、除雜以及除微生物，并將麥皮內(nèi)的部分有害成分浸出，為發(fā)芽提供條件。n 在浸麥時，浸麥用水中常投加化學(xué)藥品，可以加速麥皮中有害物質(zhì)（如酚類等）的浸出，縮短發(fā)芽周期，達(dá)到清洗和衛(wèi)生的要求。如飽和澄清石灰水、甲醛水溶液、高錳酸鉀、氫氧化鈉成氫氧化鉀溶液。 n 2麥汁制備工段n麥汁制備過程俗稱糖化。將麥芽粉碎后與溫水混合，借助麥芽自身的多種水解酶，將淀粉和蛋白質(zhì)等高分子物質(zhì)進(jìn)一步分解成可溶性低分子糖類、糊精、氨基酸、胨、肽等，麥芽內(nèi)容物的浸出率可達(dá)80，這

8、就是糖化過程。n此工段中將產(chǎn)生麥汁冷卻水、裝置洗滌水、麥糟、熱凝固物和酒糟。裝置洗滌水主要是糖化鍋洗滌水、過濾槽洗滌水和沉淀槽洗滌水。除此之外，糖化過程還要排出酒花槽、熱凝固物等大量懸浮固體。在麥汁制備工段，每制1t成品酒，產(chǎn)生CODcr污染物7.24kg，或BOD5污染物3.77kg。n 3發(fā)酵工段n 加酒花后的澄清麥汁冷卻至6.58.0，接種酵母，發(fā)酵正式開始。酵母對以麥芽糖為主的麥汁進(jìn)行發(fā)酵，產(chǎn)生乙醇和CO2。發(fā)酵工段中除產(chǎn)生大量的冷卻水外，還產(chǎn)生發(fā)酵罐洗滌水、廢消毒液、酵母漂洗水和冷凝固物。在發(fā)酵工段，每制1t成品酒，產(chǎn)生CODcr污染物8.3kg或BOD5污染物5kg。n 4成品酒工

9、段n 經(jīng)過后發(fā)酵的成熟酒俗稱嫩啤酒，入貯存罐。殘余酵母和蛋白質(zhì)等沉積于貯存罐底部，少量懸浮于酒中，須經(jīng)分離后才能罐裝。在濾酒工藝中，經(jīng)濾器裁留的酒渣、部分過慮材料及殘酒隨水排入下水道。n 經(jīng)過濾后的成品酒可直接桶裝或罐裝。裝酒用的桶或罐，在裝酒前需要進(jìn)行清洗和消毒，因此清洗水中含有殘酒和酒泥。在成品酒工段，每制1t啤酒，產(chǎn)生廢水約6m3，含CODcr污染物7.5kg，或BOD5污染物4kg。三 啤酒生產(chǎn)廢水主要來源n 從主要工藝流程可看出，啤酒生產(chǎn)工藝中的每道工序都有固體廢棄物(廢棄麥根、冷凝凝固蛋白、酵母泥、廢硅藻土、廢麥糟等)、廢水（洗罐花、洗槽水、浸麥水、酒桶與酒瓶洗滌水等）。n 啤酒廠

10、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)酵隨洗滌、過濾洗滌水；罐裝過程洗瓶、滅菌、破瓶啤酒及冷卻水和成品車間洗滌水；生活污水主要來自辦公樓、食堂、單身宿舍和浴室，每制1t成品酒，產(chǎn)生生活污水約1.7m3，含CODcr污染物0.85kg或BOD5污染物0.5kg。n 啤酒廠排放的廢水超標(biāo)項(xiàng)目主要是CODcr 、 BOD5 、SS三項(xiàng)。啤酒廢水的水質(zhì)水量，一是大量的冷卻水(糟化、麥汁冷卻、發(fā)酵等)，二是大量的洗滌水、沖洗水(各種罐洗滌水、并洗滌水等)。由此可見，啤酒廢水的特點(diǎn)是水量大，無毒有害，屬高濃度有機(jī)

11、廢水。n CODcr是采用重鉻酸鉀(K2Cr2O7)作為氧化劑測定出的化學(xué)耗氧量，即重鉻酸鹽指數(shù)。此法氧化程度高，可用于分析污染嚴(yán)重的工業(yè)廢水，用以說明廢水受有機(jī)物污染的情況。 BOD5是一種用微生物代謝作用所消耗的溶解氧量來間接表示水體被有機(jī)物污染程度的一個重要指標(biāo)。n1、類型n釀造啤酒消耗的大量水除一部分轉(zhuǎn)入產(chǎn)品外，絕大部分作為工業(yè)廢水排入環(huán)境。如上所述，啤酒工業(yè)廢水按其有機(jī)物含量可分為以下幾類。n(1)冷卻水 冷凍機(jī)、麥汁和發(fā)酵的冷卻水等。這類廢水基本上未受污染。n (2)清洗廢水 如大麥浸漬廢水、大麥發(fā)芽降溫噴霧水、清洗生產(chǎn)裝置廢水、漂洗酵母水，洗瓶機(jī)初期洗渙水、酒罐消毒廢液、巴氏殺菌

12、噴淋水和地面沖洗水等。這類廢水受到不同程度的有機(jī)污染。四 啤酒生產(chǎn)廢水水質(zhì)特征n(3)沖渣廢水如麥糟液、冷熱凝固物、酒花糟、剩余酵母、酒泥、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(jī)物。工段中將產(chǎn)生麥汁冷卻水、裝置洗滌水、麥糟、熱凝固物和酒花糟。裝置洗滌水主要是糖化鍋洗滌水、過濾槽和沉淀槽洗滌水。此外，糖化過程還要排出酒花糟、熱凝固物等大量懸浮固體。n(4)酒裝廢水 在灌裝酒時，機(jī)器的跑冒滴漏時有發(fā)生，還經(jīng)常出現(xiàn)冒酒，使廢水中摻入大量殘酒。另外噴淋時由于用熱水噴淋，啤酒升溫引起瓶內(nèi)壓力上升，“炸瓶”現(xiàn)象時有發(fā)生，致使大量啤酒灑散在噴淋水中。為防止生物污染，循環(huán)使用噴淋水時需加入

13、防腐劑，因此被更換下來的廢噴淋水含防腐劑成分。n(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，瓶子清洗水中含有殘余堿性洗滌劑、紙漿、染料、漿糊、殘酒和泥砂等。堿性洗滌劑要定期更換，更換時若直接排入下水道可使啤酒廢水呈堿性，因此廢堿性洗滌劑應(yīng)先進(jìn)入調(diào)節(jié)、沉淀裝置進(jìn)行單獨(dú)處理?？鄬⑾雌繌U水的排出液經(jīng)處理后儲存起來用以調(diào)節(jié)廢水的pH值(啤酒廢水平時呈弱酸性)，則可以節(jié)省污水處理的藥劑用量。n2、水質(zhì)n與廢水排放量一樣，廢水的水質(zhì)在不同季節(jié)也有一定的差別，尤其是處于高峰流量時的啤酒廢水，其有機(jī)物含量也處于高蜂。一般地說每制1t成品酒，排出CODcr污染物約25kg，或BOD5

14、15kg，懸浮性固體約15kg。五 啤酒生產(chǎn)廢水處理n啤酒廢水的主要特點(diǎn)是BOD5/CODcr值高，有害無毒，可生化性好，所以生化法是啤酒廢水處理的首要方法。生化法依其污水凈化原理可分為好氧法和厭氧法兩大類，好氧法或厭氧法及其他方法的不同組合就形成了多種啤酒廢水的治理技術(shù)。n 啤酒廢水處理主要采用好氧處理工藝，主要由普通活性污泥法、生物濾池法、接觸氧化法和SBR法。傳統(tǒng)的活性污泥法由于產(chǎn)泥量大，脫氮除磷能力差，操作技術(shù)要求嚴(yán)，目前已被其他工藝代替。近年來，SBR和氧化溝工藝得到了很大程度的發(fā)展和應(yīng)用。SBR工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行方式靈活，脫氮除磷效果好，工藝簡單，自動化程度高，節(jié)省費(fèi)用，反應(yīng)推

15、動力大，能有效防止絲狀菌的膨脹。 一、好氧處理工藝n1.活性污泥法n活性污泥法于1914年由英國人Ardernh 和Lock2ett實(shí)驗(yàn)成功，在中、低濃度污染物有機(jī)廢水處理中，其技術(shù)分支較為廣泛，也是使用最多，運(yùn)行可靠，最為成熟的方法。具有處理效果好、投資較少等優(yōu)點(diǎn)，適用于大中城市啤酒廠采用。但是此法在用空氣曝氣時容易產(chǎn)生泡沫，造成難以充氧，管理不好則容易產(chǎn)生污泥膨脹，此外還因動力消耗高、占地面積大等缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用。n活性污泥處理啤酒廠廢水具有運(yùn)行可靠、處理效果較好的優(yōu)點(diǎn)，但啤酒廢水氮磷含量低，碳氮比例失調(diào)，運(yùn)行中容易產(chǎn)生污泥膨脹，因此，啤酒廢水處理過程中需要加一定量的氮磷。n2SBR反應(yīng)器

16、n SBR法是對傳統(tǒng)活性污泥法的改進(jìn)。SBR工藝典型的操作工序?yàn)椋哼M(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水、閑置等5個工序，整個工序經(jīng)厭氧、好氧、缺氧3個階段。根據(jù)出水情況可以隨時調(diào)整各個工序的時間以達(dá)到最佳出水效果。 二、水解好氧處理n 水解酸化可以使啤酒廢水中的大分子難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)變成為小分子易降解的有機(jī)物，出水的可生化性能得到改善，這使得好氧處理單元的停留時間小于傳統(tǒng)的工藝。與此同時，懸浮物質(zhì)被水解為可溶性物質(zhì)，使污泥得到處理。水解反應(yīng)工藝式一種預(yù)處理工藝，其后面可以采用各種好氧工藝，如活性污泥法、接觸氧化法、氧化溝和SBR等。啤酒廢水經(jīng)水解酸化后進(jìn)行接觸氧化處理，具有顯著的節(jié)能效果，COD/BOD值增大

17、，廢水的可生化性增加，可充分發(fā)揮后續(xù)好氧生物處理的作用，提高生物處理啤酒廢水的效率。酸化SBR法處理啤酒廢水n其主要處理設(shè)備是酸化柱和SBR反應(yīng)器。這種方法在處理啤酒廢水時，在厭氧反應(yīng)中，放棄反應(yīng)時間長、控制條件要求高的甲烷發(fā)酵階段，將反應(yīng)控制在酸化階段，這樣較之全過程的厭氧反應(yīng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：n（1）由于反應(yīng)控制在水解、酸化階段反應(yīng)迅速，故水解池體積??；n（2）不需要收集產(chǎn)生的沼氣，簡化了構(gòu)造，降低了造價(jià)，便于維護(hù)，易于放大；n（3）對于污水的降解功能完全和消化池一樣，產(chǎn)生的剩余污泥量少。同時，經(jīng)水解反應(yīng)后溶解性COD比例大幅度增加，有利于微生物對基質(zhì)的攝取，在微生物的代謝過程中減少了一個重要

18、環(huán)節(jié)，這將加速有機(jī)物的降解，為后續(xù)生物處理創(chuàng)造更為有利的條件。n（4）酸化SBR法處理高濃度啤酒廢水效果比較理想，去除率均在94%以上，最高達(dá)99%以上。 三、厭氧好氧聯(lián)合處理技術(shù)n1厭氧處理技術(shù)n厭氧處理技術(shù)是一種有效去除有機(jī)污染物的技術(shù)，它將有機(jī)化合物轉(zhuǎn)變?yōu)榧淄楹投趸?。對處理中高濃度的廢水，厭氧比好氧處理不僅運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，而且可回收沼氣；所需反應(yīng)器體積更小；能耗低，約為好氧處理工藝的10%15%；產(chǎn)泥量少，約為好氧處理的10%15%；對營養(yǎng)物需求低；既可應(yīng)用于小規(guī)模，也可應(yīng)用大規(guī)模。n厭氧處理技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備是UASB反應(yīng)器。該反應(yīng)器是利用厭氧微生物降解廢水中的有機(jī)物，其主體分為配水系統(tǒng)，

19、反應(yīng)區(qū)，氣、液、固三相分離系統(tǒng)個，沼氣收集系統(tǒng)四部分。n厭氧法的缺點(diǎn)式不能去除氮、磷，出水往往不達(dá)標(biāo)，因此常常需對厭氧處理后的廢水進(jìn)一步用好氧的方法進(jìn)行處理，使出水達(dá)標(biāo)。格柵集水池水力篩酸堿灌沼氣柜調(diào)節(jié)池UASB反應(yīng)器CASS反應(yīng)池污泥濃縮池脫水間廢水污水泥外運(yùn)污泥達(dá)標(biāo)排放集泥井厭氧好氧處理工藝流程如圖n啤酒廢水先經(jīng)過中格柵去除大雜質(zhì)后進(jìn)入集水池，用污水泵將廢水提升至水力篩，然后進(jìn)入調(diào)節(jié)池進(jìn)行水質(zhì)水量的調(diào)節(jié)。進(jìn)入調(diào)節(jié)池前，根據(jù)在線PH計(jì)的PH值用計(jì)量泵將酸堿送入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池的PH值在6.57.5之間。n調(diào)節(jié)池中出來的水用泵連續(xù)送入U(xiǎn)ASB反應(yīng)器進(jìn)行厭氧消化，降低有機(jī)物濃度。厭氧處理過程中產(chǎn)生的沼氣被收集到沼氣柜。UASB反應(yīng)器內(nèi)的污水流入CASS池中進(jìn)行好氧處理，而后達(dá)標(biāo)出水。n來自UASB反應(yīng)器、CASS反應(yīng)池的剩余污泥先收集到集泥井，在由污泥提升泵提升到污泥濃縮池內(nèi)被濃縮，濃縮后進(jìn)入污泥脫水機(jī)房，進(jìn)一步降低污泥的含水率，實(shí)現(xiàn)污泥的減量化。污泥脫水后形成泥餅，裝車外運(yùn)處置。n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(jìn)行。n集水池是匯集準(zhǔn)備輸送到其他構(gòu)筑物去的一種小型貯水設(shè)備，設(shè)置集水池作為水量調(diào)節(jié)之用，貯存盈余，補(bǔ)充短缺，使生物處理設(shè)施在一日內(nèi)能得到均和的進(jìn)水量，保證正常