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【研究目的及意义】
啤酒作为我国最多的酒类消费品，随着经济社会的发展，在国人生活方式中呈现出不可替代的作用。我国啤酒工业蓬勃发展，据国家统计局数据显示，连续多年居于世界第一，于2013到达顶峰，年产量达到5061.5万千升。随着消费观念的改变，酒类消费出现分流，2020年啤酒产量为3411.1万千升。即便如此，啤酒仍然占据重要地位，且目前来看啤酒行业仍然具有较为强劲的供给结构改革势头和发展机遇，可以预见的是，未来啤酒工业仍然将不可替代并持续发展。
啤酒生产如果不加处理，将对生态环境造成严重污染，这是由其生产方式必然所决定的。啤酒是以大麦芽、酒花、水为主要原料，以玉米、淀粉、大米等为辅料，经酵母发酵作用酿制而成的饱含二氧化碳的低度酒精酒[1]。啤酒生产大致经麦芽制造、啤酒酿造、灌装三个步骤完成。啤酒工业废水按其有机物含量可分为以下几类[2]：
- 各工序冷却水，基本未受污染。
- 大麦浸渍废水、CIP清洗排出水等清洗废水。
- 麦槽液、冷热凝固物、酒花槽等冲渣废水。
- 洗瓶水、灌装冲洗水等灌装废水。
啤酒废水主要污染物波动范围如表1所示，啤酒生产工艺及主要污染源如图1所示。
表1 啤酒废水主要污染物[2]
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主要污染物指标 |
波动范围 |
主要污染物指标 |
波动范围 |
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CODcr |
2500-3600mg/L |
NH4 -N |
0-30mg/L |
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BOD5 |
1500-2100mg/L |
TP |
0-20mg/L |
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SS |
400-800mg/L |
温度 |
25-40℃ |
|
pH |
5-12 |
图1 啤酒废水主要污染物[4]
随着生产技术的提高，啤酒生产的单位吨水耗已经由原来的10吨左右降低到4吨左右[3]，但在中国巨大的市场需求面前，废水总量仍是巨大的。啤酒废水的水量特征受到多方面影响，变化很大，一般来说，夏秋高于春冬，白天高于夜晚[4]。啤酒废水不能直接排放而污染环境，因其含有较高浓度的蛋白质、废酵母、脂肪、碳水化合物等有机无毒成分[5]，可以进行资源化利用，这样既能兼顾生态保护，又能合理化开发新价值。鉴于啤酒废水的可生化性良好，一般来说大多采用生化法处理啤酒废水，随着废水处理工艺的发展，主要采用好氧-厌氧工艺[6]。
好氧处理技术比较有代表性的是活性污泥法、生物膜法等，利用好氧微生物的生命活动氧化废水中的有机物。厌氧工艺例如升流式厌氧污泥床(UASB)、厌氧内循环以及酸化水解工艺，利用厌氧水解菌及厌氧产甲烷菌的代谢活动，最终得到甲烷和二氧化碳[4]。
本文将结合国内外工程实际，设计4000m3/d啤酒废水处理工程。综合技术和经济效益考量，设计一套最佳的工艺方案，提高啤酒废水处理的工程可实现性，对啤酒废水处理行业具有参考价值。
【国内外研究现状】
啤酒废水具有较好的可生化性，国内外大多采用生化法加以处理。随着工艺技术的不断提高，啤酒废水处理已经不再局限于获得达到排放标准的水质，而是迈向资源化处理技术的发展。
啤酒废水处理的早期，一般采用好氧处理技术，具体来说，普通活性污泥法是早期运用最广泛的啤酒废水处理技术。生物接触氧化、氧化沟、生物流化床和曝气生物滤池等技术也接连得到应用。首先在2005年，Parawira，W. 等人[18]研究利用UASB反应器在处理效率方面的性能表现评价其实用性，通过测评该工艺处理后的化学需氧量平均减少率为57%，总固体和可沉降固体也各自减少50%和90%，提高了所需营养物质的含量，促进啤酒的可生化降解处理。其次，A/O工艺、SBR工艺是好氧处理技术最常用的两种工艺技术。2009年，单胜道等人[7]采用A/O工艺处理高浓度的啤酒废水，工艺流程如图2所示。研究表明，A/O工艺结构紧凑、水质水量适应范围广、污泥沉淀性好等优点，A/O工艺处理后的水质达到排放标准，CODcr、BOD5、SS去除率均达到了90%左右。
图2 A/O工艺啤酒废水回用处理流程[3]
2015年，Cater, M.等人 [20] 在甲烷回收利用量上研究木质纤维素在厌氧处理中会不会对UASB反应器中微生物活性产生有利影响，结果是这样的一个转变可促进沼气生产，拓展沼气工业中木质纤维素的应用范围，怎加可能性。
2018年，温丙奎等人[8]研究利用化学除磷来除去A/O双膜法处理后的啤酒废水，用以解决生物除磷效果不佳的问题。氮磷元素超标的水质排放会引起生物富集作用，破坏生态。研究表明，三氯化铁和聚合氯化铝在聚丙烯酰胺协同下，除磷效果显著，这是对A/O工艺技术的进一步发展。同年，Manyuchi, M.M.等人 [19] 研究探讨厌氧处理不透明啤酒废水，通过Acti酶生物增强增强沼气回收率；利用不透明啤酒废水具有较强的生物降解性，在活性酶的催化作用下进行高效的厌氧消化处理，这一方法在能源回收利用方面比传统的厌氧消化处理有进一步的提高和创新。
2019年，陶华旸、王爱平等[9]从实际出发，对啤酒工业废水进行了生物接触氧化实验，研究了废水停留时间、进水浓度对处理效果的影响，丰富了好氧技术的理论依据。2020年，徐跃武[10]研究了生物接触氧化法对啤酒工业废水的最佳条件，研究表明，废水停留时间为19h，进水COD浓度为1890mg/L，气水比控制在20-40:1，pH值7-9，温度27℃时处理效果好，为生物接触氧化法量化标准提供理论支撑。
由于好氧处理技术有运行费用高、剩余污泥量大等缺点，研究表明，对啤酒废水进行水解酸化预处理再进行好氧处理，可以减少剩余污泥并降低运行费用。2003年，马娜[11]等人进行水解酸化-SBR处理啤酒废水研究。结果表明，水解酸化可以使废水中的大分子难降解有机物转化为小分子可降解有机物，改善了啤酒废水的可生化性，保证了出水水质稳定可靠。
随着人口和工业化加剧，好氧处理技术的弊端——需要耗费大量能源的问题逐渐暴露出来，研究人员将目光看向厌氧处理技术。厌氧工艺不但节省能源，还可以把有机物转化为生物能，即沼气。2009年，滕朝华等人[12]改进了ASBR工艺，采用恒压浮动盖式ASBR处理废水，克服了传统厌氧反应器缺点，省去了大量复杂结构，有效避免了出水压力波动。
现代啤酒处理技术，已经不再是单一的处理技术，而是多项处理工艺的叠加，所以好氧-厌氧技术成为了现阶段研究人员研究的热点。2007年，杨晓峰等人[13]研究了厌氧好氧串联法处理啤酒废水。他们在厌氧内循环反应器(IC)后面加一个曝气池以实现串联。研究表明设备运行稳定、出水水质好。同年，王克浩等人[17]采用两相厌氧-SBR(间歇式活性污泥法)处理啤酒废水，研究发现，两相厌氧酸化段解决了悬浮颗粒很多时对甲烷段冲击，设备运行稳定，达到一级排放标准。2008年，哈尔滨工业大学的韩洪军等人[14]基于外循环(EC)厌氧-好氧工艺，进行了啤酒废水的工程研究，厌氧反应器内外循环共用一套回流系统，具备水力上升速度高、配水均匀、污泥浓度高等优点。2009年，敖凯[4]在其硕士学位论文中详细阐述了外循环厌氧法处理啤酒废水试验研究，结论表明，外循环厌氧法与生物接触氧化可行性好、技术可靠、经济合理。同年，彭小明等人[15]基于UASB-MBR(淹没式膜生物反应器)工艺进行啤酒废液处理，各取优势，整个系统耐冲击负荷能力强，使得工艺流程简化。2010年，时鹏辉等人[16]基于UASB-CASS(循环活性污泥工艺)进行淀粉废水的处理，研究表明出水水质达到二级标准。2014年，大连海事大学的朱贵臣[3]在其学位论文中详细阐述了厌氧-好氧组合工艺工程应用，亦从啤酒生产、废水来源至处理的种种环节加以说明，研究了厌氧活性污泥法和好氧活性污泥法的联用，具有很好的工程可实现性，综合价值高。
啤酒废水处理不仅只满足于能源回收等问题，而将面向资源化处理，曹海等人[5]叙述了啤酒废水在生产单细胞蛋白、培养微藻、制备生物絮凝剂、产氢等方面的具体实践，为今后可持续发展做出指引。
参考文献
[1]王文甫.啤酒生产工艺.中国轻工业出版社.1998:2-8.
[2]孟艳丽,申文波,陈明芝,等.啤酒工业废水处理简述[J].啤酒科技,2012,18(10):14-15.
[3]朱贵臣.厌氧-好氧组合工艺处理依兰某啤酒厂废水的工程应用[D].大连海事大学,2014.
[4]敖凯.外循环厌氧法处理啤酒废水的启动和运行试验研究[D].哈尔滨工业大学,2009.
[5]曹海,杨琪,孔维宝.啤酒工业废水资源化处理技术的研究进展[J].啤酒科技,2011,17(4):16-18,21.
[6] 康巧梅,邓宁堆,刘小琳.啤酒废水的可生化性研究[J].云南民族大学学报（自然科学版）,2020,29(3):212-216.
[7]李松,单胜道,陈英旭,等.A/O工艺处理啤酒废水工程设计[J].工业水处理, 2009,29(2):74-76.
[8]温丙奎,许岳鹏,林瑜,等.啤酒生产废水A/O双膜法处理后续化学除磷研究[J].山东化工,2018,47(24):176-177.
[9]陶华旸,王爱平.生物接触氧化法处理啤酒工业废水研究[J].甘肃科技,2019,35(8):30-32,50.
[10]徐跃武.生物接触氧化法在啤酒工业废水处理中的应用[J].资源节约与环保,2020,24(8): 67-68.
[11]马娜,陈玲,等.水解酸化-序批式活性污泥法处理啤酒生产废水[J].环境科学与技术,2003,26(1):34-35.
[12]滕朝华,安惠欣.浮动盖式ASBR处理啤酒废水的中试研究[J].给水排水,2009,14(8):318-321.
[13]杨晓峰,曹利江,寿越穗,等.厌氧好氧串联法处理啤酒废水[J].工业用水与废水,2007,38(2):79-81.
[14]韩洪军,贾银川,马文成,等.外循环厌氧-好氧工艺处理啤酒废水工程设计[J].中国给水排水,2008,24(12):34-36.
[15]彭小明,卢龙,张文龙.UASB-MBR工艺在啤酒废水处理中的应用[J]. 给水排水,2009,35(5):64-66.
[16]时鹏辉,罗领先.UASB CASS组合工艺处理啤酒废水[J].水处理技术,2010，36(1):114-116.
[17]王克浩,李东伟,周载江.两相厌氧-SBR法处理啤酒废水工程实践[J].水处理技术,2007,33(4):78-80.
[]W. Parawira a, I. Kudita b, M.G. Nyandoroh b, et al. A study of industrial anaerobic treatment of opaque beer brewery wastewater in a tropical climate using a full-scale UASB reactor seeded with activated sludge [J]. Process Biochemistry, 2005, 40(2): 593-599.
[19] M.M. Manyuchi, C. Mbohwa, E. Muzenda. Anaerobic treatment of opaque beer wastewater with enhanced biogas recovery through Acti-zyme bio augmentation [J]. South African Journal of Chemical Engineering, 2018, 26:74–79.
[20] Cater, M., Fanedl, L., Malovrh, S., et al. Biogas production from brewery spent grain enhanced by bio augmentation with hydrolytic anaerobic bacteria[J]. Bioresour. Technol. 2015,186:261–269.
资料编号：[262758]
【研究目的及意义】
啤酒作为我国最多的酒类消费品，随着经济社会的发展，在国人生活方式中呈现出不可替代的作用。我国啤酒工业蓬勃发展，据国家统计局数据显示，连续多年居于世界第一，于2013到达顶峰，年产量达到5061.5万千升。随着消费观念的改变，酒类消费出现分流，2020年啤酒产量为3411.1万千升。即便如此，啤酒仍然占据重要地位，且目前来看啤酒行业仍然具有较为强劲的供给结构改革势头和发展机遇，可以预见的是，未来啤酒工业仍然将不可替代并持续发展。
啤酒生产如果不加处理，将对生态环境造成严重污染，这是由其生产方式必然所决定的。啤酒是以大麦芽、酒花、水为主要原料，以玉米、淀粉、大米等为辅料，经酵母发酵作用酿制而成的饱含二氧化碳的低度酒精酒[1]。啤酒生产大致经麦芽制造、啤酒酿造、灌装三个步骤完成。啤酒工业废水按其有机物含量可分为以下几类[2]：
- 各工序冷却水，基本未受污染。
- 大麦浸渍废水、CIP清洗排出水等清洗废水。
- 麦槽液、冷热凝固物、酒花槽等冲渣废水。
- 洗瓶水、灌装冲洗水等灌装废水。
啤酒废水主要污染物波动范围如表1所示，啤酒生产工艺及主要污染源如图1所示。
表1 啤酒废水主要污染物[2]
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