啤酒廢水處理技術研究進展

(四川大學建筑與環境學院　四川　成都　610065)

隨著社會的發展，人民生活質量的提高，啤酒業快速發展。據統計我國2014年啤酒總產量為4921.9萬噸，2015年1～9月份啤酒總產量為3886.1萬噸。啤酒廢水不經處理直接排放水體，會對水體水質造成嚴重的危害。開發高效、節能的處理啤酒廢水技術已經成為研究的熱點。目前啤酒廢水的處理方法主要有好氧生物處理法、厭氧生物處理法和厭氧-好氧聯合生物處理法。本文根據前人的研究成果，綜述目前國內用于啤酒廢水的處理工藝，以期為開發更加合理的處理啤酒廢水技術提供參考。

一、啤酒廢水的特點

啤酒廢水主要來源于啤酒生產過程中糖化、麥汁、發酵等的冷卻水，發酵罐、洗瓶等的洗滌水[1-2]以及啤酒廠的生活污水。我國的啤酒廢水中CODCr的含量在1000～2500mg/L之間，BOD5含量在600～1500mg/L之間，且含有一定量的氮和磷[3]，啤酒廢水中的主要污染物為糖類、醇類、可溶性淀粉、揮發性脂肪酸、酵母菌、酒糟等，具有COD和SS濃度較高的特點。

二、啤酒廢水處理技術

啤酒廢水屬于高濃度有機廢水，目前國內外處理啤酒廢水的工藝多數為生化處理工藝，包括好氧生物處理、厭氧生物處理和厭氧-好氧聯合生物處理工藝。

(一)好氧生物處理技術

好氧生物處理工藝比較成熟，該工藝具有運行穩定、投資少、容易啟動等優點而廣泛被用于啤酒廢水的處理。好氧生物處理工藝中最常用的是活性污泥法及其改進形式。

1.活性污泥法

活性污泥法是通過曝氣使曝氣池中的活性污泥呈懸浮狀態，污泥中的微生物以廢水中的有機物為營養物質進行分解和新陳代謝，轉化為細胞物質，并氧化為最終產物(主要為CO2)。最后活性污泥和凈化后的廢水分離，使廢水得以凈化[4]。江蘇某啤酒廠采用高濃度活性污泥法處理生產廢水，該廠產生的啤酒廢水CODCr為1800～2200mg/L，BOD5為1000～1430mg/L，SS為400～800mg/L，pH為5～13，COD去除率高達95%[5]。

2.SBR工藝

SBR工藝是一種實用的間歇式活性污泥法，該工藝工作穩定，能夠控制污泥膨脹問題，同時具有脫氮除磷的功能。大田縣啤酒廠采用SBR工藝處理啤酒廢水，進水CODCr為1729.52mg/L,BOD5為587.26mg/L，SS為200.63mg/L，出水CODCr為50.41mg/L,BOD5為23.16mg/L，SS為51.19mg/L[6]。各個污染指標均達到GB8978-1996《污水綜合排放標準》一級排放標準。

3.CASS工藝

CASS是一種循環式活性污泥法，反應池分為三個區域，分別為生物選擇區、預反應區和主反應區。徐立根[7]介紹了圣泉集團啤酒有限公司CASS工藝處理廢水的應用，運行結果表明CASS工藝可以去除啤酒廢水中CODCr和BOD5達96%以上，去除SS近80%。由于該工藝設有生物選擇區，不會出現像傳統活性污泥法的污泥膨脹問題。

(二)厭氧生物處理技術

厭氧生物處理的基本原理都是利用厭氧水解菌和厭氧產甲烷菌的代謝活動，將水中的大分子有機污染物水解為小分子的醇類和有機酸，最終轉化為甲烷和二氧化碳[8]。20世紀70年代Lettinga等首次將顆粒污泥的概念引入反應器開發出UASB反應器，之后許多學者對該反應器進行研究，并開發出了EGSB和IC反應器，目前這些厭氧反應器已經廣泛地被運用于啤酒廢水的處理。

1.UASB反應器

UASB反應器是將廢水由反應器底部引入，向上流的廢水經過顆粒污泥床發生厭氧反應，產生的甲烷和二氧化碳起到攪動作用，最后在三相分離器部分水、氣和泥三相得以分離，使廢水得以凈化同時可以收集甲烷氣體。劉志杰等[9]研究了UASB反應器在北京啤酒廠的應用，結果表明該反應器的容積負荷可達6～8kgCOD/(m3·d)，在水力停留時間6～7h時，COD去除率達85%左右，出水COD小于500mg/L。可見大部分COD在UASB反應器中被處理掉，所以該反應器可以作為啤酒廢水處理的預處理工藝。

2.EGSB反應器

UASB在啤酒廢水處理中得到成功應用，但不能夠進一步提高有機負荷。一些學者對UASB反應器進行改進，開發出了第三代厭氧反應器EGSB。Jeison等[10]人進行了EGSB和UASB反應器處理啤酒廢水的對比試驗。在進水濃度3000mg/L的條件下，EGSB反應器表現出更優的處理效果，COD去除率達85%，比UASB反應器高15%。EGSB反應器具有有機負荷高、上升流速大、傳質能力強等優點。

3.IC反應器

IC反應器實際上是兩個UASB反應器上下串聯構成的。沈陽華潤雪花啤酒有限公司采用IC反應器處理生產廢水，每天平均處理COD為4200mg/L的啤酒廢水400m3，COD去除率穩定在80%以上，容積負荷高達25～30kgCOD/(m3·d)[11]。

綜上所述，厭氧生物處理技術具有容積負荷高、處理容量大、占地面積小、運行穩定、COD去除率高等優點，該技術在啤酒廢水的生物處理中具有很好的前景，但仍然存在許多地方值得進一步研究。

(三)厭氧-好氧聯合生物處理技術

好氧生物處理技術對有機物的去除效率較高，但有機負荷比較低、污泥產生量較多，且對水質要求比較高。厭氧生物處理技術具有較高的有機負荷，同時可以產生甲烷氣體，但是對有機物的去除率比較低。因此，一些學者將兩種生物處理技術結合起來組合成聯合生物處理技術，該技術結合兩者的優點，是目前啤酒廢水處理技術的新技術，已經得到學者的廣泛關注。

1.UASB-SBR工藝

該聯合處理工藝以UASB作為預處理裝置，初步降解啤酒廢水中的有機質，降低后續SBR好氧生物處理的有機負荷。劉華鋒等[12]報道了陜西某啤酒廠采用UASB-SBR聯合生物處理技術處理啤酒廢水的效果，該廠的啤酒廢水CODCr為1500mg/L，BOD5為750mg/L，SS為600mg/L，NH3-N為40mg/L，TP為5mg/L，經過UASB厭氧和SBR好氧兩級處理之后出水水質達到CODCr36mg/L，BOD58.55mg/L，SS 108mg/L，NH3-N 4.8mg/L，TP 0.45mg/L，CODCr和BOD5的去除率均高于98%。

2.UASB-氧化溝工藝

李敬存等[13]報道了UASB-氧化溝工藝在啤酒廢水處理中的工程應用實例。高濃度的啤酒廢水首先經過UASB反應器進行預處理，經過UASB反應器的啤酒廢水在兼性菌和厭氧菌的作用下去除一大部分的有機污染物，然后在氧化溝的好氧微生物作用下進一步降解有機污染物。啤酒廢水經過厭氧-好氧兩段處理廢水中的CODCr由1360mg/L下降至51mg/L，BOD5由810mg/L下降至15.1mg/L，SS由325mg/L下降至60mg/L，出水水質穩定達到《污水綜合排放標準》一級標準。

3.EGSB-接觸氧化工藝

黑龍江華潤啤酒有限公司采用EGSB-接觸氧化工藝處理啤酒廢水，該廢水處理工藝采用EGSB反應器作為預處理設備，再經過接觸氧化法好氧處理，廢水中COD、BOD5、SS、NH3-N和TP的去除率分別達到98.1%、98.5%、95.4%、82.0%和86.7%[14]。該工藝的運行負荷較高、系統運行穩定，出水水質遠優于GB19821-2005《啤酒工業污染物排放標準》的排放標準。

綜上所述，厭氧-好氧聯合生物處理技術特別適宜于處理高濃度有機廢水，該技術具有厭氧和好氧生物處理的雙重優點，出水水質穩定，COD和BOD5的去除率高達95%以上，同時還具有脫氮除磷的功能。因此，厭氧-好氧聯合生物處理技術用于啤酒廢水的處理具有廣闊的前景。

三、處理技術對比分析

不同的生物處理技術具有不同的處理優勢，三種生物處理技術對比分析見表1。

表1　三種生物處理技術對比分析

通過對三種生物處理技術的對比分析，可以看出好氧生物處理技術具有較高的COD去除率，應用于啤酒廢水的處理，具有很好的處理能力，而好氧處理技術的有機負荷較低，容易造成處理不達標的現象。厭氧處理技術具有抗有機負荷的能力，同時還可以產生甲烷氣體，作為新能源重復利用，但是厭氧生物處理技術的有機物去除率較低，對于高有機物濃度的啤酒廢水，處理后COD濃度還高達500mg/L左右，達不到排放標準。

四、展望

啤酒廢水在今后的處理中要做到既充分利用資源又對環境無污染的要求。首先要對廢水中可利用懸浮物質進行回收，其次要開展污水的深度處理技術，使處理后的廢水可以達到中水回用的標準。目前的厭氧-好氧聯合生物處理技術在啤酒廢水處理中表現出非常好的優越性，現階段要廣泛推廣，并研發具有高效去除有機物又能夠對廢水深度處理的新工藝。