概述
80年代以來，我國啤酒工業得到迅速發展，到目前我國啤酒生產廠已有800多家，據1996年統計我國啤酒產量達1 650萬t，既成為世界啤酒生產大國，又成為較高濃度有機物污染大戶，啤酒廢水的排放和對環境的污染已成為突出問題，引起了各有關部門的重視。
啤酒廢水的主要成分和來源是：制麥、糖化、果膠、發酵(殘渣)、蛋白化合物，包裝車間等有機物和少量無機鹽類。其水質及變幅范圍一般為：pH=5.5～7.0(顯微酸性)，水溫為20～25℃，CODCr=1200～2300mg/L, BOD5=700～1400mg/L, SS=300～600mg/L, TN=30～70mg/L。水量為每生產1t啤酒廢水排放量為10～20m3,平均約15m3，目前全國啤酒廢水年排放量在2.5億m3以上。
“七五”以來，我國對啤酒廢水的處理工藝和技術進行了大量的研究和探索，特別是輕工業系統的設計院和科研單位，對啤酒廢水的處理進行了各方面的試驗、研究和實踐，取得了行之有效的成功經驗，逐漸形成了以生化為主、生化與物化相結合的處理工藝。生化法中常用的有活性污泥法、生物膜法、厭氧與好氧相結合法、水解酸化與SBR相組合等各種處理工藝。這些處理方法與工藝各有其特點和不足之處，但各自都有較為成功的經驗。目前還有不少新的處理方法和工藝優化組合正在試驗和研究，有的已取得了理想的成效，不久將應用于實踐中。
啤酒廢水的主要特點之一是BOD5/CODCr值高，一般在50%及以上，非常有利于生化處理，同時生化處理與普通物化法、化學法相比較：一是處理工藝比較成熟；二是處理效率高，CODCr、BOD5去除率高，一般可達80%～90%以上；三是處理成本低(運行費用省)。因此生物處理在啤酒廢水處理中，得到了充分重視和廣泛采用。現把目前啤酒廢水處理中相對比較成熟的生物處理工藝，進行一些闡述和比較。
1處理工藝
1.1處理工藝方案1(見圖1)
圖1 處理工藝方案1
該處理工藝是輕工部設計院為代表的推薦采用方案，河南開封啤酒廠、青島湖島啤酒廠、廈門冷凍廠啤酒廠等均采用此處理工藝流程，處理后均達標排放。細格柵起初步的固液分離作用，故不設初沉池；酸化池中設填料，為細菌提供呈立體狀的生物床，把水中的顆粒物質和膠體物質截留和吸附，同時在水解細菌作用下，將不溶解性有機物水解為溶解性物質，在產酸菌協同作用下，將大分子物質、難于生物降解的物質轉化為易于生物降解的小分子物質。物化法中選用加藥反應氣浮池的理由主要為三點：一是懸浮物等去除率高，普通沉淀池去除率僅為30%左右，豎流式沉淀池為40%～50%，而氣浮可達80%～90%；二是氣浮污泥含水率為97%～98%，氣浮排渣可直接進行脫水處理，而其它沉淀池的污泥含水率達99%以上；三是氣浮池氣浮水力停留時間短，約30min左右，而其它沉淀池的水力停留時間1.5～2h,故氣浮池體積小，減少占地面積。但氣浮處理需要增設一套空壓機、壓力溶氣罐、回流水泵等組成的輔助系統(圖1中未繪出)，操作管理相對較復雜。
微生物所需要的營養，主要為碳水化合物、氮化合物、水、無機鹽類(氮和磷)及維生素。通常要求BOD∶N∶P=15∶5∶1,為滿足此要求，故在接觸氧化池前投加氨氮。同時可以查看中國污水處理工程網更多技術文檔。
1.2處理工藝方案2(見圖2)
處理工藝方案2與處理工藝方案1在主體處理系統上基本上是相同的，都是水解酸化、接觸氧化和氣浮池，主要不同點：一是高濃度廢水先采用UASB(上流式厭氧污泥床)預處理后再進入低濃度廢水調節池，進行主體處理系統；二是主體處理系統調節池前增設了沉砂池和分離機(高濃度廢水預處理系統中調節池前也增設了沉砂池和分離機)。
圖2 處理工藝方案2
該工藝用在山東省三孔啤酒有限公司廢水處理中，高濃度有機廢水水量水質為:Q1 = 500 m3/d; CODCr:5000mg/L; BOD5:2500mg/L; SS:3000mg/L。低濃度有機廢水：Q2=3500m3/d; CODCr:500mg/L; BOD5: 250mg/L; SS:500mg/L。Q=Q1+Q2=4000m3/d。
設計按當時的GB8978—88現有企業欄標準，即：CODCr≤150mg/L; BOD5≤60mg/L; SS≤100mg/L;pH=6～9。
UASB進出水水質和混合水經主體處理系統的進出水水質見表1和表2。可見處理后的出水水質好于設計采用的標準值，全部達標排放。
表1 UASB進出水水質
表2 混合水經主體處理進出水水質
把高濃度有機廢水先單獨進行預處理，反映了兩個主要特點：一是采用厭氧生物處理中的UASB反應器，它具有截留污泥量大，顆粒化程度好，處理高濃度有機廢水能力強等特點。該反應器采用中溫發酵，內部具有熱交換裝置，結構較緊湊，溫度、堿度、負荷等由微機控制；二是高濃度廢水集中進行厭氧處理，產生沼氣量大，可以集中使用。該反應器設計容積負荷為6.0kg/(m3·d),去除lkgCOD產生VSS0.082kg,產生沼氣0.52m3,則1天可產生1000多m3沼氣。
1.3處理工藝方案3(IC-CIRCOX工藝，見圖3)
圖3 IC-CIRCOX處理工藝(方案3)
IC(厭氧內循環)反應器根據UASB的原理，80年代中由荷蘭帕克(PAQUES)公司開發成功。它由混合區、污泥膨脹床、精處理區和循環系統四個部分組成。它與其它厭氧處理工藝相比有以下特點：
(1)因反應器為立式結構，高度為16～25m,故占地面積小，同時沼氣收集也方便。
(2)有機負荷高，水力停留時間短，它與其它厭氧處理工藝的有機負荷和水力停留時間比較見表3。
表3各種厭氧處理工藝的有機負荷與水力停留時間
(3)剩余污泥少，約為進水COD的1%，且容易脫水。
(4)靠沼氣的提升產生循環，不需要外部動力進行攪拌混合和使污泥回流，節省動力消耗。
(5)因生物降解后的出水為堿性，當進水酸度較高時，可通過出水的回流使進水中和，減少藥劑使用量。
(6)耐沖擊負荷性能強，處理效率高，COD去除率為75%～80%,BOD去除率為80%～85%。
(7)生物氣純度高(CH4為70%～80%，CO2為20%～30%，其它有機物為1%～5%)，可作燃料加以利用。
CIRCOX(封閉式空氣提升好氧)反應器為雙層立式筒體(外層為下降筒體，內層為上升筒體)，水由底部進入反應器，與壓縮空氣一起從內層筒體(也稱上升管)向上流，使進水與微生物充分接觸，微生物粘附在載體(細砂類物質)表面，形成生物膜，使活性污泥有良好的沉降性能，不易被出水帶離反應器而在系統內循環，筒體的上部做成“帽狀”(直徑放大約1/3左右)，氣、水和污泥的混合液進入反應器上部“帽狀”的三相分離區分離；氣體從上面離開反應器，澄清水從出水口流出，污泥經過沉降區返回到反應器底部。
CIRCOX反應器與其它好氧處理工藝相比，有以下特點：
(1)高度與直徑比大，故占地面積小。
(2)有機負荷與微生物濃度高，有機負荷為4～10kgCOD/(m3·d),微生物濃度15～30 kgVSS / m3。
(3)水力停留時間短，一般為0.5～4h。
(4)剩余污泥少，小于進水COD的5%；污泥回流在同一反應器內完成，不需要外加動力。
(5)因該反應器為封閉系統，可以容易地控制污水中易揮發物質，可根據需要設置生物過濾器或活性炭過濾器處理廢氣。
(6)因反應器內液體的流速很高，約為50ｍ／ｈ，載體通過相互碰撞摩擦而自動脫膜，不需要另設脫膜裝置；同時污水中的懸浮物很容易從反應器內沖出，允許進水懸浮物的濃度較高，不需設預沉池。
(7)因活性污泥在反應器內循環，泥齡很高，污泥中可產生一些生長速度很慢的硝化細菌等，故CIRCOX反應器適合于處理含氮化合物及其它難降解的化合物。
IC反應器應用于高濃度有機廢水處理，CIRCOX適用于低濃度的啤酒生產廢水和城市污水處理，兩者串連起來是優化的組合，體現了占地面積小，無臭氣排放，污泥量少和處理效率高的優點。1995年上海富仕達釀酒公司引進了帕克公司的專利技術處理啤酒生產廢水(工藝流程如圖3所示)，已建成投產，處理能力4800ｍ3/ｄ。
圖3中，旋轉濾網的出水管上設溫度和pH在線測定儀表，當溫度和pH的測定值滿足控制要求時，廢水就進入緩沖槽，否則排至應急槽，再用泵提升到旋轉濾網進水管內。緩沖槽內設淹沒式攪拌機，使廢水均質并防止沉淀。設預酸化槽的目的為：一是使有機物部分降解為揮發性脂肪酸；二是調節營養比例；三是調節pH值。
1.4處理工藝方案4(見圖4)
圖4 處理工藝方案4(SBR為主體)
該工藝以水解酸化-SBR為主體。水解酸化池內設填料(球形填料)，水力停留時間為4h左右(利用厭氧過程的前階段)，COD去除率30%～40%，pH值4.8～5.2。SBR反應池內反應時間約為6h左右，水溫20～25℃，污泥濃度4 000mg/L左右，出水水質達到原GB8978—88一級排放標準，COD總去除率>92%，BOD總去除率>98%。
SBR處理工藝的特點是集生物降解和終沉排水等功能于一體，與傳統的連續式活性污泥法(CFS)相比，可省去沉淀池和污泥回流設施，具有運行穩定，凈化效率高，耐沖擊負荷，避免污泥膨脹，便于操作管理等特點。
1.5處理工藝方案5(見圖5)
圖5 CASS反應池為主體處理工藝
CASS與CAST相似，是一種循環式活性污泥法，CASS反應池的運行一般包括三個階段：進水、曝氣、回流階段；沉淀階段；潷水、排泥階段。周期為4～12ｈ，根據需要設定。CASS反應池一般用隔墻分隔成三個區：生物選擇區、預反應區、主反應區。生物選擇區內不進行曝氣，類似于SBR法中的限制性曝氣階段。在該區內，回流污泥中的微生物大量吸附廢水中的有機物，能較迅速有效地降低廢水中有機物濃度；預反應區采取半限制性曝氣，溶解氧保持在0.5mg／L左右，使該區存在著反硝化進程的可能；主反應區進行強制鼓風曝氣，使有機物及氨氮得到生化與硝化。
該處理工藝用于安徽某啤酒廢水處理中，CASS反應池運行周期8ｈ，其中進水、曝氣、回流時間6ｈ，進水、沉淀時間1ｈ，潷水、排泥時間1ｈ。處理水量3500ｍ3／ｄ，進水水質為：CODCr: 800～1 500ｍｇ／Ｌ； BOD5:400～800ｍｇ／L； SS300～600mg/L。根據測試，處理后的出水：CODCr: 63～120ｍｇ／L; BOD5:41～58mg/L; pH:6.7～8.3。當然還有其它處理工藝，如單獨采用好氧法和單獨采用厭氧法(包括UASB反應器)等，但并不具有代表性，故不作詳述和介紹。
2 處理工藝淺析
就上述介紹的具有一定代表性的啤酒廢水處理工藝談些粗略看法和分析。
(1)根據啤酒廢水BOD5／CODCr大的特點，上述5個處理工藝方案的共同點，均以生物處理為主體，而且基本上均以前級為厭氧(水解酸化為主)，后級為好氧處理，所不同的為：一是后級好氧生化處理分為生物接觸氧化法(生物膜法)和活性污泥法(微生物呈懸浮狀態)；是在厭氧和好氧生物處理中，又分為成熟的傳統方法(工藝1、2、4)和較新技術應用的方法(如工藝2中預處理用UASB，工藝3中IC和CIRCOX及工藝5中的CASS法)。但有一個共同點是可以肯定的：啤酒廢水(混合水)采用厭氧(水解酸化)生物處理與好氧生物處理相結合(為主體)的處理工藝是成熟、可靠的工藝，是可以接受和被采用的。有廢水需要處理的單位，也可以到污水寶項目服務平臺咨詢具備類似污水處理經驗的企業。
(2)總的來說，厭氧(水解酸化)與好氧為主體的處理工藝，產生的污泥量較少，但上述5個處理工藝中也有區別，處理工藝1～3在好氧生物處理后均設沉淀設施(工藝1和2為氣浮池，工藝3為斜管沉淀池)；而處理工藝4和5，在好氧生物處理后不設沉淀池，污泥量很少，大多數內部消化，故污泥直接進入污泥濃縮池，進行污泥的處理與處置。從上述5個處理工藝分析，工藝1～3好氧生物處理采用的是生物膜法(前兩個是生物接觸氧化法，第三個CIRCOX反應器是好氧生物流化床原理發展而來，微生物粘附在細砂類載體物表面，形成生物膜)，生物膜要進行新、老更替，老的膜剝落后需要經沉淀后去除(當然同時也去除懸浮物等)，故氧化(好氧)生物處理后要設沉淀設施。后兩種好氧生物處理均屬活性污泥法范疇，SBR集生物降解和終沉排水于一體，污泥濃縮在SBR池下面，省去了沉淀池；CASS反應池污泥用回流泵回流(循環式活性污泥法)，產泥少、污泥直接進污泥濃縮池，不設沉淀池。可見后兩種工藝省去了沉淀設施，減少了沉淀池的造價和占地面積。可以這樣說：好氧生物處理采用生物膜法，后面要設沉淀池，其處理工藝由生化和物化相結合；好氧生物處理采用SBR和CASS反應池的，后面可不設沉淀池，其處理工藝省去了物化處理，由單一的生化處理組成。
(3)處理工藝2中，把高濃度有機廢水采用UASB進行預處理后再進入總調節池，與低濃度有機廢水進行混合，再進入主體處理工藝系統。從表1數據可見，高濃度有機廢水采用厭氧處理中的UASB反應器進行處理，效果是好的，CODCr、BOD5、SS等去除率均較高，因此它不僅可用于高濃度啤酒廢水的處理，也可用于豆制品等其它高濃度有機廢水的處理。有資料報道，啤酒廢水處理中，高濃度廢水采用UASB反應器進行預處理，混合廢水進入AS(活性污泥法)處理(稱為UASB+AS法)與全部直接進入AS法處理比較，UASB+AS法比AS法節省曝氣電費68%，節省污泥處理費59%，沼氣還可利用；與SBR法比較，運行費和污泥處理費也比SBR低。1996年11月7日日本的《日經產業經濟新聞》報道，朝日啤酒公司將在1999年以前更新其所屬日本國內的全部啤酒廠廢水處理設備，全部采用UASB+AS法工藝。因此，我國的啤酒廢水處理工藝中，應重視采用UASB技術。
(4)總的來說，啤酒廢水采用厭氧(水解酸化)預處理，再進行好氧處理是比較理想的，但上述5個處理工藝方案中，也各有所不同。如處理工藝方案2處理后的出水水質遠好于排放標準，這對于水資源緊缺的地方來說，稍加深度處理后即可回用，對于回用水水質要求不高的地方來說，可直接回用(如綠化、澆馬路等)。又如處理工藝方案5采用CASS反應器，調試相對較麻煩、時間可能較長；操作管理要嚴密妥當，否則有可能產生污泥膨脹；潷水器的下降速度要與水面的下降速度基本相同，否則可能擾動已沉淀的污泥層等。同時從處理后的出水水質來看，處理工藝方案5的出水CODCr常大于100mg/L，BOD5常大于50mg/L，比其它4個工藝方案差，如果排放標準較高些，則采用此工藝要慎重。
(5)處理工藝方案的比較，在處理效果好，達到國家規定的排放標準前提下還有投資、運行費用、管理操作，占地面積等諸方面，因因素很多，情況復雜，故無法進行全面、系統地論述。上述介紹與淺析僅供參考，不妥之處，歡迎指正。 作者: 朱月海
